Postulat Relativitas

Bayangkan kalian sedang berada di dalam kereta yang bergerak dengan kecepatan tinggi. Ketika melihat keluar jendela, kalian melihat pohon-pohon dan rumah-rumah yang tampak bergerak menjauh. Namun, apakah kalian tahu bahwa bagi orang yang berdiri di luar kereta, kalian yang sebenarnya sedang bergerak? Nah, apa yang sebenarnya terjadi di sini? Kenapa perbedaan pandangan bisa terjadi?

Di sini, kita akan mempelajari dua postulat dasar dalam teori relativitas yang dikemukakan oleh Albert Einstein. Postulat pertama mengatakan bahwa hukum fisika itu sama di semua kerangka acuan yang tidak bergerak atau bergerak dengan kecepatan tetap. Sementara itu, postulat kedua menjelaskan bahwa kecepatan cahaya selalu tetap, tak peduli seberapa cepat pengamat atau sumber cahaya itu bergerak. Penasaran bagaimana hal ini bisa mengubah cara kita melihat dunia? Yuk, kita pelajari bersama!

Teori Relativitas Newton

Teori relativitas Newton menjelaskan gerak suatu benda yang kecepatannya jauh lebih kecil dibandingkan dengan kecepatan cahaya. Berdasarkan teori ini, suatu benda dikatakan diam jika posisinya tidak berubah terhadap kerangka acuan yang lebih besar. Sebaliknya, suatu benda dikatakan bergerak jika posisinya berubah dalam kerangka acuan tersebut. Hukum Newton, atau hukum inersia, menyatakan bahwa jika suatu benda yang diam tidak mengalami hasil gaya yang bekerja, benda tersebut akan tetap diam atau bergerak dengan kecepatan konstan. Dengan kata lain, apabila tidak ada gaya luar yang bekerja, objek akan tetap berada dalam keadaan awalnya, apakah diam atau bergerak dengan kecepatan tetap.

Transformasi Galileo

Transformasi Galileo adalah perubahan koordinat yang digunakan untuk menjelaskan hubungan antara dua kerangka acuan inersia yang bergerak relatif satu sama lain. Jika dua pengamat memutuskan untuk mengukur suatu objek dengan hukum fisika yang sama, maka mereka akan mendapatkan hasil yang sama meskipun sistem koordinatnya berbeda. Hukum fisika yang berlaku dalam transformasi ini disebut hukum fisika invarian, yang berarti bahwa hukum fisika tetap tidak berubah meskipun kerangka acuan berbeda.

Persamaan ini menunjukkan bahwa:

Dari transformasi Galileo, kecepatan benda di sumbu-X menurut pengamat di kerangka $O′$ dinyatakan sebagai:

Sehingga berlaku:

Artinya, kecepatan relatif suatu benda berkurang sebesar kecepatan kerangka acuan.

Dari transformasi Galileo, kita sudah tahu bahwa kecepatan benda di dua kerangka acuan berbeda:

Kalau kita turunkan terhadap waktu untuk mencari percepatan:

Dengan persamaan ini, kita dapat memahami bagaimana posisi, kecepatan, dan waktu dipengaruhi oleh kerangka acuan yang digunakan, dengan prinsip dasar bahwa gerakan relatif antara dua objek dapat dijelaskan tanpa mengubah hukum fisika yang berlaku.

Percobaan Michelson dan Morley

Percobaan Michelson-Morley adalah eksperimen yang berupaya mengukur kecepatan relatif cahaya terhadap medium yang disebut "eter". Eter ini sebelumnya dianggap sebagai medium perambatan gelombang cahaya, mirip dengan udara yang mengantarkan gelombang suara. Eksperimen ini bertujuan untuk mendeteksi perbedaan dalam kecepatan cahaya berdasarkan arah gerak Bumi terhadap eter.

Namun, hasil percobaan ini menunjukkan bahwa tidak ada perbedaan kecepatan cahaya, meskipun Bumi bergerak melalui ruang angkasa. Hal ini menyimpulkan bahwa tidak ada medium eter yang diperlukan untuk perambatan cahaya. Oleh karena itu, hasil ini bertentangan dengan teori klasik yang menganggap bahwa eter adalah medium untuk gelombang cahaya. Hasil ini menunjukkan bahwa cahaya tidak memerlukan medium seperti eter untuk merambat.

Berdasarkan hasil percobaan tersebut, kecepatan cahaya terbukti konstan dan tidak tergantung pada gerakan benda apapun, termasuk gerakan Bumi dalam ruang. Ini menjadi dasar teori relativitas Einstein, yang mengemukakan bahwa kecepatan cahaya adalah tetap dalam segala kondisi pengamatan, baik dalam kerangka acuan yang bergerak maupun yang diam.

Untuk menghitung kecepatan cahaya, digunakan persamaan sebagai berikut:

Dimana:

Eksperimen ini berkontribusi besar terhadap perubahan besar dalam teori fisika, yang akhirnya melahirkan teori relativitas khusus Einstein.