[Buku Bahasa Indonesia stephen hawking] Grand Design

Karya Einstein menunjukkan bahwa, seperti konsep keadaan diam, waktu tidak dapat bersifat absolut sebagaimana yang dipikirkan Newton. Dengan kata lain, tidak mungkin menetapkan kepada setiap peristiwa suatu waktu yang akan disepakati oleh semua pengamat. Sebaliknya, setiap pengamat memiliki ukuran waktunya sendiri, dan waktu yang diukur oleh dua pengamat yang bergerak relatif satu sama lain tidak akan sama. Gagasan Einstein bertentangan dengan intuisi kita karena implikasinya tidak tampak pada kecepatan yang biasanya kita temui dalam kehidupan sehari-hari. Namun gagasan tersebut telah berulang kali dikonfirmasi oleh eksperimen.

Sebagai contoh, bayangkan sebuah jam acuan yang diam di pusat bumi, jam lain di permukaan bumi, dan jam ketiga di dalam pesawat yang terbang searah atau berlawanan dengan arah rotasi bumi. Dengan mengacu pada jam di pusat bumi, jam di dalam pesawat yang bergerak ke arah timur—searah rotasi bumi—bergerak lebih cepat daripada jam di permukaan bumi, sehingga seharusnya berjalan lebih lambat. Demikian pula, dengan mengacu pada jam di pusat bumi, jam di dalam pesawat yang terbang ke arah barat—berlawanan dengan rotasi bumi—bergerak lebih lambat daripada jam di permukaan, yang berarti jam itu seharusnya berjalan lebih cepat daripada jam di permukaan. Dan itulah yang tepatnya diamati ketika, dalam sebuah eksperimen yang dilakukan pada Oktober 1971, sebuah jam atom yang sangat akurat diterbangkan mengelilingi dunia. Jadi Anda dapat memperpanjang usia dengan terus-menerus terbang ke arah timur mengelilingi dunia, meskipun Anda mungkin akan lelah menonton semua film dalam penerbangan. Namun efeknya sangat kecil, sekitar 180 per miliar detik setiap putaran (dan juga sedikit berkurang oleh pengaruh perbedaan gravitasi, tetapi hal itu tidak perlu kita bahas di sini).

Berkat karya Einstein, para fisikawan menyadari bahwa dengan menuntut agar kecepatan cahaya sama dalam semua kerangka acuan, teori listrik dan magnetisme Maxwell mengharuskan waktu tidak diperlakukan terpisah dari tiga dimensi ruang. Sebaliknya, waktu dan ruang saling terjalin. Hal ini mirip dengan menambahkan arah keempat berupa masa depan/masa lalu pada arah kiri/kanan, depan/belakang, dan atas/bawah yang biasa. Para fisikawan menyebut penyatuan ruang dan waktu ini sebagai “ruang-waktu”, dan karena ruang-waktu mencakup arah keempat, mereka menyebutnya dimensi keempat. Dalam ruang-waktu, waktu tidak lagi terpisah dari tiga dimensi ruang, dan secara longgar dapat dikatakan bahwa sebagaimana definisi kiri/kanan, depan/belakang, atau atas/bawah bergantung pada orientasi pengamat, demikian pula arah waktu bervariasi tergantung pada kecepatan pengamat. Pengamat yang bergerak dengan kecepatan berbeda akan memilih arah waktu yang berbeda dalam ruang-waktu. Oleh karena itu, teori relativitas khusus Einstein merupakan model baru yang menyingkirkan konsep waktu absolut dan keadaan diam absolut (yakni diam relatif terhadap eter tetap).

Einstein segera menyadari bahwa agar gravitasi selaras dengan relativitas diperlukan perubahan lain. Menurut teori gravitasi Newton, pada setiap saat benda-benda saling tarik-menarik dengan gaya yang bergantung pada jarak di antara mereka pada saat itu. Namun teori relativitas telah menghapus konsep waktu absolut, sehingga tidak ada cara untuk mendefinisikan kapan jarak antara massa-massa tersebut harus diukur. Dengan demikian, teori gravitasi Newton tidak konsisten dengan relativitas khusus dan harus dimodifikasi. Konflik ini mungkin terdengar seperti kesulitan teknis belaka, mungkin bahkan detail yang dapat diatasi tanpa banyak perubahan pada teori. Ternyata, tidak ada yang lebih keliru dari anggapan itu.

Selama sebelas tahun berikutnya Einstein mengembangkan teori gravitasi baru yang ia sebut relativitas umum. Konsep gravitasi dalam relativitas umum sama sekali tidak menyerupai konsep Newton. Sebaliknya, teori ini didasarkan pada gagasan revolusioner bahwa ruang-waktu tidaklah datar, sebagaimana diasumsikan sebelumnya, melainkan melengkung dan terdistorsi oleh massa dan energi yang terkandung di dalamnya.

Cara yang baik untuk membayangkan kelengkungan adalah dengan memikirkan permukaan bumi. Meskipun permukaan bumi hanya dua dimensi (karena hanya ada dua arah di sepanjangnya, misalnya utara/selatan dan timur/barat), kita akan menggunakannya sebagai contoh karena ruang dua dimensi yang melengkung lebih mudah dibayangkan daripada ruang empat dimensi yang melengkung. Geometri ruang melengkung seperti permukaan bumi bukanlah geometri Euclidean yang kita kenal. Misalnya, di permukaan bumi, jarak terpendek antara dua titik—yang dalam geometri Euclidean kita kenal sebagai garis lurus—adalah lintasan yang menghubungkan kedua titik tersebut sepanjang apa yang disebut lingkaran besar. (Lingkaran besar adalah lingkaran di permukaan bumi yang pusatnya berimpit dengan pusat bumi. Khatulistiwa adalah contoh lingkaran besar, demikian pula setiap lingkaran yang diperoleh dengan memutar khatulistiwa sepanjang diameter yang berbeda.)

Bayangkan Anda ingin bepergian dari New York ke Madrid, dua kota yang berada pada garis lintang hampir sama. Jika bumi datar, rute terpendek adalah bergerak lurus ke timur. Jika Anda melakukan itu, Anda akan tiba di Madrid setelah menempuh 3.707 mil. Namun karena kelengkungan bumi, ada jalur yang pada peta datar tampak melengkung dan karenanya lebih panjang, tetapi sebenarnya lebih pendek. Anda dapat mencapainya dalam 3.605 mil jika mengikuti rute lingkaran besar, yaitu dengan terlebih dahulu bergerak ke timur laut, kemudian perlahan berbelok ke timur, lalu ke tenggara. Perbedaan jarak antara kedua rute tersebut disebabkan oleh kelengkungan bumi, dan merupakan tanda geometri non-Euclidean-nya. Maskapai penerbangan mengetahui hal ini dan mengatur agar pilot mereka mengikuti rute lingkaran besar bila memungkinkan.

Menurut hukum gerak Newton, benda-benda seperti peluru meriam, croissant, dan planet bergerak dalam garis lurus kecuali dipengaruhi oleh suatu gaya, seperti gravitasi. Namun gravitasi, dalam teori Einstein, bukanlah gaya seperti gaya-gaya lainnya; melainkan konsekuensi dari kenyataan bahwa massa mendistorsi ruang-waktu, menciptakan kelengkungan. Dalam teori Einstein, benda-benda bergerak di sepanjang geodesik, yaitu padanan terdekat dari garis lurus dalam ruang yang melengkung. Garis lurus adalah geodesik pada bidang datar, dan lingkaran besar adalah geodesik pada permukaan bumi. Dalam ketiadaan materi, geodesik dalam ruang-waktu empat dimensi bersesuaian dengan garis lurus dalam ruang tiga dimensi. Namun ketika materi hadir dan mendistorsi ruang-waktu, lintasan benda-benda dalam ruang tiga dimensi yang bersesuaian melengkung dengan cara yang dalam teori Newton dijelaskan oleh tarikan gravitasi. Ketika ruang-waktu tidak datar, lintasan benda tampak dibelokkan, sehingga memberi kesan bahwa suatu gaya bekerja pada mereka.

Distributor pusat penjualan segala alat listrik tenaga surya. Toko online jual listrik tenaga matahari. Produsen Produk solar sel murah.www.tokosolarcell.net . daftar Paket harga penjualan listrik tenaga matahari

Teori relativitas umum Einstein menghasilkan kembali relativitas khusus ketika gravitasi tidak ada, dan membuat prediksi yang hampir sama dengan teori gravitasi Newton dalam lingkungan gravitasi lemah seperti tata surya kita—namun tidak sepenuhnya sama. Bahkan, jika relativitas umum tidak diperhitungkan dalam sistem navigasi satelit GPS, kesalahan posisi global akan terakumulasi sekitar sepuluh kilometer setiap hari. Namun arti penting sebenarnya dari relativitas umum bukanlah penerapannya dalam perangkat yang menuntun Anda ke restoran baru, melainkan kenyataan bahwa ia merupakan model alam semesta yang sangat berbeda, yang memprediksi efek-efek baru seperti gelombang gravitasi dan lubang hitam. Dengan demikian, relativitas umum telah mengubah fisika menjadi geometri. Teknologi modern cukup peka untuk memungkinkan kita melakukan banyak pengujian yang sangat teliti terhadap relativitas umum, dan teori ini telah lolos dari semuanya.

Meskipun keduanya merevolusi fisika, teori elektromagnetisme Maxwell dan teori gravitasi Einstein—relativitas umum—keduanya, seperti fisika Newton sendiri, merupakan teori klasik. Artinya, keduanya adalah model di mana alam semesta memiliki satu sejarah tunggal. Sebagaimana kita lihat dalam bab sebelumnya, pada tingkat atom dan subatom model-model ini tidak sesuai dengan pengamatan. Sebaliknya, kita harus menggunakan teori kuantum di mana alam semesta dapat memiliki setiap kemungkinan sejarah, masing-masing dengan intensitas atau amplitudo probabilitasnya sendiri. Untuk perhitungan praktis yang melibatkan dunia sehari-hari, kita dapat terus menggunakan teori klasik, tetapi jika kita ingin memahami perilaku atom dan molekul, kita memerlukan versi kuantum dari teori elektromagnetisme Maxwell; dan jika kita ingin memahami alam semesta awal, ketika seluruh materi dan energi alam semesta terhimpit dalam volume kecil, kita harus memiliki versi kuantum dari teori relativitas umum. Kita juga memerlukan teori semacam itu karena jika kita mencari pemahaman mendasar tentang alam, tidaklah konsisten jika sebagian hukum bersifat kuantum sementara yang lain bersifat klasik. Oleh karena itu, kita harus menemukan versi kuantum dari semua hukum alam. Teori-teori semacam itu disebut teori medan kuantum.

Gaya-gaya alam yang diketahui dapat dibagi menjadi empat kelas:

1. Gravitasi. Ini adalah yang terlemah dari keempatnya, tetapi merupakan gaya jarak jauh dan bekerja pada segala sesuatu di alam semesta sebagai gaya tarik. Artinya, untuk benda-benda besar, gaya-gaya gravitasi saling menjumlah dan dapat mendominasi semua gaya lainnya.

2. Elektromagnetisme. Ini juga merupakan gaya jarak jauh dan jauh lebih kuat daripada gravitasi, tetapi hanya bekerja pada partikel yang memiliki muatan listrik, bersifat tolak-menolak antara muatan sejenis dan tarik-menarik antara muatan berlawanan. Artinya, gaya listrik antara benda-benda besar saling meniadakan, tetapi pada skala atom dan molekul gaya ini mendominasi. Gaya elektromagnetik bertanggung jawab atas seluruh kimia dan biologi.

   Baca Juga: Sapi penyebab rusuh pemeluk Hindu dengan Islam di India, Puluhan tewas

3. Gaya nuklir lemah. Gaya ini menyebabkan radioaktivitas dan memainkan peran penting dalam pembentukan unsur-unsur di bintang-bintang dan alam semesta awal. Namun, kita tidak bersentuhan dengan gaya ini dalam kehidupan sehari-hari.

4. Gaya nuklir kuat. Gaya ini menyatukan proton dan neutron di dalam inti atom. Ia juga menyatukan proton dan neutron itu sendiri, yang diperlukan karena keduanya tersusun dari partikel yang lebih kecil lagi, yaitu quark yang telah kita sebutkan dalam Bab 3. Gaya kuat merupakan sumber energi bagi matahari dan tenaga nuklir, tetapi seperti gaya lemah, kita tidak berhubungan langsung dengannya.