Apa Saja Kontribusi Relativitas Umum?


94
94 points
Apa Saja Kontribusi Relativitas Umum?

Apa kontribusi teori relativitas umum yang dibangun Albert Einstein di dunia fisika dan kehidupan sehari-hari saat ini?

(Samuel – Balige)

Lengkungan waktu. Kredit: Fisika Go

Singkatnya, teori relativitas Einstein kita dapat memahami alam semesta dalam skala besar. Teori relativitas umum tidak hanya menjelaskan gerakan planet tetapi juga dapat menjelaskan sejarah dan perluasan alam semesta, keberadaan lubang hitam, dan pembengkokan cahaya dari bintang atau galaksi yang jauh.

Berdasarkan teori relativitas umum, gravitasi adalah bagian dari ruang-waktu. Dalam ruang-waktu, keberadaan massa akan membelokkan ruang-waktu, dan benda-benda di sekitar massa akan bergerak mengikuti kelengkungan ruang-waktu.

Bukti ini dapat ditemukan dalam gerak Merkurius mengelilingi Matahari. Merkurius bergerak sesuai dengan kelengkungan waktu ruang yang disebabkan oleh Matahari, dan akibatnya pengamat akan menemukan perubahan posisi Merkurius sebesar 43 detik busur per abad. Meskipun hasil presesi Merkurius dihitung oleh relativitas umum menurut pengamatan, bukti lain masih diperlukan.

Tes pertama untuk melihat kelengkungan cahaya saat melewati benda-benda besar telah terbukti. Pengamatan total gerhana matahari tahun 1919 oleh Eddington menunjukkan cahaya bintang dari kelompok Hyades yang terletak di dekat piringan Matahari yang mengalami defleksi.

Relativitas umum Einstein terbukti. Dan implikasinya bukan hanya itu. Kita bisa memahami alam semesta.

Lubang hitam

Gambar pertama Lubang Hitam di pusat M87 difoto oleh teleskop Event Horizon. Kedit: Kolaborasi EHT "width =" 640 "height =" 373

Gambar pertama Lubang Hitam di pusat M87 difoto oleh teleskop Event Horizon. Kedit: Kolaborasi EHT

Musim dingin 1915-1916, Karl Schwarzschild yang berada di medan perang berhasil menyelesaikan solusi pertama persamaan medan Einstein. Dalam solusi ini, Schwarzschild menunjukkan geometri ruang waktu di sekitar bintang yang kepadatannya sangat tinggi. Jika ada bintang seperti ini, gravitasinya yang sangat kuat akan menekuk ruang waktu dan menyebabkan informasi tidak keluar, termasuk cahaya. Menurut Einstein, gagasan ini hanya nyata dalam bentuk teori.

Namun, pada 1960-an, lubang hitam membuktikan keberadaan mereka sebagai konsekuensi dari runtuhnya bintang-bintang besar. Meskipun lubang hitam tidak dapat diamati secara langsung, para astronom telah berhasil mengetahui keberadaan mereka dari perilaku materi di sekitar mereka yang dipengaruhi oleh gravitasi dari lubang hitam yang sangat besar.

Baru pada tahun 2019 keberadaan lubang hitam dapat difoto oleh Event Horizon Telescope dan kita bisa melihat perilaku cahaya yang mengalami tikungan di sekitar horizon peristiwa lubang hitam.

Perluasan Alam Semesta

Jejak evolusi alam semesta. Kredit: CERN "width =" 640 "height =" 314

Jejak evolusi alam semesta. Kredit: CERN

Dari satu persamaan medan Einstein, kita bisa memahami alam semesta. Ini menarik dalam relativitas umum. Prediksi ini diajukan oleh Alexander Friedmann dan Georges Lemaître. Menurut mereka, alam semesta berevolusi. Jadi alam semesta pada awalnya kecil dan padat, kemudian berkembang sehingga galaksi akan saling menjauh.

Gagasan ini berhasil dibuktikan oleh Edwin Hubble yang mengamati pergerakan galaksi. Pada awalnya Hubble mengamati nebula spiral yang berubah menjadi galaksi seperti Bima Sakti dan berjarak jutaan hingga milyaran cahaya. Pengamatan juga menunjukkan bahwa cahaya dari galaksi yang diamati mengalami pergeseran merah. Fenomena ini hanya bisa dijelaskan jika galaksi jauh dari kita. Itu artinya, alam semesta mengembang atau mengembang. Selain itu, Hubble juga menemukan bahwa galaksi jauh bergerak lebih cepat daripada galaksi terdekat.

Jika hari ini galaksi bergerak menjauh, maka pada titik tertentu alam semesta pasti kecil, padat, dan sangat panas. Teori ini dikenal sebagai Big Bang atau Big Bang. Sisa Big Bang ditemukan dalam bentuk radiasi latar, radiasi panas yang dipancarkan oleh materi ketika alam semesta baru berusia 380.000 tahun. Dari radiasi latar, kita dapat mengetahui suhu alam semesta pada waktu itu, yaitu 1032 K. Namun alam semesta kemudian mengembang dan mendingin dengan suhu saat ini 2,73 K ± 10-5 K. Hasil radiasi latar ini juga membuktikan bahwa dalam skala besar, alam semesta memang seragam.

Dengan relativitas kita dapat mengetahui ekspansi dan evolusi alam semesta. Jadi kita bisa tahu seperti apa akhir dari alam semesta ini. Pengamatan hari ini telah berhasil dalam mengetahui tingkat ekspansi alam semesta. Selain itu, kemampuan instrumentasi yang lebih baik juga mampu menemukan galaksi muda ketika alam semesta baru saja terbentuk. Sebuah perjalanan waktu untuk memahami evolusi alam semesta.

Dark Universe

Ekspansi alam semesta yang diprediksi oleh relativitas umum telah berhasil dibuktikan dengan mengamati gerakan galaksi yang jauh satu sama lain. Ketika kita berhasil mengamati galaksi jauh, pemetaan juga bisa dilakukan untuk mendapatkan gambaran besar tentang alam semesta. Rupanya, hampir 95 persen alam semesta terdiri dari bahan yang tidak dapat dipahami. Semua yang dapat kita amati, seperti planet, bintang, galaksi, gas, dan debu, hanya 5 persen dari total isi alam semesta.

Indikasi materi gelap ini pertama kali muncul ketika Frits Zwicky memeriksa pergerakan galaksi di Galaksi Coma. Dia menghitung total massa Cluster berdasarkan kecepatan galaksi dan perhitungan total massa berdasarkan kecerahannya. Rupanya, massa gerakan galaksi adalah empat ratus kali lebih besar dari massa yang dihitung dari kecerahan. Itu berarti ada bahan misterius yang tidak memancarkan cahaya. Materi gelap.

Materi gelap ini juga berkontribusi untuk menghasilkan gravitasi yang kuat untuk menjaga integritas galaksi. Materi gelap diperkirakan berada di area halo galaksi, dan massanya cukup besar untuk membelokkan cahaya yang lewat di dekatnya. Efek ini, yang dikenal sebagai lensa gravitasi, telah diamati di sejumlah gugusan galaksi dan merupakan bukti kuat keberadaan materi gelap.

Materi gelap bukan satu-satunya misteri di alam semesta. Pengamatan juga menunjukkan bahwa alam semesta kita mengembang dengan cepat, meskipun jumlah total materi (baryon dan materi gelap) tidak memungkinkan hal itu terjadi. Hal ini diduga terjadi karena adanya energi gelap yang mendominasi alam semesta dan menyebabkan alam semesta meluas dipercepat.

Perluasan alam semesta yang dipercepat ini diketahui dari supernova dengan pergeseran merah yang tinggi. Bukti lain untuk keberadaan energi gelap berasal dari pengamatan radiasi latar belakang yang menunjukkan bahwa semua materi (baryon dan materi gelap) di alam semesta hanya berkontribusi sekitar sepertiga dari nilai kepadatan yang diamati dari alam semesta. Itu artinya ada komponen lain yang mengisi kekurangan, yaitu energi tak terlihat. Diduga, kandidat energi gelap dapat ditemukan dalam konstanta kosmologis? dalam persamaan Einstein dalam relativitas umum. Kosmologi Konstan? ini pada awalnya dimasukkan untuk mengimbangi gravitasi untuk mempertahankan model alami yang statis.

Gelombang Gravitasi

Gambar ini menggambarkan dua lubang hitam yang saling mengelilingi. Sistem seperti inilah yang menciptakan gelombang gravitasi yang telah terdeteksi untuk pertama kalinya. Kredit: MIT-Caltech. "Lebar =" 620 "tinggi =" 349

Gambar ini menggambarkan dua lubang hitam yang saling mengelilingi. Sistem seperti inilah yang menciptakan gelombang gravitasi yang telah terdeteksi untuk pertama kalinya. Kredit: MIT-Caltech.

Berdasarkan relativitas umum Einstein, ketika sebuah objek dengan massa yang sangat besar dan bergerak semakin cepat, riak-riak kecil akan terbentuk di ruang sekitarnya dan menyebar menjauh dari objek tersebut. Riak dalam ruang waktu ini disebut gelombang gravitasi dengan laju rambat yang sama dengan kecepatan cahaya, yaitu tiga ratus ribu kilometer per detik.

Riak-riak dalam ruang waktu itu begitu kecil sehingga diperlukan sumber massa yang besar dan gerakannya dipercepat. Contohnya adalah dua lubang hitam yang saling mengelilingi. Saat mereka saling melingkari, jarak antara dua lubang hitam akan semakin dekat dan kecepatan keduanya akan dipercepat lebih dekat dengan kecepatan cahaya. Pada akhirnya dua lubang hitam akan saling menempel untuk membentuk lubang hitam yang lebih besar.

Penemuan gelombang gravitasi inilah yang selanjutnya menegaskan teori relativitas umum Einstein yang dibangun 100 tahun sebelumnya. Gelombang gravitasi terdeteksi oleh LIGO pada tahun 2015. Tidak hanya dari tabrakan dua lubang hitam yang terdeteksi oleh LIGO dan VIRGO, tetapi juga tabrakan bintang-bintang neutron.

Relativitas Umum dalam Kehidupan Sehari-hari

Gagasan bahwa gravitasi adalah kelengkungan ruang waktu memang tidak mudah untuk dibayangkan. Namun, implikasinya dapat ditemukan bahkan dalam kehidupan sehari-hari. Semakin mudah, semakin kita menjauh dari massa besar, gravitasi akan melemah dan waktu semakin cepat.

Perbedaan ini dapat dibuktikan pada orang yang hidup di permukaan bumi dan orang yang berada di gedung yang sangat tinggi. Seseorang yang berada di gedung yang sangat tinggi, waktunya akan lebih cepat dalam urutan nano detik, dan usianya diperpendek.

Untuk kasus-kasus ekstrem, ketika seseorang dapat mendekati lubang hitam seperti film antarbintang, waktu melambat dibandingkan dengan seseorang yang jauh di luar pengaruh lubang hitam.

Salah satu manfaat lubang hitam adalah sistem GPS (Global Positioning System). Ada 24 satelit GPS yang mengorbit Bumi pada ketinggian 20.300 km dengan kecepatan 3.800 meter / detik. Pada ketinggian itu, medan gravitasi juga berbeda sehingga waktu lebih cepat daripada di permukaan bumi. Perbedaannya sangat kecil, hanya di urutan 7 nanodetik. Tapi, dalam satu hari, perbedaan itu bisa membuat akurasi GPS bergeser ~ 8 – 11 km. Itu sebabnya satelit yang mengorbit Bumi telah diprogram untuk selalu menyinkronkan waktu sehingga tingkat akurasi tetap terjaga.

Tidak hanya itu. Penemuan gelombang gravitasi oleh detektor LIGO dan VIRGO juga membawa teknologi detektor ini ke dunia minyak. Tampaknya, salah satu perusahaan gas dan minyak dunia sedang mengembangkan salah satu sensor LIGO untuk mendeteksi anomali gravitasi yang sangat kecil di Bumi karena aktivitas seismik. Intinya adalah mencari sumber minyak bumi dan reservoir gas alam baru di Bumi.

Itu sekilas kontribusi relativitas Einstein.

Bacaan untuk artikel ini:

Punya pertanyaan tentang astronomi? Silakan Tanya LS!

Seperti ini:

Seperti Memuat …


What's Your Reaction?

hate hate
0
hate
confused confused
0
confused
fail fail
0
fail
fun fun
0
fun
geeky geeky
0
geeky
love love
0
love
lol lol
0
lol
omg omg
0
omg
win win
0
win
admin

0 Comments

Your email address will not be published. Required fields are marked *