Albert Einstein mengatakan bahwa pemikiran paling bahagia dalam hidupnya adalah membayangkan seorang pria jatuh dari atap rumah. Apa yang membuat Einstein sangat senang tentang ini. Itu adalah kesadaran bahwa pria ini ketika Dia jatuh, Dia tidak akan merasakan beratnya sendiri. Dia akan menjadi tanpa bobot. Apa pun yang Dia jatuhkan dalam pergerakannya, benda tersebut akan tetap diam relatif terhadap dirinya, atau bergerak dalam gerakan seragam dengan dirinya.
Seluruh situasi akan seperti jika Anda berada di luar angkasa yang dalam. Dimana di sana tidak terdapat objek bermassa apapun yang sangat besar di sekitar pesawat. Pesawat Anda diam, atau meluncur dengan kecepatan konstan. Di sini Anda juga akan merasa tanpa bobot. Benda bermassa lain yang berada di sekitar Anda akan tetap diam relatif terhadap Anda. Ketika Anda mendorong benda tersebut, benda itu akan bergerak dalam garis lurus dengan kecepatan konstan.
Dalam kondisi tanpa bobot, Anda akan menjadi pengamat inersia. Seperti ketika Anda tidak mengalami percepatan, atau Anda tidak berada dalam medan gravitasi. Semua hukum fisika berlaku dalam kerangka referensi Anda. Bagi Anda, Anda tidak dapat membedakan hasil percobaan bila dibandingkan dengan kerangka inersia yang lain. Inilah lompatan besar Einstein.
Einstein melihat kedua skenario ini dan mengatakan kedua kondisi tersebut adalah ekuivalen, tidak hanya mirip. Secara fisika, mereka adalah sesuatu yang persis sama. Ini berarti manusia yang jatuh dari atap tidak berada dalam medan gravitasi, tidak ada medan gravitasi. Dia merasa bahwa Dia tidak berakselerasi. Karena Dia sendiri adalah pengamat inersia, mirip dengan seseorang yang berada di dalam pesawat luar angkasa.
Maksud Saya, oke, Saya bisa melihat bagaimana kedua pengamat ini merasa tanpa bobot, tetapi bagi Saya yang melihat pria tersebut jatuh dari atap, melihat dengan jelas bahwa Dia bergerak lurus vertikal ke bawah karena pengaruh dari medan gravitasi. Maksud Saya, Dia bergerak menuju Bumi, dan kecepatannya meningkat 9,8 m/s setiap detiknya. Kedua, fakta yang akan menyakitkan ketika Dia menabrak permukaan tanah.
Saya tahu bahwa kedua situasi ini terlihat sangat berbeda, tetapi prinsip kesetaraan Einstein memberi tahu Kita satu hal untuk fokus pada pengalaman pengamat, bukan dari sisi Anda sebagai pengamat eksternal. Jika mereka merasa tanpa bobot maka mereka berada dalam keadaan kerangka acuan inersia, seperti manusia melayang di dalam pesawat angkasa.
Bayangkan jika manusia di dalam pesawat luar angkasa yang sedang meluncur dengan kecepatan konstan, dan Dia tidak memperhatikan gerakan dari pesawatnya, bahwa di luar sana ada Planet yang sangat besar. Pengamat eksternal mungkin memperhatikan bahwa jalur dari pesawat luar angkasa sedikit membelok ke arah planet. Manusia di dalam pesawat luar angkasa akan tetap tidak sadar. Dia merasa tidak ada gaya yang menyebabkan percepatan ketika pesawat luar angkasa semakin dekat ke planet. Padahal pengamat eksternal melihat bahwa pesawat luar angkasa itu berjalan lebih cepat dan lebih cepat. Tetapi manusia di dalam pesawat luar angkasa masih merasa tanpa bobot. Baginya, tidak ada yang berubah.
Jadi di mana perjalanan ini akan Anda katakan kerangka acuan berubah dari inersia ke non-inersia. Akselerometer yang terpasang di dalam pesawat luar angkasa masih menunjukkan angka 0, bahkan alat tidak akan pernah mencatat blip selama ia bergerak di jalur inersia melalui ruang-waktu. Sehingga kesimpulan logisnya adalah kerangka acuannya adalah inersia sampai saat pesawat luar angkasa tersebut menabrak planet. Mirip dengan orang yang jatuh dari atap menumbuk permukaan Bumi.
Oke, bagaimana Anda menjelaskan jalur lengkung yang dilalui pesawat luar angkasanya bukan disebabkan oleh gaya gravitasi, atau medan gravitasi. Jawabannya adalah ruang-waktu melengkung. Pertama-tama fokus pada pengamat inersia di dalam pesawat luar angkasa bahwa sepanjang waktu Dia merasa seperti bergerak dengan kecepatan konstan dalam garis lurus. Dia bergerak dalam garis lurus melalui ruang-waktu. Ruang-waktu di sekitar objek besar seperti planet adalah melengkung. Jadi itu sebabnya jalannya tampak melengkung menurut pengamat eksternal di kejauhan.
Ini mirip dengan pesawat komersial yang selalu mencoba untuk melalui rute terpendek antar kota. Pada dasarnya mereka hanya pergi dalam garis lurus, tetapi karena permukaan Bumi melengkung, jalur terpendek tidak terlihat seperti garis lurus. Jalur terpendek di atas permukaan melengkung ini disebut geodesik. Kami menggunakan istilah yang sama, geodesik, untuk jalur garis lurus yang diikuti oleh pengamat inersia melalui ruang-waktu yang melengkung.
Analogi lain, bayangkan Anda dan seorang dan teman berdiri terpisah ribuan kilometer di garis katulistiwa. Sekarang Anda berdua berangkat ke utara secara konsisten. Seiring waktu Anda akan semakin dekat satu sama lain, akhirnya menabrak satu sama lain di kutub utara. Seolah-olah ada gaya yang mendorong Anda berdua untuk semakin mendekat. Selama perjalanan, Anda tidak merasakan gaya, dan teman Anda juga tidak merasakan gaya.
Padahal pengamat eksternal melihat Anda dan teman Anda mengalami gaya tarik-menarik, karena jarak anda semakin lama semakin dekat. Gravitasi sama seperti gaya itu, sebenarnya tidak ada. Alasan sebenarnya Anda datang bersama di kutub utara adalah bahwa Anda berdua berada di jalur lurus geodesik pada permukaan melengkung.
Astronot di stasiun luar angkasa adalah tanpa bobot, yang berarti mereka juga adalah pengamat inersia yang melakukan perjalanan pada lintasan geodesik. Tetapi Bumi menyebabkan ruang-waktu disekitarnya melengkung. Itulah sebabnya jalur garis lurus geodesik mereka muncul sebagai sebuah helix. Jalur itu hanya terlihat seperti orbit melingkar jika Anda tidak mengikutsertakan dimensi keempat yaitu dimensi waktu.
Menurut relativitas umum tidak ada gaya gravitasi. Apa yang seharusnya Anda pikirkan adalah benda bergerak pada jalur geodesik melalui ruang-waktu. Kebetulan ruang-waktu melengkung di sekitar benda-benda besar sehingga jalur garis lurus tidak terlihat seperti garis lurus. Materi memberi tahu ruang-waktu cara melengkung dan ruang-waktu memberi tahu materi bagaimana cara bergerak.
Sekarang mari kita kembali ke luar angkasa. Apa yang terjadi jika Anda menyalakan pendorong pesawat luar angkasa dan berakselerasi dengan kecepatan 9,8 m/s. Seseorang di luar akan melihat semua objek tetap Diam sementara lantai pesawat luar angkasa berakselerasi menuju objek tersebut. Di dalam pesawat luar angkasa semuanya akan tampak berakselerasi ke permukaan dasar pesawat luar angkasa. Anda akan merasakan gaya yang mendorong kaki Anda ke atas.
Situasi ini terasa persis sama seperti saat Anda diam di permukaan Bumi. Karena kita sedang diam di permukaan Bumi, sekarang Saya ingin bertanya apakah Anda dalam kerangka acuan inersia. Maksud Saya apakah Anda merasa tanpa bobot. Anda dapat merasakan bahwa Anda memiliki bobot. Jadi Anda bukan pengamat inersia.
Situasi Anda persis sama dengan seseorang berakselerasi dengan pesawat luar angkasa di luar angkasa. Dan izinkan Saya menjelaskan bahwa Anda diam di medan gravitasi Bumi seperti Anda berakselerasi dalam pesawat luar angkasa. Maksud Saya, itu persis sama. Anda mengalami percepatan ketika pesawat luar angkasa bergerak dipercepat padahal di sana tidak ada medan gravitasi, sama persis ketika Anda diam diatas permukaan Bumi. Medan gravitasi tidak ada.
Sekarang Saya tahu kedengarannya gila, tapi ikut Saya sebentar. Ini kamu dalam fisika newtonian standar. Kami menggambar berat badanmu mengalami gaya gravitasi. Gaya gravitasi mendorongmu ke bawah dan gaya normal dari lantai mendorongmu ke atas. Kita katakan kedua gaya ini adalah sama dan berlawanan arah. Sehingga tidak ada gaya resultan pada Anda. Sehingga Anda tidak mengalami percepatan.
Dalam relativitas umum, gravitasi bukanlah gaya. Anda tidak memiliki bobot. Jadi satu-satunya gaya pada Anda adalah gaya normal. Gaya normal ini yang mendorong Anda ke atas. Sehingga Anda mengalami percepatan ke atas. Akan tetapi Saya tidak bergerak vertikal ke atas dengan percepatan itu! relatif terhadap apa? Saya maksud tidak bergerak relatif terhadap flip chart dan lantai, dan pada dasarnya semua yang ada di ruangan ini. Semua hal itu adalah objek yang berada dalam kerangka acuan Anda. yang Anda tahu bahwa objek itu bukan kerangka acuan inersia.
Terhadap segala sesuatu yang berada di dalam pesawat luar angkasa. Saya relatif tidak mengalami percepatan. Saya tidak terlihat bergerak vertikal ke atas bila dibandingkan dengan benda-benda di sekitar Saya tersebut. Padahal Saya tahu pesawat luar angkasa sedang bergerak dipercepat. Apa yang Anda butuhkan jika Anda benar-benar ingin mengukur akselerasi Anda adalah seseorang dalam kerangka acuan inersia. Seperti orang yang jatuh dari atap. Dia akan melihat Anda berakselerasi dengan nilai 9,8 m/s² ke atas.
Apa sebenarnya percepatan itu adalah penyimpangan dari geodesik. Anda tidak dapat mengikuti jalur garis lurus melalui ruang-waktu. Karena lantai mencegah Anda melakukan itu. Lantai menerapkan gaya ke atas pada Anda, sehingga Anda mengalami percepatan. Kalau begitu jika Saya mengalami percepatan ke atas dan begitu juga semua orang di seluruh dunia dan mungkin seluruh permukaan Bumi, maka seharusnya Bumi mengembang. Tidak mungkin bagi Anda untuk mengalami percepatan karena koordinat spasial Anda tidak berubah.
d²r/dτ² = aʳ - Γᵢᵢʳ (uᵗ)²
Saya akan menunjukkannya kepada Anda persamaan dari relativitas umum. Ini mengatakan bahwa turunan kedua dari posisi Anda terhadap waktu (d²r/dτ²) sama dengan percepatan Anda (aʳ). Nilai ini (aʳ) mirip dengan F/m. Jika Anda berada di ruang-waktu datar, ketika Anda mengalami percepatan maka lokasi koordinat spasial Anda harus berubah. Akan tetapi Anda tidak berada dalam ruang-waktu datar. Faktor ini (Γᵢᵢʳ) terkait dengan kelengkungan ruang-waktu. Dan ini (uᵗ) adalah kecepatan Anda melalui waktu dikuadratkan.
Anda tidak perlu khawatir tentang detail dari persamaan ini (d²r/dτ² = aʳ - Γᵢᵢʳ (uᵗ)²). Di sini intinya adalah posisi Anda bisa tidak berubah. Nilai ini (d²r/dτ²) bisa menjadi nol. Yang berarti percepatan Anda harus persis sama dengan ini (Γᵢᵢʳ (uᵗ)²). So, dalam sistem ruang-waktu melengkung kamu harus mengalami percepatan hanya untuk tidak berpindah lokasi koordinat spasial.
Banyak hal ini mungkin tampak lebih rumit bila menerapkan fisika newtonian. Tetapi satu misteri klasik terlihat jauh lebih sederhana bila Kita menerapkan relativitas umum. Itulah sebabnya semua benda dipermukaan Bumi meskipun bentuknya berbeda akan jatuh dengan kecepatan yang sama. Ada banyak video terkait hal ini.
Pada video tersebut sebagian besar selalu memberikan penjelasan newtonian standar. Satu-satunya gaya pada benda jatuh bebas adalah beratnya sendiri, Fg = GMm/r², yang sama dengan massanya dikalikan percepatan. Anda dapat mencoret massa benda (m) di kedua sisi persamaan tersebut. Sehingga semua benda akan memiliki percepatan yang sama (a = GM/r²).
Misterinya adalah mengapa kita dapat menghapus dua nilai m ini. Nilai m yang berada di sebelah kiri adalah massa gravitasi yang merupakan properti dari objek yang mengalami medan gravitasi. Sementara m di sebelah kanan adalah massa inersia, atau ukuran kelembaman terhadap adanya akselerasi. Mengapa kedua properti yang berbeda secara konseptual ini harus identik secara numerik. Ilmuwan telah menghabiskan banyak waktu dan upaya untuk menguji secara eksperimental. Mereka menyimpulkan ke sekitar satu bagian dalam 10 triliun bahwa kedua jenis massa ini benar-benar sama.
Tetapi dalam relativitas umum tidak ada misteri. Semua benda tampak jatuh dengan cara yang sama. Karena mereka tidak berakselerasi, mereka hanya mengikuti jalur garis lurus melalui ruang-waktu. Sampai mereka menemukan sesuatu yang menghentikan mereka. Seperti benda-benda di kapal pesawat luar angkasa, mereka tampaknya berakselerasi dengan kecepatan yang sama. Karena mereka tidak benar-benar berakselerasi, itu adalah lantai yang berakselerasi terhadap benda-benda tersebut.
Sekarang banyak dari ini mungkin tampak tidak masuk akal. Itu terjadi pada tahun 1915 ketika Einstein mengusulkannya. Sehingga Dia dengan sangat cerdik menghasilkan prediksi terukur yang dapat dibuat oleh para ilmuwan untuk menguji teorinya. Bayangkan bahwa pesawat luar angkasa ini meluncur melalui ruang angkasa yang dalam. Jika Anda menyinari kapal pesawat luar angkasa dengan baik, Anda akan mendapati persis seperti yang Anda harapkan. Cahaya bergerak dalam garis lurus, dan mengenai titik di dinding seberang dengan ketinggian yang sama persis dengan sumbernya
Sekarang bagaimana jika pesawat luar angkasa ini berakselerasi. Menurut pengamat eksternal, mereka masih akan melihat hal yang sama. Cahaya bergerak dalam garis lurus. Akan tetapi, di dalam pesawat luar angkasa, selama waktu yang dibutuhkan cahaya untuk melintasi kabin, pesawat luar angkasa telah dipercepat. Sehingga pada saat berkas cahaya menabrak dinding lain. Cahaya itu akan mengenai dinding sedikit lebih rendah dari sebelumnya. Jadi dalam kerangka acuan yang dipercepat berkas cahaya berbelok ke bawah.
Di sini Saya secara dramatis melebih-lebihkan efeknya. Bahkan jika Saya mengalami percepatan pada 10g. Defleksi dari berkas sinar hanya akan berada dalam ukuran selebar diameter proton. Tetap saja hal itu menunjukkan bahwa kerangka referensi yang dipercepat akan membelokkan cahaya. Sehingga Einstein beralasan cahaya juga harus membelok ketika melewati massa yang besar.
Di mana Anda menemukan massa yang cukup besar? Satu-satunya massa besar yang jelas di dekat Bumi adalah Matahari. Sehingga percobaan yang ideal adalah melihat cahaya yang lewat tepat di sebelah Matahari. Kemudian perhatikan apakah cahaya itu dibelokkan. Katakanlah cahaya dari bintang yang jauh. Masalahnya tentu saja Matahari sangat terang. Sehingga Anda tidak dapat melihat bintang di sebelahnya kecuali ada gerhana Matahari total, yang persis seperti yang terjadi pada tahun 1919.
Jadi arthur eddington berangkat untuk mengambil gambar bintang-bintang tepat di sebelah Matahari. Selama gerhana Matahari total sedang berlangsung. Dan apa yang Dia temukan dengan menganalisis gambar-gambar itu adalah bahwa posisi mereka tampak dibelokkan dengan jumlah yang tepat seperti yang diprediksi oleh teori relativitas umum Einstein. Hasilnya adalah dua kali defleksi. Relativitas umum telah lulus hampir setiap tes yang dilakukan selama sekitar seratus tahun terakhir. Apakah gravitasi adalah ilusi?
Pemateri: Derek Muller
Judul Asli: Why Gravity is NOT a Force
Sumber: https://www.youtube.com/@veritasium
Komentar
Posting Komentar