,,pidato Albert Einstein
Gelombang
elektromagnetik dibuktikan bergerak pada kecepatan yang konstan, tanpa
dipengaruhi gerakan sang pengamat. Inti pemikiran dari kedua teori ini adalah
bahwa dua pengamat yang bergerak relatif terhadap masing-masing akan
mendapatkan waktu dan interval ruang yang berbeda untuk kejadian yang sama, namun
isi hukum fisika akan terlihat sama oleh keduanya.
Pada tanggal 14
Desember 1922 Albert Einstein menyampaikan kuliah umum di depan mahasiswa Kyoto
Imperial University tentang ide-ide yang melatar-belakangi lahirnya teori
relativitas khusus dan umum. Kuliah ini merupakan bagian dari lawatan Einstein
ke Jepang selama 43 hari di penghujung tahun 1922 bersama istrinya Elsa.
Lawatan ini cukup unik, karena inilah satu-satunya lawatan Eistein ke Asia.
Selama kunjungan tersebut, Einstein memiliki jadwal yang sangat ketat, ia harus
memberikan kuliah untuk para profesional (fisikawan) serta publik umum.
Tahun berikutnya, catatan
kuliah ini diterbitkan oleh sebuah majalah bulanan Jepang yang bernama Kaizo.
Prof. Masahiro Morikawa dari Ochanomizu University menerjemahkan artikel
tersebut ke dalam bahasa Inggris dalam buletin Asosiasi Himpunan Fisikawan Asia
Pasifik yang terbit bulan April lalu. Seperti keyakinan Prof. Morikawa, saya
pun sependapat bahwa artikel ini selayaknya diketahui masyarakat. Satu hal
penting yang dapat kita pelajari dari kuliah ini adalah fakta bahwa sebagai
manusia biasa Einstein pernah hampir putus-asa karena sulitnya problem
relativitas. Namun kombinasi antara ketekunan, kerja keras, kejeniusan,
hubungan baik dengan sesama ilmuwan, serta keberuntungan yang ia miliki,
merupakan faktor yang akhirnya menentukan keberhasilan Einstein melahirkan
kedua teori relativitas tersebut. Hal ini tentu saja patut menjadi renungan
bagi para ilmuwan di republik ini.
Relativitas
umum dapat dipahami dengan baik dengan mengevaluasi kemiripannya beserta
perbedaannya dari fisika klasik. Langkah pertama adalah realisasi bahwa mekanika klasik dan
hukum gravitasi Newton mengijinkan adanya deskripsi geometri. Kombinasi
deskripsi ini dengan hukum-hukum relativitas khusus akan membawa kita kepada
penurunan heuristik relativitas umum.
Albert Einstein: Bagaimana Saya
Membangun Teori
Relativitas
Terry Mart (Fisika UI)
Pengantar:
Siapa yang tidak kenal formula
Einstein E = m c2 atau paradoks si kembar yang mendapati
saudara kembarnya sudah jauh lebih tua setelah ia melakukan perjalanan dengan
kecepatan mendekati kecepatan cahaya? Namun tidak semua orang tahu kalau
"keajaiban" tersebut hanyalah bagian kecil dari teori relativitas
Einstein, serta bagaimana sebenarnya Einstein mendapatkan teori relativitas
tersebut.
Pada tanggal 14
Desember 1922 Albert Einstein menyampaikan kuliah umum di depan mahasiswa Kyoto
Imperial University tentang ide-ide yang melatar-belakangi lahirnya teori
relativitas khusus dan umum. Kuliah ini merupakan bagian dari lawatan Einstein
ke Jepang selama 43 hari di penghujung tahun 1922 bersama istrinya Elsa.
Lawatan ini cukup unik, karena inilah satu-satunya lawatan Eistein ke Asia.
Selama kunjungan tersebut, Einstein memiliki jadwal yang sangat ketat, ia harus
memberikan kuliah untuk para profesional (fisikawan) serta publik umum.
Tahun
berikutnya, catatan kuliah ini diterbitkan oleh sebuah majalah bulanan Jepang
yang bernama Kaizo. Prof. Masahiro Morikawa dari Ochanomizu University
menerjemahkan artikel tersebut ke dalam bahasa Inggris dalam buletin Asosiasi
Himpunan Fisikawan Asia Pasifik yang terbit bulan April lalu. Seperti keyakinan
Prof. Morikawa, saya pun sependapat bahwa artikel ini selayaknya diketahui
masyarakat. Satu hal penting yang dapat kita pelajari dari kuliah ini adalah
fakta bahwa sebagai manusia biasa Einstein pernah hampir putus-asa karena
sulitnya problem relativitas. Namun kombinasi antara ketekunan, kerja keras,
kejeniusan, hubungan baik dengan sesama ilmuwan, serta keberuntungan yang ia
miliki, merupakan faktor yang akhirnya menentukan keberhasilan Einstein
melahirkan kedua teori relativitas tersebut. Hal ini tentu saja patut menjadi
renungan bagi para ilmuwan di republik ini.
Berikut adalah terjemahan pidato
Einstein tersebut.
Bukanlah suatu
hal yang mudah untuk menceritakan secara lengkap bagaimana saya mendapatkan
teori relativitas. Hal ini disebabkan oleh adanya beragam kompleksitas yang
secara tidak langsung memotivasi pemikiran manusia. Saya pun tidak ingin
menyampaikan secara rinci perkembangan pemikiran saya berdasarkan
makalah-makalah ilmiah saya, namun saya akan secara sederhana menyampaikan pada
anda esensi perkembangan pemikiran tersebut.
Pertamakali saya
mendapatkan ide untuk membangun teori relativitas sekitar 17 tahun lalu (1905).
Saya tidak dapat mengatakan secara eksak darimana ide semacam ini muncul, namun
saya yakin ide ini berasal dari masalah optik pada benda-benda yang bergerak.
Cahaya merambat dalam lautan ether dan bumi bergerak dalam ether yang sama.
Oleh karena itu gerakan ether haruslah dapat diamati dari bumi. Namun saya
tidak pernah menemukan satu bukti pengamatan aliran ether tersebut di dalam
literatur fisika. Saya sangat terdorong untuk membuktikan aliran ether relatif
terhadap bumi, dengan kata lain gerakan bumi di dalam ether. Pada saat itu saya
sama sekali tidak meragukan eksistensi ether serta gerakkan ether tersebut.
Sebenarnya saya mengharapkan kemungkinan pengamatan pada perbedaan antara
kecepatan cahaya yang bergerak searah dengan gerakan bumi dan cahaya yang
bergerak berlawanan (dengan bantuan pantulan cermin). Ide saya dapat
direalisasi dengan menggunakan sepasang termokopel untuk mengukur perbedaan
panas atau energi mereka. Ide ini mirip dengan eksperimen interferensi Albert
Michelson, namun saat itu saya tidak begitu familiar dengan eksperimen
Michelson. Saya berkenalan dengan hasil-nihil (null-result) eksperimen
Michelson saat saya masih mahasiswa dan sejak saat itu saya sangat terobsesi
dengan ide saya. Secara intuisi saya merasakan bahwa jika kita menerima
hasil-nihil tersebut maka ia akan mengantarkan kita pada satu kesimpulan bahwa
pandangan kita tentang bumi yang bergerak di dalam ether adalah salah. Ini
adalah langkah pertama yang menarik saya ke arah teori relativitas khusus.
Sejak saat itu saya mulai yakin bahwa jika bumi bergerak mengelilingi matahari
maka gerakannya tidak pernah dapat dideteksi dengan eksperimen yang menggunakan
cahaya.
Pada tahun 1895
saya membaca makalah Hendrik Lorentz yang mengklaim bahwa ia dapat memecahkan
problem elektrodinamika seutuhnya melalui pendekatan pertama, yaitu suatu
pendekatan dimana pangkat dua atau lebih dari rasio antara kecepatan benda dan
kecepatan cahaya diabaikan. Setelah itu saya mencoba mengembangkan argumen
Lorentz pada hasil eksperimen Armand Fizeau dengan mengasumsikan bahwa
persamaan gerak elektron, sebagaimana telah dibuktikan Lorentz, berlaku dalam
sistem koordinat baik yang mengacu pada benda bergerak maupun pada vakuum. Saya
yakin dengan keabsahan elektrodinamika yang disusun oleh Maxwell dan Lorentz
dan saya sangat yakin bahwa mereka dengan tepat menjelaskan fenomena alam yang
sebenarnya. Lebih-lebih pada fakta bahwa persamaan yang sama berlaku dalam
sistem koordinat bergerak serta sistem vakuum, jelas memperlihatkan sifat
invarian (tidak berubah) cahaya. Walau demikian, kesimpulan ini bertentangan
dengan hukum komposisi kecepatan yang dianut saat itu. Mengapa kedua hukum
dasar ini bertentangan satu sama lain? Masalah besar ini membuat saya berfikir
keras. Saya harus menghabiskan setahun penuh dengan sia-sia dalam
mengeksplorasi kesempatan memodifikasi teori Lorentz. Masalah ini terlihat
terlalu berat untuk saya!
Suatu hari,
sebuah percakapan dengan teman saya di Bern membantu saya memecahkan masalah
besar ini. Saya mengunjunginya pada hari yang cerah dan bertanya padanya:
"Saat ini saya sedang dihadapkan pada masalah besar yang saya kira tidak
pernah dapat diselesaikan. Sekarang saya ingin membagi masalah ini dengan
anda." Saya menghabiskan pelbagai diskusi dengannya. Tiba-tiba saya
mendapatkan ide yang sangat penting. Esoknya saya katakan kepadanya :
"Terimakasih banyak. Saya telah memecahkan seluruh masalah saya."
Ide utama saya
untuk pemecahan masalah ini berkenaan dengan konsep waktu. Waktu tidak boleh
didefinisikan a priori sebagai suatu realitas absolut. Waktu haruslah
bergantung pada kecepatan sinyal. Masalah besar ini dapat diselesaikan dengan
konsep baru tentang waktu.
Hanya dalam lima
minggu saya dapat menyelesaikan prinsip relativitas khusus setelah penemuan
tersebut. Saya juga tidak memiliki keraguan akan keabsahan prinsip ini dari
sisi filosopis. Lagipula prinsip ini sesuai dengan prinsip Mach, paling tidak
sebagian jika dibandingkan dengan kesuksesan teori relativitas umum. Inilah
cara saya membangun teori relativitas khusus.
Langkah pertama
menuju teori relativitas umum muncul dua tahun kemudian (1907) dengan cara yang
berbeda.
Saya tidak terlalu puas dengan
teori relativitas khusus karena prinsip relativitas hanya terbatas pada gerak
relatif dengan kecepatan konstan namun tidak dapat diaplikasikan pada gerak
secara umum. Pada tahun 1907 saya diminta oleh Johannes Stark untuk menulis
ulasan tentang pelbagai hasil eksperimen dari teori relativitas khusus dalam
laporan tahunannya Jahrbuch der Radioaktivitaet und Elektronik. Ketika diminta
untuk menulis artikel ini saya sadar bahwa teori relativitas khusus dapat
diterapkan pada semua fenomena alam kecuali gravitasi. Saya benar-benar ingin
mencari jalan untuk menerapkan teori ini pada kasus gravitasi. Namun saya tidak
dapat menyelesaikan hal ini dengan mudah. Satu hal yang membuat saya frustrasi
adalah fakta bahwa meski teori relativitas khusus memberikan relasi yang
sempurna antara kelembaman dan energi, sementara relasi antara kelembaman dan
berat (inersia dan sistem gravitasi) tidak tersentuh sama sekali. Saya curiga
bahwa masalah ini berada jauh di luar cakupan teori relativitas khusus.
Suatu hari saya sedang duduk di
atas sebuah kursi di Kantor Paten Swiss di Bern. Inilah saatnya sebuah ide
cemerlang melintas di benak saya. "Seseorang yang jatuh bebas tidak akan
mengetahui berat badannya." Ide sederhana ini memberi saya pemikiran yang
mendalam. Emosi liar yang melanda saya saat itu mendorong saya ke arah teori
gravitasi. Saya kembali berfikir, "Seseorang yang jatuh bebas memiliki
percepatan." Pengamatan yang dilakukan oleh orang ini sebenarnya dilakukan
pada sistem yang dipercepat. Saya memutuskan untuk memperluas prinsip
relativitas dengan memasukkan percepatan. Saya juga berharap, dengan
menggeneralisasi teori ini saya akan sekaligus memecahkan masalah gravitasi.
Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa orang yang jatuh bebas tidak merasakan
berat badannya akibat adanya medan gravitasi lain yang menghilangkan medan
gravitasi bumi. Dengan kata lain, setiap benda yang dipercepat membutuhkan
medan gravitasi baru.
Meski demikian saya tidak dapat
memecahkan masalah ini secara utuh. Delapan tahun saya habiskan untuk
menurunkan relasi yang nyata. Sebelum itu, saya hanya mendapatkan potongan-potongan
dasar teori tersebut.
Ernst Mach juga mengklaim prinsip
ekivalensi antar sistem-sistem yang dipercepat. Namun jelas hal ini tidak cocok
dengan geometri biasa. Hal ini disebabkan karena jika sistem-sitem semacam ini
diizinkan, maka geometri Euclidean tidak berlaku di setiap sistem. Menjelaskan
hukum fisika tanpa geometri sama saja dengan menjelaskan suatu pemikiran tanpa
kata-kata. Kita harus mempersiapkan kata-kata tersebut sebelum kita dapat
menjelaskan pemikiran kita. Jadi, apa yang harus saya letakkan sebagai landasan
teori saya?
Masalah ini
tetap tak terselesaikan hingga tahun 1912. Pada tahun itu saya menyadari bahwa
teori permukaan Karl Friedrich Gauss dapat menjadi dasar yang baik untuk
memecahkan misteri di atas. Bagi saya, koordinat permukaan Gauss merupakan
peralatan yang sangat penting. Namun saya tidak mengetahui bahwa George Riemann
sebelumnya telah mengembangkan dasar-dasar geometri yang sangat mendalam. Saya
hanya ingat teori Gauss yang saya dapat dalam kuliah dari seorang dosen
matematika bernama Carl Friedrich Geiser ketika saya masih mahasiswa. Jadi saya
semakin yakin bahwa sifat-sifat dasar dari geometri haruslah memiliki arti
fisis.
Sekembalinya
saya ke Zurich dari Praha saya menemui teman dekat saya, seorang ahli matematika,
Marcel Grossmann. Ia membantu saya mencarikan referensi-referensi matematika
yang agak asing bagi saya ketika saya masih di kantor paten Swiss di Bern.
Inilah untuk pertamakali saya belajar darinya hasil karya Curbastro Ricci serta
makalah-makalah Riemann. Saya tanyakan kepadanya apakah masalah saya dapat
diselesaikan dengan teori Riemann, yaitu apakah invarian dari elemen garis
cukup untuk menentukan seluruh koefisien yang saya cari. Selanjutnya, saya
berkolaborasi dengannya dalam menulis sebuah makalah pada tahun 1913, meski
persamaan gravitasi yang sesungguhnya belum dapat diturunkan saat itu.
Penyelidikan lebih lanjut dengan menggunakan teori Riemann, sayangnya,
menghasilkan banyak kesimpulan yang bertentangan dengan harapan saya.
Dua tahun
berikutnya berlalu saat saya masih memutar otak untuk memecahkan masalah ini.
Pada akhirnya saya menemukan satu kesalahan pada perhitungan saya sebelumnya.
Saya kembali mencoba menurunkan persamaan gravitasi yang benar berdasarkan
teori invarian. Setelah dua minggu bekerja, jawaban akhir muncul di depan saya.
Setelah tahun
1915 saya mulai mengerjakan problem kosmologi. Riset yang saya lakukan
menyangkut geometri dan waktu jagad raya. Riset ini didasarkan pada pembahasan
syarat batas teori relativitas umum dan argumen kelembaman Mach. Meski saya
tidak mengetahui sejauh mana dampak ide Mach pada substansi relativitas umum
dari kelembaman, saya yakin bahwa pemikiran besar ini merupakan filosopi dasar
saya.
Mula-mula saya
mencoba membuat syarat batas persamaan gravitasi menjadi invarian. Belakangan
saya bahkan dapat menghilangkan batasan ini dengan asumsi bahwa jagad raya
bersifat tertutup. Dengan demikian saya berhasil memecahkan masalah kosmologi.
Sebagai hasilnya diperoleh bahwa kelembaman muncul sebagai satu sifat relatif
di antara materi dan haruslah lenyap jika tidak ada benda lain yang
berinteraksi dengannya. Saya yakin jika sifat penting ini membuat teori
relativitas umum memuaskan kita bahkan dalam pandangan epistemologi sekalipun.
Dengan ini saya
ingin mengakhiri cerita singkat saya tentang bagaimana saya membangun teori
relativitas. Terimakasih banyak.
Sumber : Kompas (26 Mei 2005)
Post a Comment