Teori Relativitas; Mungkinkah Lebih Cepat dari Cahaya?

Einstein merilis banyak teori ilmiah selama karirnya, dan publikasi dua teori relativitas yang benar-benar mengguncang dasar-dasar fisika. Teori-teori yang diusulkan oleh dia masih berlaku sampai hari ini meskipun ada banyak orang yang telah mencoba untuk "menantang" teori ini. Dimulai pada tahun 1905 dengan penerbitan teori khusus relativitas-nya dan kemudian diikuti oleh teori relativitas umum pada tahun 1915. Masing-masing dari teori ini terdiri dari seperangkat persamaan tersendiri, hukum dan prinsip-prinsip yang menjelaskan mengapa hal-hal bertindak seperti yang mereka lakukan, dari galaksi terbesar hingga partikel yang terkecil.

Einstein di pertengahan abad 20 ia menerbitkan teori relativitas khusus nya yang menjadi alat yang sangat penting bagi para ilmuwan, fisikawan, ahli teori dan eksperimentalis di seluruh dunia saat ini. Beberapa konsep yang diperkenalkan adalah dilatasi waktu, kontraksi panjang, dan teori terkenal tentang kesetaraan massa-energi dengan pengenalan E = mc^2. Salah satu konsep lain, dan subjek dari postingan ini, adalah pengenalan Einstein pada batas kecepatan kosmik yang menyatakan bahwa tidak ada objek fisik atau informasi yang dapat berjalan lebih cepat daripada kecepatan cahaya dalam ruang hampa.

Paper relativitas khusus

Tujuan utama Einstein adalah untuk mengatasi inkonsistensi dalam teori elektromagnetik Maxwell. Karena itulah paper einstein tentang relativitas berjudul Elektrodinamika Benda Bergerak.

Tak lama setelah penerbitan teori relativitas khusus-nya, ia segera mulai bekerja membangun persamaan yang mencakup pandangan geometrik mengenai gravitasi dan memperkenalkan konsep-konsep baru dan menarik yang menggantikan mekanika Newton, yang telah berlangsung selama 250 tahun. Para ilmuwan telah mampu menghitung efek energi gravitasi rendah selama berabad-abad dengan teori Newton, tapi apa yang sebenarnya menyebabkan hal itu tetap menjadi misteri sampai masa Einstein. Teori umum Einstein menunjukkan kepada dunia bahwa gravitasi disebabkan oleh pembengkokan ruang dan waktu. Jadi singkatnya, bukan gaya gravitasi yang menahan kita semua di bumi tapi ruang yang sebenarnya mendorong Anda ke bawah. Teori ini menjelaskan fenomena seperti pembengkokan cahaya oleh gravitasi dan membuka bidang yang sama sekali baru dalam kosmologi. Teori ini juga membuat prediksi yang sama sekali baru, seperti teori Big Bang dan juga lubang hitam, yang terus menjadi sumber yang kaya bagi para ilmuwan untuk bahan penelitian.

Paper Relativitas umum yang di publikasikan 10 tahun kemudian

Singkat kata, teori Einstein telah teruji oleh waktu selama hampir satu abad dan jika ada satu titik kesalahan, maka kita harus membuang seluruh teori diatas. Jadi kemanapun kita melihat langit, teori relativitas umum Einstein  muncul tepat di tempat itu.

Pekan lalu, sebuah tim peneliti internasional dan ilmuwan melaporkan bahwa mereka telah mencatat partikel sub-atom yang melakukan perjalanan lebih cepat daripada kecepatan cahaya. Selama periode tiga tahun, neutrino ditembak dari akselerator partikel CERN di Swiss untuk detektor di Italia (OPERA yang - Oscillation Project with Emulsion Tracking Apparatus) sekitar 500 mil jauhnya. Para peneliti menemukan bahwa neutrino tiba sekitar 60 nano detik lebih cepat daripada cahaya. Hasil terbaru dari akselerator di CERN ini, yang tampaknya bertentangan dengan teori relativitas Einstein, telah menarik minat yang sangat besar dikalangan ilmuwan serta masyarakat. Namun, tidak banyak yang telah ditulis tentang apa arti tepatnya hal ini bagi relativitas itu sendiri.

OPERA

Relativitas Khusus yang di publikasikan tahun 1905, seperti yang didiskusikan di atas, didasarkan pada gagasan bahwa kecepatan cahaya adalah sama, tak peduli siapa yang mengukurnya, selama yang mengukur  tidak mengalami percepatan (bergerak dengan kecepatan tetap atau diam). Ini melanggar akal sehat dan gagasan Newton bahwa tidak ada yang istimewa tentang kecepatan cahaya. Oleh karena itu, ada sesuatu yang harus salah. Jadi, pengertian akal sehat kita tentang alam semesta harus berubah jika kecepatan cahaya  sama dan tidak peduli bagaimana kita mengukurnya, apakah itu datang ke arah kita, menjauh atau dari samping.Konsekuensi yang kita dapatkan adalah:

1. Waktu akan lebih lambat didalam pesawat roket yang berjalan sangat cepat.

2. Benda akan lebih berat ketika kecepatan mendekati kecepatan cahaya.

3. Semakin cepat benda bergerak, akan semakin termampatkan.

Semua efek di atas telah diamati. Sebagai contoh, Jam atom pada satelit, nanodetik lebih lambat daripada jam di bumi, karena kecepatannya dan gravitasi yang lebih ringan pada orbit. Tanpa penyesuaian menggunakan teori relativitas Einstein, sistem GPS dunia tidak akan bekerja dengan baik. Penyesuaian waktu membuat GPS bekerja akurat, dan ini tidak akan mungkin terjadi tanpa perhitungan Einstein. Ada juga gelombang kosmik dan akselerator partikel yang juga digunakan untuk memverifikasi fakta ini.

Benda bertambah berat saat bertambah cepat karena energi gerak telah berubah menjadi massa. Jumlah yang tepat dari energi kinetik yang berubah menjadi massa dengan mudah dihitung menggunakan relativitas (panjang penurunan matematisnya hanya sebaris) dan hasilnya adalah rumus yang paling terkenal dalam ilmu pengetahuan yaitu persamaan , E = mc^2.

Lalu mengapa kecepatan cahaya harus menjadi kecepatan maksimum di alam semesta? Saat kecepatan benda  hampir sama dengan kecepatan cahaya, hal-hal aneh mulai terjadi seperti:

1. Waktu Berhenti

2. Beratnya menjadi tak terhingga

3. Wujud menjadi tipis tak terhingga

Jika kecepatan benda melebihi kecepatan cahaya, maka benda itu akan mendapatkan omong kosong seperti:

• Mungkin waktu berjalan mundur
• Benda tersebut lebih berat daripada Semesta
• Wujud/besar/ukuran benda menjadi Negatif 

Untuk alasan inilah, Einstein menyatakan bahwa tidak ada yang bisa lebih cepat daripada kecepatan cahaya. Hal ini juga mempengaruhi relativitas umum, yang merupakan dasar dari kosmologi, karena (untuk jarak kecil) relativitas umum tereduksi menjadi relativitas khusus. Oleh karena itu, keduanya salah jika percobaan CERN terakhir benar. Tidak hanya kosmologi, fisika nuklir, fisika atom, fisika laser, dll semuanya salah, tetapi juga teori-teori dasar fisika partikel juga harus salah.  Model Standar dari fisika partikel (yang mengandung quark, elektron, neutrino, dll). juga didasarkan pada relativitas dan juga akan berarti bahwa teori string, mungkin juga salah. Teori string memiliki relativitas built-in dari awal dan oktaf terendah dari string berisi seluruh teori umum relativitas umum.

Sehingga Anda dapat melihat mengapa fisikawan TIDAK buru buru menyalahkan teori relativitas, karena teori ini menjadi dasar dari tegaknya fisika modern. Tidak hanya semua buku teks harus ditulis ulang tetapi kita juga harus mengkalibrasi ulang semua perhitungan fisika kita, belum lagi semua teori tentang nuklir, fisika atom dan kosmologi. Mungkin saat ini kebanyakan fisikawan menahan napas, berharap bahwa percobaan CERN baru-baru ini terbukti cacat atau false alarm. Namun, tetap ada kemungkinan (meskipun sangat kecil) bahwa hasilnya benar. Kemudian relativitas mungkin jatuh dan kita harus menunggu kedatangan Einstein berikutnya yang bisa menjelaskan semuanya secara masuk akal kepada kita - This is How Science is Done.