Goresan Kecil Tentang Kecepatan Cahaya & Relativitas Khusus

Teori relativitas khusus einstein ada untuk melengkapi kekurangan dalam mekanika newton (mekanika yang dipelajari di sma). Dalam teori relativitas khusus, Einstein memberikan dua postulat yang salah satunya mengatakan bahwa kecepatan cahaya di ruang hampa adalah konstan. Einstein sendiri tidak mengatakan secara tersurat bahwa tidak ada yang dapat bergerak lebih cepat dari cahaya diruang hampa saat mempublikasikan karyanya pada tahun 1905. Pernyataan ini lahir dari akibat-akibat teori relativitas khusus itu sendiri, dimana ada dua akibat dari teori relativitas khusus yang membuat orang mepertimbangkan bahwa cahaya adalah batas tertinggi dari kecepatan benda bermassa. Yang pertama adalah hubungan energi dengan kecepatan sedangkan yang kedua adalah prinsip kausalitas (hukum sebab akibat).

Alasan yang pertama berasal dari hubungan energi/massa dengan kecepatan. Teori relativitas khusus mengatakan bahwa semakin cepat benda bergerak, maka massa benda tersebut semakin bertambah (semakin cepat kita bergerak badan kita akan terasa ’berat’). Penambahan kecepatan benda tersebut memiliki batasan karena jika benda bergerak dengan kecepatan yang sama dengan kecepatan cahaya, maka massa benda menjadi tak hingga. (really? YES!!) Karena massa setara dengan energi, maka mengatakan massa benda tak berhingga sama dengan mengatakan dibutuhkan energi tak berhingga besarnya untuk membuat benda bergerak dengan kecepatan cahaya. Efek pertambahan massa ini sulit kita rasakan dalam kehidupan sehari-hari karena kecepatan yang biasa kita alami jauh lebih kecil dari kecepatan cahaya. Bagaimanapun eksperimen untuk membuktikan pernyataan ini pernah dilakukan, salah satunya adalah percobaan mempercepat elektron di linear accelerator (linac) milik Stanford University.

Linier Accelator dilihat dari atas

Grafik Hubungan Energi Kinetik dengan Kecepatan Elektron

Grafik diatas menunjukan perbedaan antara mekanika newton dan einstein. Menurut Newton (garis putih) semakin diberikan energi, benda dapat bergerak dengan kecepatan berapapun, sedangkan Einstein (garis hitam)memprediksi bahwa ada batas atas dari kecepatan benda, yaitu kecepatan cahaya. Eksperimen (titik-titik hitam) menunjukan kecocokan dengan prediksi Einstein.

Selain alasan pertama tentang massa-energi, alasan kedua adalah prinsip kausalitas (hukum sebab-akibat). Hukum sebab akibat sangat sering kita alami setiap hari. Jika gelas dibanting maka gelasnya pecah, jika penjahat ditembak pistol maka penjahat terluka, jika El Shaarawy mencetak gol maka milanisti bersuka cita, dan lain lain. Untuk menyederhanakan, ada baiknya jika kita membagi peristiwa-peristiwa yang menjadi sebab sebagai Peristiwa A dan peristiwa-peristiwa yang menjadi akibat sebagai Peristiwa B.

Sebab Akibat

Bukan keanehan jika akibat terjadi setelah sebab (Peristiwa B terjadi setelah Peristiwa A). Salah satu dampak dari teori relativitas khusus adalah jka kita bergerak lebih cepat dari cahaya, selang waktu dapat memiliki nilai negatif. Artinya adalah orang yang bergerak lebih cepat dari kecepatan cahaya dapat melihat sesuatu dengan urutan waktu yang ‘terbalik’ dibanding yang kita alami sehari-hari. Orang yang bergerak lebih cepat dari kecepatan cahaya memungkinkan untuk melihat Peristiwa A terjadi setelah Peristiwa B. jika kita dapat bergerak lebih cepat dari kecepatan cahaya, mungkin saja kita dapat melihat penjahat terluka sebelum ditembak polisi, gelas pecah sebelum dibanting, dll. Hal ini membuat kerancuan dalam melihat mana yang sebab dan mana yang akibat sehingga hukum sebab akibat menjadi tidak jelas. Padahal hukum sebab-akibat adalah hukum mendasar yang menjadi landasan dalam pengembangan pengetahuan. Oleh karena itulah ilmuwan berkesimpulan bahwa kecepatan cahaya menjadi batas atas kecepatan agar hukum sebab-akibat terpelihara.

Albert Einstein

PS : Tulisan ini sebagai ‘curhatan’ setelah mengikuti kuliah teori relativitas khusus selama satu semester :) , juga pemanas biar rajin nulis.

Sumber :

French, A.P., Special Relativity, W.W. Norton & Company, New York, 1966.

Catatan Kuliah

Dokumenter “Faster than the speed of light?”

Gambar Einstein dan linear accelerator (en.wikipedia.org)

Grafik (Special Relativity oleh A.P. French)