Relativitas Umu Vina.docx

1.

Relativitas umum (bahasa Inggris: general relativity) adalah sebuah teori geometri mengenai gravitasi yang diperkenalkan oleh Albert Einstein pada 1916. Teori ini merupakan penjelasan gravitasi termutakhir dalam fisika modern. Ia menyatukan teori Einstein sebelumnya, relativitas khusus, dengan hukum gravitasi Newton. Hal ini dilakukan dengan melihat gravitasi bukan sebagai gaya, tetapi lebih sebagai manifestasi dari kelengkungan ruang dan waktu. Utamanya, kelengkungan ruang waktu berhubungan langsung dengan momentum empat (energi massa dan momentum linear) dari materi atau radiasi apa saja yang ada. Hubungan ini digambarkan oleh persamaan medan Einstein. Banyak prediksi relativitas umum yang berbeda dengan prediksi fisika klasik, utamanya prediksi mengenai berjalannya waktu, geometri ruang, gerak benda pada jatuh bebas, dan perambatan cahaya. Contoh perbedaan ini meliputi dilasi waktu gravitasional, geseran merah gravitasional cahaya, dan tunda waktu

gravitasional. Prediksi-prediksi

relativitas umum telah

dikonfirmasikan dalam semua percobaan dan pengamatan fisika. Walaupun relativitas umum bukanlah satu-satunya teori relativistik gravitasi, ia merupakan teori paling sederhana yang konsisten dengan data eksperimen. Namun, masih terdapat banyak pertanyaan yang belum terjawab. Secara mendasar, terdapat pertanyaan bagaimanakah relativitas umum ini dapat digabungkan dengan hukum-hukum fisika kuantum untuk menciptakan teori gravitasi kuantum yang lengkap dan swa-konsisten. Teori Einstein memiliki implikasi astrofisika yang penting. Teori ini memprediksikan adanya keberadaan daerah lubang hitam yang mana ruang dan waktu terdistorsi sedemikiannya tiada satu pun, bahkan cahaya pun, yang dapat lolos darinya. Terdapat bukti bahwa lubang hitam bintang dan jenisjenis lubang hitam lainnya yang lebih besar bertanggungjawab terhadap radiasi kuat yang dipancarkan oleh objek-objek astronomi tertentu, seperti inti galaksi aktif dan miktrokuasar. Melengkungnya cahaya oleh gravitasi dapat menyebabkan fenomena pelensaan gravitasi. Relativitas umum juga

memprediksikan keberadaan gelombang gravitasi. Keberadaan gelombang ini telah diukur secara tidak langsung, dan terdapat pula beberapa usaha yang dilakukan untuk mengukurnya secara langsung. Selain itu, relativitas umum adalah dasar dari model kosmologis untuk alam semesta yang terus berkembang. Relativitas umum merupakan suatu teori geometri mengenai gravitasi yang dikenalkan oleh Einstein. Teori ini menjelaskan tentang gravitasi termutakhir dalam fisika modern. Pada teori ini dijelaskan bahwa melihat gravitasi bukan sebagai gaya, tetapi lebih dilihat sebagai manifestasi dari kelengkungan suatu ruang dan waktu. Banyak yang nampak berbeda pada prediksi relativitas umum dengan prediksi fisika klasik, dan yang utama prediksi mengenai geometri ruang, gerak benda jatuh bebas, berjalannya waktu dan perambatan cahaya. Semua prediksi teori realativitas umum telah dikonfirmasikan dalam percobaan dan berbagai pemngamatan fisika. Meskipun teori ini bukan merupakan teori satu-satunya teori relativistik gravitasi, namun teori ini merupakan teori yang paling sederhana dan konsiten dengan data eksperimen.

Penemuannya tentang teori relativitas merupakan teori yang dianggap terbesar dalam sepanjang masa. Rumus E=MC² adalah rumus yang digunakan mempelajari alam semesta. Dimana E = energi, m = massa, dan c = kecepatan cahaya.

A. Bentuk Matematika Dari Relativitas Umum Pada bentuk yang sederhana, dan menghilangan matematika yang kompleks, Einstein menemukan hubungan antara kelengkungan ruang-waktu dengan kerapatan massa-energi:(Kelengkungan ruang-waktu) = (kerapatan massa-energi)*8µG/c4 Persamaan

tersebut

menunjukkan

hubungan

secara

langsung,

proporsional terhadap kontanta. Kontanta gravitasi G, berasal dari hukum Newton untuk gravitasi, sementara ketergantungan terhadap kecepatan cahaya, c, adalah berasal dari teori relativitas khusus. Dalam kasus nol (atau mendekati nol) (yaitu ruang hampa), ruang-waktu berbentuk datar. Gravitasi klasik adalah kasus khusus untuk manifestasi gravitasi pada medan gravitasi lemah, dimana bentuk c4 (denominator yang sangat besar) dan G (nilai yang sangat kecil) membuat koreksi kelengkungan kecil. Sekali lagi, Einstein tidak tidak keluar dari topik. Dia bekerja keras dengan geometri Riemannian (geometri non Euclidean yang dikembangkan oleh matematikawan Bernhard Riemann beberapa tahun sebelumnya), meskipun ruang yang dihasilkan adalah 4 dimensi Lorentzian bermacammacam daripada geometri Riemann ketat. Namun, karya Riemann sangat penting bagi persamaan medan Einstein.  Apakah sebenarnya Relativitas Umum? Untuk

analogi

relativitas

umum,

pertimbangkan

bahwa

kamu

membentangkan sebuah seprai atau suatu lembaran yang datar dan elastik. Sekarang kamu meletakkan sesuatu dengan berat yang bervariasi pada lembaran tersebut. Jika kita menempatkan sesuatu yang sangat ringan maka bentuk seprai akan sedikit lebih turun sesuai dengan berat benda tersebut. Tetaoi jika kamu meletakkan sesuatu yang berat, maka akan terjadi kelengkungan yang lebih besar. Asumsikan terdapat benda yang berat berada pada lembaran tersebut, dan kamu meletakkan benda lain yang lebih ringan di dekatnya. Kelengkungan yang diciptakan oleh benda yang lebih berat akan menyebabkan benda yang

lebih ringan “terpeleset” disepanjang kurva ke arah kurva tersebut, karena benda yang lebih ringan mencoba untuk mencapai keseimbangan sampai pada akhirnya benda tersebut tidak bergerak lagi (dalam kasus ini, tentu saja terdapat pertimbangan lain, misalnya bentuk dari benda tersebut, sebuah bola akan menggelinding, sedangkan kubus akan terperosot, karena pengaruh gesekan atau semacamnya). Hal ini serupa dengan bagaimana relativitas umum menjelaskan gravitasi.Kelengkungan

dari

cahaya

bukan

karena

beratnya,

tetapi

kelengkungan yang diciptakan oleh benda berat lain yang membuat kita tetap melayang di luar angkasa. Kelengkungan yang diciptakan oleh bumi membuat bulan tetap bergerak sesuai dengan orbitnya, tetapi pada waktu yang sama, kelengkungan yang diciptakan bulan cukup untuk mempengaruhi pasang surut air laut.  Pembuktian Relativitas Umum Semua temuan-temuan relativitas khusus juga mendukung relativitas umum, karena teori-teori ini adalah konsisten. Relativitas umum juga menjelaskan semua fenomena-fenomena mekanika klasik, yang juga konsisten. Selain itu, beberapa temuan mendukung prediksi unik dari relaivitas umum: 

Presisi dari perihelion Merkurius



Pembelokan gravitasi cahaya bintang



Pelebaran alam semesta (dalam bentuk konstanta kosmologis)



Delay dari gema radar



Radiasi Hawking dari black hole

 Relativitas Umum dan Konstanta Kosmologis 

Pada 1922, para ilmuwan menemukan bahwa aplikasi dari persamaan medan Einstein pada bidang kosmologi menghasilkan perluasan alam semesta. Einstein percaya bahwa alam semesta itu statis (dan karena itu pemikiran

persamaannya

menjadi

salah),

penambahan

konstanta

kosmologis pada persamaan medan, yang memungkinkan hasil statis.



Edwin Hubble, pada 1929, menemukan bahwa terdapat pergesaranmerah dari bintang-bintang jauh, yang menyiratkan bahwa bintang-bintang itu bergerak terhadap bumi. Alam semesta tampaknya berkembang. Einstein menghilangkan kontanta kosmologis dari persamaannya dan menyebutnya sebagai kesalahan terbesar dalam karirnya.



Pada 1990, ketertarikan pada konstanta kosmologis kembali ada dalam bentuk dark energy. Solusi untuk teori medan kuantum telah menghasilkan sejumlah besar energi dalam ruang hampa kuantum yang berakibat pada percepatan perluasan alam semesta.

 Relativitas Umum dan Mekanika Kuantum 

Ketika para fisikawan berupaya untuk menerapkan teori medan kuantum pada medan gravitasi, hal-hal menjadi sangat kacau. Pada betuk matematis, kuantitas fisis terjadi penyimpangan, atau hasil yang tak terhingga. Medan gravitasi di bawah relativitas umum memerlukan koreksi angka tak terhingga atau “renormalisasi”, konstanta-kontanta untuk penyesaiannya ke dalam persamaan yang terpecahkan.



Upaya untuk memecahkan “masalah renormalization” terletak di jantung teori kuantum gravitasi. Teori-teori gravitasi kuantum biasanya bekerja mundur, meramalkan sebuah teori dan kemudian mengujinya dan bukan benar-benar mencoba untuk menentukan konstanta yang tak terbatas diperlukan. Ini trik lama dalam fisika, tapi sejauh ini tidak ada teori telah cukup terbukti

B. Teori Relativitas Umum Einstein Bungkam Konsep Gravitasi Newton

Teori Einstein relativitas umum memprediksi bahwa ruang-waktu di sekitar bumi tidak hanya Melengkung tetapi juga membelit rotasi planet. Pada tahun 1905, Albert Einstein menetapkan bahwa hukum fisika adalah sama untuk semua pengamat non-percepatan, dan bahwa kecepatan cahaya dalam ruang hampa adalah independen dari gerakan semua pengamat. Ini adalah teori relativitas khusus. Ini memperkenalkan kerangka kerja baru untuk semua ilmu fisika dan mengusulkan konsep baru tentang ruang dan waktu. Einstein

kemudian

menghabiskan

sepuluh

tahun

mencoba

menyempurnakan teorinya dan menerbitkan teori relativitas umum pada tahun 1915. Di dalamnya, ia menetapkan bahwa benda-benda besar menyebabkan distorsi dalam ruang-waktu, yang dirasakan sebagai gravitasi. Dua benda memberikan gaya tarik-menarik satu sama lain dikenal sebagai "gravitasi." pusat bumi menarik Anda ke arah nya (menjaga Anda tegas bersarang di tanah), pusat massa menarik anda kembali ke bumi, meskipun dengan jauh lebih sedikit gaya. Sir Isaac Newton menghitung gravitasi antara dua benda ketika ia merumuskan tiga hukum gerak. Namun hukum Newton menganggap bahwa gravitasi adalah gaya bawaan dari suatu obyek yang dapat bertindak lebih jauh. Albert Einstein, dalam teorinya tentang relativitas khusus, menetapkan bahwa hukum fisika adalah sama untuk semua pengamat yang tidak dipercepat, dan ia menunjukkan bahwa kecepatan cahaya dalam ruang hampa adalah sama tidak peduli kecepatan di mana seorang pengamat berada. Akibatnya, ia menemukan bahwa ruang dan waktu yang terjalin ke sebuah kontinum tunggal yang dikenal sebagai ruang-waktu. Peristiwa yang terjadi pada saat yang sama untuk satu pengamat bisa terjadi pada waktu yang berbeda untuk lain saat Einstein mengemukakan teori relativitas umum, Einstein menyadari bahwa benda-benda besar menyebabkan distorsi dalam ruangwaktu. Bayangkan pengaturan tubuh besar di tengah trampolin. Tubuh

akan menekan ke dalam kain, menyebabkan ia lesung. Sebuah marmer berguling-guling tepi akan spiral ke dalam ke arah tubuh, menarik dalam banyak cara yang sama bahwa gravitasi planet menarik batu di ruang angkasa. Bukti eksperimental Meskipun instrumen tidak dapat melihat atau mengukur ruang-waktu, beberapa fenomena yang diprediksi membelokkan yang telah dikonfirmasi. 

Cahaya di sekitar sebuah obyek yang masif, seperti lubang hitam, dibengkokkan, menyebabkan ia bertindak sebagai lensa untuk hal-hal yang ada di balik itu. Para astronom secara rutin menggunakan metode ini untuk mempelajari bintang dan galaksi di balik benda-benda besar.



Perubahan orbit Merkurius: orbit Merkurius bergeser secara bertahap dari waktu ke waktu, karena kelengkungan ruang-waktu di sekitar matahari besar. Dalam beberapa miliar tahun, bahkan bisa bertabrakan dengan Bumi.



Bingkai-menyeret ruang-waktu di sekitar badan berputar: perputaran berat benda, seperti Bumi, harus memutar dan mendistorsi ruang-waktu di sekitarnya. Pada tahun 2004, NASA meluncurkan satelit Gravity Probe B. yang dikalebrasi secara cermat menyebabkan sumbu giroskop dalam melayang sangat sedikit dari waktu ke waktu, hasil yang bertepatan dengan teori Einstein.



Gravitasi pergeseransinar merah: Radiasi elektromagnetik dari suatu objek ditarik keluar sedikit di dalam medan gravitasi. Pikirkan gelombang suara yang berasal dari sirene pada kendaraan darurat; sebagai kendaraan bergerak ke arah pengamat, gelombang suara yang dikompresi, tetapi seperti bergerak menjauh, Dikenal sebagai Efek Doppler, fenomena yang sama terjadi dengan gelombang cahaya pada semua frekuensi. Pada tahun 1959, dua fisikawan, Robert Pound dan Glen Rebka, menembak sinar gamma besi radioaktif pada sebuah sisi menara di Harvard University dan menemukan

hasilnya

menjadi

tidak

tepat

dari

gamma karena distorsi yang disebabkan oleh gravitasi.

frekuensi

sinar