Mengapa waktu berubah ketika bergerak mendekati kecepatan cahaya? - Timothy, usia 11 tahun, Shoreview, Minnesota
Bayangkan jika kamu berada di dalam mobil yang sedang melaju melintasi pedesaan sambil melihat pemandangan. Sebuah pohon di kejauhan mendekat ke mobil dan melintas di depan mobil lalu menjauh di kejauhan di belakang mobil tersebut.
Tentu saja, kamu tahu bahwa pohon itu tidak benar-benar bangun dan berjalan menuju atau menjauhi kamu. Kamulah yang berada di dalam mobil yang bergerak ke arah pohon itu. Pohon itu hanya bergerak sebagai perbandingan, atau relatif, terhadap kamu – itulah yang disebut oleh para fisikawan sebagai relativitas. Jika kamu memiliki seorang teman yang berdiri di dekat pohon itu, mereka akan melihatmu bergerak ke arah mereka dengan kecepatan yang sama dengan kecepatan yang kamu lihat saat pohon itu bergerak ke arahmu.
Dalam bukunya tahun 1632, “Dialogue Concerning the Two Chief World Systems”, astronom Galileo Galilei pertama kali menggambarkan prinsip relativitas - gagasan bahwa alam semesta seharusnya berperilaku dengan cara yang sama setiap saat, meskipun dua orang mengalami peristiwa yang berbeda karena yang satu bergerak terhadap yang lain.
Jika kamu berada di dalam mobil dan melemparkan bola ke udara, hukum fisika yang bekerja pada bola tersebut, seperti gaya gravitasi, seharusnya sama dengan yang bekerja pada pengamat yang melihat dari sisi jalan. Namun, ketika kamu melihat bola itu bergerak ke atas dan kembali ke bawah, seseorang yang berada di pinggir jalan akan melihat bola itu bergerak ke arah atau menjauh dari mereka, juga ke atas dan ke bawah.
Relativitas khusus dan kecepatan cahaya
Albert Einstein kemudian mengusulkan gagasan yang sekarang dikenal sebagai relativitas khusus untuk menjelaskan beberapa pengamatan membingungkan yang tidak memiliki penjelasan intuitif pada saat itu. Einstein menggunakan hasil kerja banyak fisikawan dan astronom pada akhir 1800-an untuk menyusun teorinya pada 1905, dimulai dengan dua bahan utama: prinsip relativitas dan pengamatan aneh bahwa kecepatan cahaya sama untuk setiap pengamat dan tidak ada yang bisa bergerak lebih cepat. Setiap orang yang mengukur kecepatan cahaya akan mendapatkan hasil yang sama, di mana pun mereka berada atau seberapa cepat mereka bergerak.
Katakanlah kamu berada di dalam mobil yang melaju dengan kecepatan 60 mil (96,5 km) per jam dan teman yang lain berdiri di dekat pohon. Ketika mereka melempar bola ke arah kamu dengan kecepatan yang mereka anggap 60 mil per jam, secara logika kamu mungkin berpikir bahwa kamu akan melihat temanmu dan pohon bergerak ke arahmu dengan kecepatan 60 mil per jam dan bola bergerak ke arahmu dengan kecepatan 120 mil (193 km) per jam. Meskipun hal tersebut sangat dekat dengan nilai yang benar, tapi sebenarnya hal tersebut sedikit keliru.
Perbedaan antara apa yang diharapkan dengan menjumlahkan dua angka dan jawaban yang sebenarnya akan semakin besar ketika salah satu atau kedua dari kamu bergerak mendekati kecepatan cahaya. Jika kamu bepergian dengan roket yang bergerak dengan kecepatan 75% dari kecepatan cahaya dan temanmu melempar bola dengan kecepatan yang sama, kamu tidak akan melihat bola tersebut bergerak ke arahmu dengan kecepatan 150% dari kecepatan cahaya. Hal ini karena tidak ada yang bisa bergerak lebih cepat dari cahaya - bola akan tetap terlihat bergerak ke arah kamu dengan kecepatan kurang dari kecepatan cahaya. Meskipun ini semua mungkin tampak sangat aneh, ada banyak bukti eksperimental yang mendukung pengamatan ini.
Pelebaran waktu dan paradoks kembar
Kecepatan bukanlah satu-satunya faktor yang berubah relatif terhadap siapa yang melakukan pengamatan. Konsekuensi lain dari relativitas adalah konsep dilatasi waktu, saat orang mengukur jumlah waktu yang berbeda tergantung pada seberapa cepat mereka bergerak relatif satu sama lain.
Setiap orang mengalami waktu secara normal relatif terhadap diri mereka sendiri. Namun, orang yang bergerak lebih cepat akan merasakan lebih sedikit waktu yang berlalu daripada orang yang bergerak lebih lambat. Hanya ketika mereka menghubungkan kembali dan membandingkan jam tangan mereka, mereka baru menyadari bahwa jam tangan yang satu menunjukkan waktu yang lebih sedikit, sementara jam tangan yang lain menunjukkan waktu yang lebih banyak.
Hal ini mengarah pada salah satu hasil relativitas yang paling aneh, yaitu paradoks kembar, yang mengatakan bahwa jika salah satu dari sepasang anak kembar melakukan perjalanan ke luar angkasa dengan roket berkecepatan tinggi, mereka akan kembali ke Bumi dan mendapati kembarannya menua lebih cepat daripada mereka. Penting untuk dicatat bahwa waktu berperilaku “normal” seperti yang dirasakan oleh masing-masing kembaran (persis seperti yang Anda alami saat ini), meskipun pengukuran mereka tidak sama.
Mungkin kamu bertanya-tanya: Jika masing-masing kembar melihat diri mereka sendiri sebagai orang yang diam dan yang lainnya bergerak ke arah mereka, bukankah mereka akan mengukur satu sama lain sebagai orang yang menua lebih cepat? Jawabannya adalah tidak, karena mereka berdua tidak mungkin lebih tua dibandingkan dengan kembarannya yang lain.
Kembaran di pesawat ruang angkasa tidak hanya bergerak pada kecepatan tertentu di mana kerangka acuannya tetap sama, tapi juga berakselerasi dibandingkan dengan kembarannya di Bumi. Tidak seperti kecepatan yang relatif terhadap pengamat, percepatan bersifat absolut. Jika kamu menginjak timbangan, berat yang kamu ukur sebenarnya adalah percepatan akibat gravitasi. Pengukuran ini tetap sama terlepas dari kecepatan Bumi bergerak melalui tata surya, atau tata surya bergerak melalui galaksi, atau galaksi melalui alam semesta.
Tidak ada keanehan yang dialami oleh kedua saudara kembar ini dengan jam tangan mereka ketika salah satu bergerak mendekati kecepatan cahaya - mereka berdua merasakan waktu secara normal seperti yang dialami oleh kamu atau saya. Hanya ketika mereka bertemu dan membandingkan hasil pengamatannya, mereka akan melihat perbedaan – perbedaan yang dijelaskan dengan sempurna oleh matematika relativitas.
Rahma Sekar Andini dari Universitas Negeri Malang menerjemahkan artikel ini dari bahasa Inggris.