6 Penerapan Teori Relativitas Einstein Dalam Kehidupan Sehari-hari

6 Penerapan Teori Relativitas Einstein Dalam Kehidupan Sehari-hari

Einstein dikenal sebagai salah satu manusia tercerdas dengan kemampuannya dalam bidang fisika. Teori Relativitasnya menjadi bagian dari teori abad 20 yang paling populer dan masih terus berkembang hingga saat ini serta masih menjadi misteri.

penggambaran teori relativitas, gambar: lovecraftianscience.wordpress.com

Jika kita mengingat kembali film Interstellar yang tayang bulan November lalu, mungkin kita bisa melihat sedikit gambaran serta teori mengenai relativitas mulai dari lubang hitam, waktu yang relatif, hingga kaitannya dengan dimensi.

Tak perlu pergi keluar angkasa, seperti yang diceritakan film tersebut untuk mengalami bagaimana relativitas Einstein terjadi, karena pada hakikatnya teori relativitas itu sendiri telah kita alami dalam kehidupan sehari-hari yang mungkin belum disadari karena hanya sebagain kecil yang memahaminya.

Teori Relativitas dirumuskan Einstein pada tahun 1905, dengan asumsi bahwa hukum-hukum fisika berlaku sama dimanapun berada. Teori ini menjelaskan perilaku objek dalam ruang dan waktu, dan dapat digunakan untuk memprediksi banyak hal, mulai dari keberadaan lubang hitam, cahaya lentur karena gravitasi, serta perilaku planet Merkurius terhadap orbitnya.

Teorinya tampak sederhana, namun sangat rumit. Teori pertama menyebutkan bahwa tidak ada kerangka acuan "mutlak". Saat mengukur kecepatan objek, momentum atau bagaimana kita mengalami waktu selalu ada kaitannya dengan yang lain. Kedua, Einstein mengatakan bahwa kecapatan selalu sama, tidak peduli siapa yang mengukur dan seberapa cepat ia mengukurnya. Ketiga tidak ada yang lebih cepat dari kecepatan cahaya, bukti besarnya terjadi saat cahaya matahari menerangi bumi.

Implikasi teori Einstein yang paling terkenal adalah mengenai dilatasi waktu. Yang berarti bahwa jika kecepatan cahaya selalu sama, maka pesawat ruang angkasa astronot harus bergerak sangat cepat relatif terhadap bumi. Hal ini menurut pengamat di bumi waktu astronot melambat. Sehingga disebut fenomena dilatasi waktu, dimana waktu untuk astronot diruang angkasa lebih awet muda dibandingkan dengan waktu pengamat di bumi. Selain itu pesawat astronot akan lebih terlihat memanjang, yang disebut kontraksi panjang.

Tak mungkin kita berlari untuk mengejar kecepatan cahaya dalam upaya membuktikannya. Sadar atau tidak disadari teknologi canggih saat ini, telah memperlihatkan kepada kita bahwa efek relativitas telah kita rasakan dalam kehidupan sehari-hari, sekaligus membuktikan bahwa Einstein benar mengenai teorinya.

Berikut merupakan 6 (Enam) hal yang memperlihatkan teori relativitas dalam kegiatan manusia sehari-hari di muka bumi:

1. GPS (Global Positioning System)

gambar: mnn.com

GPS nampaknya sudah tak asing lagi bagi pengguna smartphone. Penggunaanya bisa ditemukan pada beragam aplikasi, mulai dari facebook, twitter hingga yang paling populer foursquare dan Google Maps.

Tak hanya itu, kendaraan seperti mobil dan pesawat menggunakan GPS untuk mengetahui jalur navigasi secara akurat. Satelit sebagai pusat informasi GPS menggunakan relativitas sebagai dasar teorinya. Meskipun satelit tidak bisa mengikuti kecepatan cahaya, namun ia sangat cepat dalam teknologi yang diciptakan manusia untuk memberikan sinyal ke stasiun di bumi.

Stasiun di bumi termasuk GPS akan mengalami percepatan yang lebih tinggi, karena pengaruh gravitasi dari satelit di orbit. Agar akurat satelit menggunakan jam yang memiliki keakuratan tinggi dengan hitungan miliar detik (nanodetik). Karena setiap satelit berada pada ketinggian 12.600 mil (20.300) km diatas bumi, bergerak sekitar 6000 mil perjam atau setara 10.000 km/jam, terdapat dilatasi waktu relativistik pada jam sekitar 4 mikrodetik setiap harinya. Ditambah dengan efek gravitasi menjadi sekitar 7 mikrodetik atau 7000 nanodetik.

Perbedaan yang sangat nyata pada hitungan waktu tersebut. Jika saja tidak ada teori efek relativistik, maka unit GPS yang memberitahukan kita bahwa jarak setengah mil atau 0,8 km, dihari berikutnya akan berjarak 8 km atau 5 mil.

2. Elektromagnetik

Magnet juga merupakan efek relativistik. Jika kita menggunakan listrik, patut berterima kasih pada relativitas bahwasanya generator listrik dapat berfungsi dengan baik. Saat mengambil loop kawat dan digerakan melewatkannya pada medan magnet maka akan dihasilkan arus listrik. Partikel bermuatan dalam kawat dipengaruhi oleh perubahan medan magnet, yang memaksa beberapa dari medan magnet untuk bergerak dan menciptakan arus listrik.

Lilitan kawat disektar medan magnet

Tapi saat ini, pada saat kawat beristirahat diam pada medan magnet, ternyata arus listrik masih tetap terjadi. Seharusnya disaat diam, medan magnet tak lagi mempengaruhi kawat dan tidak terjadi arus listrik. Hal tersebut membuktikan bahwa tidak ada kerangka acuan mutlak atau istimewa.

Thomas Moore, seorang profesor fisika di Pomona College di Claremont, California, menggunakan prinsip relativitas untuk menunjukkan mengapa hukum Faraday, yang menyatakan bahwa Medan magnet berubah menciptakan arus listrik, adalah benar.

Moore mengatakan bahwa "karena ini adalah inti prinsip dibalik transformator dan generator listrik, siapa saja yang menggunakan listrik akan mengalami efek relativitas".

Elektromagnetik bekerja melalui relativitas. Ketika arus searah (DC) dari muatan listrik mengalir melalui kawat, elektron hanyut melalui materi. Biasanya kawat akan terlihat bermuatan netral, dengan tidak ada muatan positif atau negatif yang bersih. Sebagai konsekuensi memiliki  jumlah yang sama antara (muatan positif) proton dan elektron (muatan negatif ). Namun, jika kita menaruh kabel lain di sampingnya dengan arus DC, maka kabel menarik atau menolak satu sama lain, tergantung pada arah geraknya.

Dengan asumsi arus bergerak ke arah yang sama, elektron dalam kawat pertama melihat elektron dalam kawat kedua sebagai benda bergerak. (Dengan asumsi arus sekitar dengan kekuatan yang sama). Sementara itu, dari sudut pandang elektron, proton di kawat kedua terlihat seperti bergerak. Karena kontraksi relativistik panjang, mereka tampaknya menjadi lebih berdekatan, sehingga ada tambahan muatan lebih positif per panjang kawat dari muatan negatif. Saat muatan menolak, kabel kedua juga menolak.
 

Arus berlawanan arah menghasilkan daya tarik, karena dari kawat pertama, elektron dalam kawat lain bergerak bersama-sama, membuat muatan negatif bersih. Sementara itu, oleh proton dalam kawat pertama menciptakan muatan positif bersih, dan sebaliknya.

3. Warna Kuning Emas

Kebanyakan logam mengkilap karena elektron dalam atom melompat dari tingkat energi atau "orbital" yang berbeda. Beberapa foton (partikel cahaya) yang mengenai logam bisa diserap dan dipancarkan kembali, meskipun pada panjang gelombang yang lebih panjang. Kebanyakan merupakan cahaya tampak.

Emas, gambar: mnn.com

Emas adalah atom berat, sehingga elektron bergerak cukup cepat membuat peningkatan massa relativistik signifikan, serta mengalami kontraksi panjang. Akibatnya, elektron berputar di sekitar inti dalam jalur yang lebih pendek, dengan momentum lebih. Elektron dalam orbital membawa energi yang lebih dekat dengan energi elektron terluar, dan panjang gelombang yang bisa diserap dan dipantulkan lebih panjang.

Panjang gelombang cahaya menunjukkan bahwa beberapa cahaya tampak yang biasanya hanya akan tercermin akan diserap, dan termasuk cahaya diujung spektrum yaitu biru. Cahaya putih adalah campuran dari semua warna pelangi, tetapi dalam kasus emas, ketika cahaya akan diserap dan dipancarkan kembali panjang gelombang biasanya lebih lama. Itu berarti campuran gelombang cahaya yang kita lihat cenderung memiliki lebih sedikit biru dan ungu di dalamnya. Hal ini membuat emas tampak kekuningan karena cahaya kuning, oranye dan merah yang merupakan cahaya dengan panjang gelombang lebih panjang dari biru.

Efek relativistik pada elektron emas juga merupakan salah satu alasan bahwa logam tidak menimbulkan korosi atau bereaksi dengan apa pun dengan mudah.

Emas hanya memiliki satu elektron di kulit terluarnya, tetapi masih tidak reaktif pada kalsium atau lithium. Sebaliknya, elektron dalam emas, menjadi "berat" dari yang seharusnya, semuanya karena lebih dekat ke inti atom. Ini berarti bahwa elektron terluar tidak mungkin berada di tempat di mana ia dapat bereaksi dengan sesuatu. Hal itu memungkinkan untuk berada di antara sesama elektron yang dekat dengan inti.

4.  Merkuri adalah Cairan

Merkuri/Raksa

Mirip dengan emas, merkuri juga merupakan atom berat, dengan elektron dekat pada inti karena peningkatan massa dan kecepatannya. Pada merkuri, ikatan antara atom lemah, sehingga merkuri meleleh pada suhu yang lebih rendah dan biasanya cair ketika kita melihatnya.

5. TV/Monitor Tabung

Beberapa tahun yang lalu sebagian besar televisi dan monitor memiliki layar tabung sinar katoda. Sebuah tabung sinar katoda bekerja dengan menembakkan elektron pada permukaan fosfor dengan magnet besar.  

TV Tabung Sinar Katoda

Setiap elektron membuat pixel menyala ketika menyentuh belakang layar. Elektron ditembakkan untuk memunculkan gambar bergerak sampai dengan 30 persen kecepatan cahaya. Efek relativistik terlihat jelas dalam hal ini, ketika berhubungan dengan magnet harus memperhitungkan segala efek-efeknya.

6. PLTN dan Supernova

Relativitas adalah salah satu alasan bahwa massa dan energi dapat dikonversi menjadi satu sama lain, seperti bagaimana pembangkit listrik tenaga nuklir bekerja, dan mengapa matahari bersinar. Efek lain yang penting adalah dalam ledakan supernova, yang menandakan kematian bintang masif.

Supernova, gambar: pimco.com

"Supernova ada karena efek relativistik mengatasi efek kuantum dalam inti bintang cukup besar, yang memungkinkan tiba-tiba meledak karena beratnya sendiri sampai menjadi bintang neutron yang jauh lebih kecil dan lebih keras," kata Moore.

Dalam sebuah supernova, lapisan luar dari runtuhnya bintang turun ke inti, dan menciptakan ledakan raksasa menciptakan unsur yang lebih berat dari besi. Bahkan, hampir semua elemen berat kita kenal terdapat dalam supernova.

"Jika relativitas tidak ada, bahkan bintang-bintang yang paling besar akan mengakhiri hidup mereka sebagai bintang kerdil putih, tidak pernah meledak, dan kami tidak akan ada untuk berpikir tentang hal itu." Kata Moore.

sumber: mnn.com