Pengaruh Gravitasi dan Kecepatan terhadap Waktu

Artikel ini akan membahas tentang:

1. Bagaimana Kecepatan bisa mempengaruhi waktu?.
2. Bagaimana Gravitasi bisa mempengaruhi waktu?.

Sebelum membaca artikel ini, anda terlebih dahulu harus memahami apa yang dimaksud dengan Di Sini

Mari kita bahas yang pertama, mengapa kecepatan mempengaruhi waktu? Untuk memahami lebih mendalam tentang ‘Velocity Time Dilation’, kita akan memulainya dengan ilustrasi dibawah ini.

Lihat kotak diatas dan perhatikan titik hitam didalamnya:

• Kotak pada sisi kiri dan sisi kanan adalah box yang sama.
• Kotak yang kiri tidak melakukan pergerakan ke kiri maupun ke kanan, jadi dia hanya diam di tempat.
• Sedangkan kotak yang kanan bergerak dari kiri ke kanan, sehingga lintasan dari titik hitam itu membentuk suatu segitiga.
• Kotak yang kiri bergerak naik dan turun, misalkan menempuh jarak sepanjang L.
• Untuk kotak yang kanan, gerakan titik hitam menurut orang yang bergerak bersama dengan kotak tersebut, maka jarak yang di tempuh oleh titik itu juga sama-sama L.

Akan tetapi jika kita melihat box yang kanan saat kita berada dalam posisi diam, maka lintasan titik hitam tersebut bukan lagi L, akan tetapi jarak yang lebih panjang dari L karena lintasannya berubah menjadi segitiga menurut pengamat yang diam tersebut.

Jadi titik itu akan bergerak lebih lama dari sudut pandang orang yang diam terhadap box yang bergerak. Dan jaraknya akan tetap L terhadap orang yang diam atau bergerak bersamaan dengan kotak tersebut.

Dengan kata lain, bergerak akan membuat waktu lebih lama menurut orang yang diam terhadap kotak. Namun tidak akan ada bedanya menurut orang yang bergerak bersamaan dengan kotak. 

Bayangkan jika lintasan yang dilalui oleh titik hitam tersebut mewakili waktu, dan titik hitam itu sendiri mewakili seberkas cahaya.

Kemungkinan yang ada dari fenomena perbedaan panjang lintasan dari berkas cahaya tersebut dapat dijelaskan oleh salah satu dari dua hal berikut:

1. Cahaya bervariasi dalam hal kecepatan, tergantung darimana anda mengamatinya. Diam atau bergerak bersama cahaya tersebut.
2. Waktu berjalan secara berbeda ketika bergerak.

Karena kecepatan cahaya dalam ruang hampa adalah sama untuk semua pengamat, terlepas dari gerakan mereka relatif terhadap sumbernya, maka penjelasan pertama bisa dianggap gagal atau tidak sesuai dengan teori relativitas umum. Kecepatan cahaya konstan terhadap semua pengamat. Sehingga kesimpulannya ada di yang kedua, waktu berjalan secara berbeda saat kita bergerak.

Katakanlah L sama dengan satu detik. Jadi, karena garis putus-putus menjadi lebih panjang (melebar) jika dilihat dari luar kotak yang bergerak, itu berarti titik di box yang kedua membutuhkan waktu lebih lama. Ini berarti titik di box yang kedua di dalam kotak bergerak lebih lambat, jika dibandingkan dengan kotak tidak bergerak.

Oleh karena itu kesimpulannya adalah waktu adalah fungsi dari kecepatan relatif, karena kecepatan relatif mempengaruhi bagaimana waktu berjalan. Dimana waktu akan melambat jika kita bergerak.


Sekarang mari kita bahas yang kedua, mengapa Gravitasi bisa mempengaruhi waktu?

Untuk memahami fenomena ini, perlu disadari bahwa percepatan konstan secara efektif sama dengan gravitasi (“The Principle of Equivalence”). Sehingga kita bisa menganggap "Acceleration Time Dilation" dan "Gravitational Time Dilation" adalah dua hal yang sama.

Untuk lebih memahami hal ini, perhatikan gambar pesawat luar angkasa di bawah

Gambar diatas adalah gambar dari film “2001 : a space Odyssey”. Pada pesawat tersebut, gravitasi buatan dapat dicapai dengan berputar, yang secara ilmiah sama dengan percepatan sentrpetal yang konstan. Jika pesawat itu berhenti berputar, maka gaya sentripetal akan menjadi nol karena tidak ada percepatan sentripetal, yang otomatis gravitasi tidak aka nada di pesawat tersebut. Dalam sains, Percepatan dan Gravitasi adalah konstanta fisika yang setara. Asumsi Ini akan membantu, ketika kita perlu memahami bagaimana gravitasi dapat memengaruhi aliran waktu.

Bayangkan anda sedang berdiri di dalam lift di ruang angkasa, dan sedang ditarik dengan kecepatan secara tetap yang meningkat. Dalam skenario ini, tidak akan ada cara bagi anda untuk mengetahui apakah Anda berada di planet dengan gravitasi atau anda ditarik ke luar angkasa oleh percepatan sentripetal tadi.

• Imajinasikan lift yang sangat panjang berada di ruang angkasa.
• Bayangkan di dalam lift ada seseorang yang berdiri di atas lantai lift, dengan sebuah jam untuk mengukur waktu. Kita beri dia nama Budi.
• Bayangkan seseorang diluar sedang menarik lift tersebut ke arahnya yang ke atas. Dia jauh diluar dan menariknya kea rah atas. Kita beri dia nama Andi.
• Bayangkan didalam lift memiliki jam untuk mengukur waktu yang berada di langit-langit lift. Jam ini mengirimkan seberkas cahaya setiap detik langsung ke Budi di lantai lift.
• Budi menerima 60 berkas cahaya setiap menit dari jam di atas lift.
• Sekarang, bayangkan Andi menarik lift, sehingga menciptakan akselerasi atau percepatan ke arah langit-langit yang berarti gravitasi di dalam lift memiliki arah dari bawah ke atas.

Budi akan mengalami penambahan gaya gravitasi, karena kasus diatas Budi dipercepat.

Budi juga akan merekam lebih dari 60 berkas cahaya per menit-nya karena dia ditarik ke arah berkas cahaya yang dikirim kepadanya dari langit-langit. Kita dapat mengatakan bahwa seolah-olah Budi mengejar Jam yang diatas Lift. Katakanlah dia sekarang  sedang menerima 120 berkas cahaya dalam satu menitnya. Namun, pada faktanya jam di langit-langit Lift masih mengirim hanya 60 per menit.

Hanya ada dua penjelasan terhadap fenomena yang terjadi di atas:

1. Kecepatan foton atau berkas cahaya ini bervariasi, dan berubah saat Budi seolah-olah ditarik ke dalamnya. Dari perspektif Budi, foton kecepaan foton meningkat. Dengan kata lain, relatif terhadap Budi, sehingga berkas cahaya menjadi lebih cepat dari kecepatan cahaya dari sudut pandang Budi.
2. Waktu yang dirasakan di langit-langit Lift berbeda dengan yang Budi rasakan di dasar Lift.

Karena kecepatan cahaya dalam ruang hampa adalah sama untuk semua pengamat, terlepas dari gerakan mereka relatif terhadap sumbernya, maka asumsi pertama diatas salah karena menyalahi teori relativitas umum. Tidak mungkin cahaya dapat meningkatkan kecepatannya, bahkan jika itu relatif terhadap Budi. Kecepatan cahaya selalu c, bahkan ketika Budi sedang ditarik ke arahnya. Sehingga yang benar adalah asumsi yang kedua : Waktu  di langit-langit Lift berbeda dengan di dasar Lift.