Menjawab pertanyaan "kapan" dengan Relativitas Waktu

Pernah ditanya dengan kata tanya "Kapan" pasti pernah toh, kadang gampang-gampang susah sih jawabnya. Gampangnya dikit susahnya banyak :) kapan pastinya berkaitan dengan waktu toh? mari simak eh baca maksudnya.

Pada kesempatan kali ini saya akan membahas topik fisika yang mengenai "Menunggu, Waktu, Muda Beda berbahaya,  Relativitas". Mungkin ada dari teman" yang membaca tulisan ini sedang menunggu sesuatu, sesuatu yang mungkin saja tak pasti. Benar kata dosen saya "Waiting must be boring". Barangkali ada yang sedang menunggu saya (Kalo kamu senyum berarti iya, kalo kagak lupakan :) ) . Tetaplah tenang menunggu jika saja yang kau tunggu tidak kunjung datang mungkin ada orang lain yang sedang menunggumu .

Lantas apa hubungannya lamanya waktu menunggu dan fisika? mari bersama-sama kita bahas..
Baiklah tanpa berlama-lama akan saya bahas satu persatu

1. Relativitas
2. Teori Relativitas Khusus Einstein
3. Relativitas Waktu

Ketiga hal ini akan membawa kita sejenak melanglang buana hingga menemukan arti dari bagaimana menjadi "tetap muda" dan mengapa kamu perlu menungguku antar ruang dan waktu.

Di kehidupan kita sehari-hari benda-benda yang bergerak kebanyakan memiliki kecepatan lebih kecil dari kecepatan cahaya (300.000 km/sekon, pada penulisan berikutnya menggunakan "C" C=constant) . Misalnya kecepatan angin, motor, hujan, pasti lebih kecil dari C. Peristiwa dengan kecepatan tersebut dapat digambarkan dan diselesaikan mengggunakan mekanika newton. Namun, mekanika newton gagal menjelaskan kejadian  objek/partikel yang memiliki kecepatan mendekati C.  Hal ini dapat dibuktikan secara eksperimen dengan cara mempercepat suatu elektron atau partikel bermuatan dalam beda potensial listrik yang besar. 

Salah satu laboratorium pemercepat partikel

Sebagai contoh, sebuah elektron mungkin akan dipercepat hingga kelajuan 0,99c dengan cara memberikan beda potensial beberapa juta volt. menurut mekanika newton, jika beda potensial meningkat menjadi empat kali, energi kinetik elektron akan meingkat pula menjadi empat kali lebih besar dan kelajuannya akan meningkat pula menjadi dua kali lipat yakni 1,98 c. Namun, eksperimen membuktikan bahwa kelajuan dari elektron selalu lebih kecil dari kecepatan cahaya (Serway, 2010). Oleh karena itu, mekanika newton terbatas untuk kecepatan yang mendekati c perlu solusi khusus yang dapat menyelesaikan persoalan ini. Di sinilah konsep relativitas muncul

Relativitas
Mungkin anda pernah mendengar istilah "Cant*k itu relatif" atau "relatif sih tergantung......."hal ini ada kaitannya dengan relativitas dalam fisika.  kajian relativitas mengukur peristiwa-peristiwa (hal-hal yang terjadi) : dimana dan kapan peristiwa itu terjadi, dan seberapa jauh dua peristiwa yang terpisah dalam ruang dan waktu. Selain itu, relativitas harus dilakukan dengan mengubah (mentransformasikan ) pengukuran tersebut diantara keranga, kerangka acuan yang bergerak relatif satu sama lain (Halliday,Resnick, & Walker. 2005).
Akar lebih mudah perhatikan ilustrasi berikut ini . Seorang anak melempar bola diatas mobil.

Pada gambar (a) Pengamat adalah anak itu sendiri, ikut bergerak dengan mobil,
Pada gambar (b) Pengamat lain diam ditepi jalan melihat ke arah mobil.
Menurut pengamat (a) bola yang dilempar ke atas bergerak naik dan turun vertikal jatuh bebas ke bawah. Sendangkan menurut pengmata diam bola menempuh lintasan parabola. Manakah dari kedua pengamat tersebut yang memiliki pengamatan benar? Jawabannya 2-2 nya benar. Inilah relativitas semua bergantung pada siapa pengamat dan bagaimana hubungannya terhadap sistem yang diamati.

Teori Relativitas Einstein
Beberapa buku membagi teori reltivitas einstein ke dalam dua buah. Relativitas Khusus dan relativitas umum. Relativitas khusus diungkapkan terlebih dahulu mengenai relativitas gerak pada kerangka acuan  sedangkan relativitas umum mengenai teori gravitasi (bahwa gravitasi bukanlah gaya tetapi kelengkungan ruang dan waktu). Pada artikel kali ini bahas yang khusus dulu.
Pada tahun 1905, di usinya yang 26 tahun. Einsten mengumumkan teori relatvitasnya, mengenai teorinya itu ia berpendapat bahwa :
"Teori relativitas muncul karena kebutuhan, dari berbagai kontradiksi yang serius dan mendalam didalam teori lama yang kelihatannya tidak ada jalan keluarnya. kekuatan teori baru terletak oada konsistensi dan kemudahan teori tersebut dalam memecahkan seluruh kesulitan tersebut. " (The evolution of physics 1961)
Terdapat dua prinsip untuk teorirelativitas khusus einstein.

1. The principle of relativity: The laws of physics must be the same in all inertial reference frames.
2. The constancy of the speed of light: The speed of light in vacuum has the same value, c= 3 x 10^8 m/s in all inertial  frames, regardless of the velocity of the observer or the velocity of the source emitting the light. (Serway.(2014).

Dua postulat tersebut dan dibantu secara matematis dengan transformasi Lorentz Einstain dapat menjelaskan relativitas khusus dengan baik. Hal terpenting yang perlu dijelaskan dalam transformasi Lorentz adalah semua besaran yang terukur oleh pengamat diam dan bergerak tidaklah sama kecuali kecepatan cahaya (Fisikazone.com). 

Konsekuensi Relativitas khusus einstein

Postulat einstein menyebutkan bahwa satu-satunya besaran yang konstan adalah kecepatan cahaya hal ini mengakibatkan bahwa untuk besaran lain seperti : panjang, massa, waktu. energi, momentum (serta besaran lain yang terkait) akan bernilai berbeda untuk masing-masing pengamat yang diam dan bergerak. Berikut ini beberapa fenomena yang akan terjadi :

1. Kesimultanan dan Relativitas Waktu
2. Kontraksi Panjang
3. Efek Doppler Relativistik
4. Kecepatan Relativistik
5. Massa dan Energi Relativistik
6. Momentum Relativistik

Nah, sesuai judulnya kita kali ini hanya akan membahas relativitas waktu.
Pernah nonton film Interstellar ? film perjalanan luar angkasa ini keren (keren itu relativ, kaya' kamu : tergantung siapa yang mengamati) . Film tersebut mengisahkan perjalanan seorang ayah menjelah angkasa Saat ia kembali umurnya lebih mudah dari dia *sedih. Apakah ini bisa terjadi ?

"Waktu akan bergerak melambat untuk pengamat yang bergerak dengan kecepatan C terhadap kerangka acuan diam"  

 Bingung ? saya kasi rumus ya biar tambah bingung .

Keterangan : Δt : Waktu yang dialami dan diamati oleh pengamat diam

                     Δtp : Waktu yang dialami dan diamati oleh pengamat bergerak

                    v ; kecepatan pengamat yang bergerak

Δt measured by an observer moving with respect to a clock is longer than the time

interval Δtp measured by an observer at rest with respect to the clock. This effect is

known as time dilation.

Jadi, Semakin kita bergerak mendekati kecepatan cahaya terhadap pengamat diam, maka waktu yang  kita amati dan atau dialami berbeda dangan waktu pengamat. Kita beri contoh : 

Misalkan fitra dan Awi memiliki umur yang sama (22 th). Fitra ikut misi penerbangan ke angkasa menuju planet X yang jaraknya 8 tahun cahaya dari bumi, menggunakan pesawat ulang alik yang memiliki kecepatan 0,8c . Saat kembali ke bumi secara perhitungan umur fitra akan jauh lebih muda dari umur Awi. Apakah hal ini bisa terjadi? Eksperimen di laboratorium telah membuktikannya. Jangan jauh-jauh kelaboratorium. Misalkan nih ya, ada temanmu ngajakin rapat jam 2 siang trus dia bilang telat dan masih"OTW 5 menit" lagi sampe'  kira-kira 5 menit dia sama 5 menit kamu nungguin sama? biasanya sih lebih dari 5 menit_kn? wkwwk. Itulah dilatasi waktu.
Berikut ini ditunjukkan animasi sederhana mengenai dilatasi waktu yang saya ambil di situs zenius.net :
Sebuah pengukur-waktu yang terdiri dari dua buah cermin yang saling berhadapan dan seberkas cahaya. kita asumsikan satu detik di pengukur-waktu tersebut adalah waktu tempuh seberkas cahaya bolak-balik diantara dua cermin.
Animasi pertama menunjukkan waktu bagi pengamat yang diam terhadap kerangka acuan. Cermin juga diam terhadap kerangka acuan, begitu juga dengan cahaya. jadi lintasanya hanya sejauh 2 kali jarak cermin.

Waktu untuk pengamat diam terhadap acuan

 Animasi kedua menunjukkan waktu waktu bagi pengamat yang bergerak terhadap kerangka acuan.  Cermin juga ikut bergerak bersama pengamat. Berkas cahaya juga memiliki kecepatan arah horizontal. Akibatnya lintasan yang ditempuh oleh seberkas cahaya untuk bolak-balik akan lebih jauh bukan? Inilah yang mengakibatkan waktu pengamat bergerak "tampak" lebih lambat.

Waktu untuk pengamat yang bergerak terhdap acuan

Kesimpulan, jika kamu ingin hidup lebih muda ataupun awet muda pergilah keluar angkasa dengan kecepatan mendekati c . Emang bisa mencapai kecepatan tersebut? Lah, dari pada memikirkan awet mudah mending jalani saja dan syukuri apa yang kita punya saat ini. Hadapi hidup ini jangan lari biarlah masalah bosan melingkupi (*Relativ vroh).
saat ditanya kapan? relatif bergantung siapa yang ditanya dan siapa yang bertanya, tentukan terlebih dahulu standar acuannya baru jawab. 

Keep calm and stay Healthy.