[BUKU BAHASA INDONESIA] A BRIEF HISTORY OF TIME - STEPHEN HAWKING

BAB 2
RUANG DAN WAKTU

Gagasan kami saat ini tentang gerak tubuh berasal dari Galileo dan Newton. Di hadapan mereka, orang-orang mempercayai Aristoteles, yang mengatakan bahwa keadaan alami tubuh adalah untuk beristirahat dan bergerak hanya jika didorong oleh kekuatan atau dorongan hati. Ini mengikuti bahwa tubuh yang berat harus jatuh lebih cepat daripada yang ringan, karena itu akan memiliki tarikan yang lebih besar ke bumi.
Tradisi Aristotelian juga berpendapat bahwa seseorang dapat mengerjakan semua hukum yang mengatur alam semesta dengan pikiran murni: tidak perlu memeriksa dengan pengamatan. Jadi tidak ada seorang pun sampai Galileo peduli untuk melihat apakah tubuh dengan berat yang berbeda ternyata jatuh dengan kecepatan yang berbeda. Dikatakan bahwa Galileo menunjukkan bahwa kepercayaan Aristoteles salah dengan menjatuhkan beban dari menara miring Pisa. Ceritanya hampir pasti tidak benar, tetapi Galileo memang melakukan sesuatu yang setara: ia menggulirkan bola-bola dengan bobot berbeda ke lereng yang mulus. Situasinya mirip dengan benda berat yang jatuh secara vertikal, tetapi lebih mudah untuk diamati karena kecepatannya lebih kecil.

Pengukuran Galileo menunjukkan bahwa setiap tubuh meningkatkan kecepatannya pada kecepatan yang sama, tidak peduli berapa beratnya. Misalnya, jika Anda melepaskan bola di lereng yang turun satu meter untuk setiap sepuluh meter yang Anda lalui, bola akan bergerak menuruni lereng dengan kecepatan sekitar satu meter per detik setelah satu detik, dua meter per kedua setelah dua detik, dan seterusnya, seberapa berat bolanya. Tentu saja bobot timah akan jatuh lebih cepat daripada bulu, tetapi itu hanya karena bulu diperlambat oleh hambatan udara. Jika satu menjatuhkan dua benda yang tidak memiliki banyak hambatan udara, seperti dua bobot timbal yang berbeda, mereka jatuh pada tingkat yang sama. Di bulan, di mana tidak ada udara untuk memperlambat segalanya, astronot David R. Scott melakukan percobaan bulu dan memimpin berat badan dan menemukan bahwa memang mereka menabrak tanah pada saat yang sama.

Pengukuran Galileo digunakan oleh Newton sebagai dasar hukum geraknya. Dalam eksperimen Galileo, ketika sebuah benda berguling menuruni lereng itu selalu ditindaki oleh kekuatan yang sama (beratnya), dan efeknya adalah membuatnya terus-menerus bertambah cepat. Ini menunjukkan bahwa efek nyata dari gaya adalah selalu mengubah kecepatan benda, bukan hanya membuatnya bergerak, seperti yang diperkirakan sebelumnya. Ini juga berarti bahwa setiap kali benda tidak ditindaki oleh kekuatan apa pun, benda itu akan terus bergerak dalam garis lurus dengan kecepatan yang sama. Ide ini pertama kali dinyatakan secara eksplisit di Principia Mathematica Newton, yang diterbitkan pada 1687, dan dikenal sebagai hukum pertama Newton. Apa yang terjadi pada suatu benda ketika suatu gaya bekerja di atasnya diberikan oleh hukum kedua Newton. Ini menyatakan bahwa tubuh akan mempercepat, atau mengubah kecepatannya, pada tingkat yang sebanding dengan gaya. (Misalnya, akselerasi dua kali lebih besar jika gaya dua kali lebih besar.) Akselerasi juga lebih kecil semakin besar massa (atau jumlah materi) tubuh. (Gaya yang sama yang bekerja pada tubuh dua kali massa akan menghasilkan setengah dari akselerasi). Contoh yang biasa diberikan oleh mobil: semakin kuat mesin, semakin besar akselerasi, tetapi semakin berat mobil, semakin kecil akselerasi untuk mesin yang sama. Selain hukum geraknya, Newton menemukan hukum untuk menggambarkan gaya gravitasi, yang menyatakan bahwa setiap tubuh menarik setiap benda dengan kekuatan yang sebanding dengan massa setiap tubuh.

Jadi gaya antara dua tubuh akan dua kali lebih kuat jika salah satu tubuh (katakanlah, tubuh A) memiliki massa dua kali lipat. Inilah yang mungkin Anda harapkan karena seseorang dapat menganggap tubuh baru A terbuat dari dua tubuh dengan massa asli. Masing-masing akan menarik tubuh B dengan kekuatan aslinya. Dengan demikian total gaya antara A dan B akan menjadi dua kali gaya asli. Dan jika, katakanlah, salah satu mayat memiliki massa dua kali lipat, dan yang lainnya memiliki massa tiga kali lipat, maka gaya akan enam kali lebih kuat. Orang sekarang dapat melihat mengapa semua benda jatuh pada tingkat yang sama: benda dengan berat dua kali lipat akan memiliki dua kali gaya gravitasi yang menariknya ke bawah, tetapi benda itu juga akan memiliki massa dua kali lipat. Menurut hukum kedua Newton, kedua efek ini akan saling membatalkan, sehingga akselerasi akan sama dalam semua kasus.
Hukum gravitasi Newton juga memberi tahu kita bahwa semakin jauh jarak tubuh, semakin kecil gaya. Hukum gravitasi Newton mengatakan bahwa gaya tarik gravitasi bintang persis seperempat dari bintang yang sama pada jarak setengahnya. Hukum ini memprediksi orbit bumi, bulan, dan planet-planet dengan akurasi tinggi. Jika hukum menyatakan bahwa gaya tarik gravitasi bintang turun lebih cepat atau meningkat lebih cepat seiring jarak, orbit planet-planet tidak akan berbentuk elips, mereka akan berputar ke matahari atau melarikan diri dari bintang.
matahari.
Perbedaan besar antara ide-ide Aristoteles dan ide-ide Galileo dan Newton adalah bahwa Aristoteles percaya pada keadaan istirahat yang disukai, yang akan diambil oleh tubuh mana pun jika tidak didorong oleh kekuatan atau dorongan. Secara khusus, dia berpikir bahwa bumi sedang beristirahat. Tapi itu mengikuti dari hukum Newton bahwa tidak ada standar istirahat yang unik. Orang dapat juga mengatakan bahwa tubuh A diam dan tubuh B bergerak dengan kecepatan konstan sehubungan dengan tubuh A, atau tubuh B diam dan tubuh A bergerak. Sebagai contoh, jika seseorang menyisihkan rotasi bumi dan orbitnya untuk sesaat, dapat dikatakan bahwa bumi sedang diam dan bahwa kereta di atasnya bergerak ke utara dengan kecepatan 90 mil per jam atau kereta itu saat istirahat dan bumi bergerak ke selatan dengan kecepatan 90 mil per jam. Jika seseorang melakukan percobaan dengan benda bergerak di kereta, semua hukum Newton akan tetap berlaku. Misalnya, bermain Ping-Pong di kereta, orang akan menemukan bahwa bola mematuhi hukum Newton seperti bola di atas meja di dekat trek. Jadi tidak ada cara untuk mengatakan apakah itu kereta atau bumi yang bergerak

Kurangnya standar istirahat mutlak berarti bahwa seseorang tidak dapat menentukan apakah dua peristiwa yang terjadi pada waktu yang berbeda terjadi pada posisi yang sama di ruang angkasa. Sebagai contoh, misalkan bola Ping-Pong kami di kereta memantul ke atas dan ke bawah, memukul meja dua kali di tempat yang sama satu detik terpisah. Bagi seseorang di trek, kedua pantulan tampaknya akan berlangsung sekitar empat puluh meter terpisah, karena kereta akan menempuh perjalanan sejauh itu di antara jalur pantulan. Karena itu tidak adanya istirahat mutlak berarti bahwa seseorang tidak dapat memberikan suatu peristiwa posisi absolut dalam ruang, seperti yang diyakini Aristoteles. Posisi peristiwa dan jarak di antara mereka akan berbeda untuk seseorang di kereta dan satu di trek, dan tidak ada alasan untuk lebih suka posisi satu orang daripada yang lain.
Newton sangat khawatir dengan kurangnya posisi absolut, atau ruang absolut, demikian sebutannya, karena tidak sesuai dengan idenya tentang Tuhan yang absolut. Bahkan, dia menolak untuk menerima kekurangan ruang absolut, meskipun itu tersirat oleh hukumnya. Dia sangat dikritik karena kepercayaan irasional ini oleh banyak orang, terutama oleh Uskup Berkeley, seorang filsuf yang percaya bahwa semua benda material dan ruang dan waktu adalah ilusi. Ketika Dr. Johnson yang terkenal diberitahu tentang pendapat Berkeley, ia menangis, “Saya membantahnya!” Dan mematikan jari kakinya di atas batu besar.