Teori Relativitas Umum Albert Einstein

Albert Einstein

Teori Relativitas Umum

Meskipun Einstein telah mengubah wajah fisika modern dengan rilis makalahnya tahun 1905 tentang Relativitas Khusus, dia tidak puas dengan teori tersebut. Dia ingin membangun teori yang lebih umum yang akan memasukkan dan menjelaskan gravitasi.

Gambar Albert Einstein

Albert Einstein pada tahun 1921
Sumber: Hadiah Nobel bidang Fisika foto
The Falling Man

Salah satu eksperimen pemikiran pertama Einstein tentang subjek ini melibatkan seorang pria yang jatuh. Dia menyadari bahwa seseorang yang jatuh bebas tidak akan merasakan berat badannya sendiri. Jika orang tersebut berada di ruang tertutup saat jatuh, mereka akan memiliki pengalaman yang sama seperti seseorang yang mengambang tanpa bobot di luar angkasa (setidaknya sampai mereka menyentuh tanah). Bagi Einstein, ini berarti bahwa gravitasi tidak ada bagi pengamat.

Prinsip Kesetaraan

Einstein menggunakan eksperimen pemikiran 'manusia jatuh' untuk mengembangkan prinsip kesetaraan. Prinsip ini menyatakan bahwa pengaruh gaya berat dan pengaruh percepatan sama-sama dihasilkan oleh struktur yang sama. Dia menerbitkan idenya pada akhir artikel tahun 1907 yang diterbitkan olehBuku Tahunan Radioaktivitas dan Elektronik. Meskipun akan memakan waktu beberapa tahun lagi, konsep prinsip kesetaraan akan menjadi langkah penting menuju relativitas umum.

Prediksi Awal

Selain menghasilkan prinsip kesetaraan, Einstein menggunakan ide ini untuk membuat beberapa prediksi dunia nyata yang penting. Pertama, dia mendemonstrasikan bahwa jam sebenarnya akan berjalan lebih lambat jika semakin kuat medan gravitasi. Dengan kata lain, jam di Jupiter akan berjalan lebih lambat daripada jam di Bumi. Ini sekarang dikenal sebagai dilatasi waktu gravitasi. Einstein juga meramalkan bahwa gravitasi akan menyebabkan cahaya melengkung, sebuah prediksi yang dapat dibuktikan melalui eksperimen.

Menggambar Einstein

Gambar ini menunjukkan salah satu eksperimen pemikiran Einstein
di mana dia membandingkan bola yang jatuh ke lantai dengan roket yang berakselerasi
(kiri) dan satu di Bumi (kanan).
Efeknya identik dalam kedua situasi tersebut.

Sumber: Markus Poessel (Mapos), CC BY-SA 3.0,
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4381205

Strategi

Selama beberapa tahun berikutnya Einstein akan mencari solusi untuk relativitas umum menggunakan dua strategi berbeda: strategi matematika dan strategi fisik. Upaya awalnya pada tahun 1912 di solusi matematika dapat dilihat di buku catatan yang disebutBuku Catatan Zurich. Namun, Einstein meninggalkan strategi matematika setelah setahun merasa bahwa persamaan terakhirnya tidak memenuhi syarat yang diperlukan. Dia kemudian mengalihkan usahanya sepenuhnya ke strategi fisik dan merilis sebuah makalah yang kemudian dikenal sebagairancangantentang subjek.

Sukses dan Teori Umum Relativitas

Einstein hanya sedikit puas denganrancangankertas dan, pada tahun 1915, dia telah menyadari bahwarancanganteori itu cacat. Selalu gigih, Einstein kembali ke strategi matematika. Pada akhir tahun 1915, Einstein mulai membentuk persamaan yang akan menjelaskan idenya tentang relativitas umum. Keberhasilan besar pertamanya datang ketika dia berhasil menghitung hasil yang benar untuk pergeseran orbit Merkurius. Peristiwa ini digambarkan sebagai salah satu hari paling emosional dalam hidup Einstein. Itu adalah hasil kerja keras selama bertahun-tahun. Dia kemudian memperbaiki persamaannya dan mempresentasikannya dalam sebuah kuliah di Akademi Prusia yang disebut 'Persamaan Medan Gravitasi. ' Einstein akan menganggap teorinya tentang relativitas umum sebagai pencapaian puncak kariernya.

Persamaan baru Einstein tidak sesederhana seperti sebelumnya E = mc^dua, tapi mereka sama pentingnya. Persamaan medan Einstein yang paling terkenal terlihat seperti ini:

Gerhana Matahari dan Verifikasi Eksperimental

Teori Einstein pada awalnya tidak diterima atau digunakan secara luas oleh dunia ilmiah. Pada tahun 1919, teorinya dikonfirmasi ketika dengan tepat memprediksi defleksi cahaya bintang oleh matahari selama gerhana matahari. Konfirmasi teorinya membawa ketenaran Einstein di seluruh dunia. Satu surat kabar Inggris memberitakan 'Revolusi dalam Sains - Teori Baru Alam Semesta - Gagasan Newtonian Digulingkan'. Meskipun eksperimen ini membawa perhatian dan penerimaan yang signifikan terhadap teori tersebut, teori tersebut tidak banyak digunakan oleh fisikawan sampai tahun 1960-an dan 1970-an.

Gambar gerhana tahun 1919
Pengarang: F. W. Dyson, A. S. Eddington, dan C. Davidson

Fakta Menarik

Ketika membahas keberhasilannya dalam menemukan solusi untuk relativitas umum, Einstein berkata, 'Impian saya yang paling berani sekarang telah menjadi kenyataan.'

Einstein bekerja dengan ahli matematika David Hilbert pada teori relativitas umum termasuk menghadiri kuliah Hilbert dan berbagi ide dalam surat.

Isi Biografi Albert Einstein