Memahami waktu dari sudut pandang yang berbeda

Apa yang orang-orang di zaman modern tidak mengerti adalah bahwa peradaban kuno memiliki konsep waktu yang berbeda dari kita.

Mari kita bedah hal ini dengan cara yang berbeda.

Kita telah mendasarkan masyarakat kita saat ini di sekitar konsep bagaimana mengukur waktu karena kita membaginya menjadi "tugas". Jadi, pada saat "jam" tertentu, kita melakukan sesuatu, dan kemudian sesuatu yang lain.

Ini tidak begitu di zaman kuno. Tidak ada jam, tetapi yang ada adalah periode. Dan periode dihubungkan dengan kebiasaan. Ada periode untuk bekerja, lain untuk makan siang, lain untuk berdoa kepada tuhan, lain untuk makan malam, lain untuk tidur. Tetapi sejauh mana periode-periode ini bervariasi selama bulan-bulan dalam setahun, karena semakin kita memindahkan diri kita lebih jauh dari garis Khatulistiwa, semakin banyak perbedaan ini selama musim yang dapat dilihat.

Jadi, periode-periode ini sangat bervariasi sepanjang tahun.

Kita tidak dapat benar-benar mengatakan "ini saatnya" karena lamanya jam itu fleksibel. Fakta ini juga membuat masyarakat lama jauh lebih santai daripada kita!

Jejak waktu semacam ini dapat ditemukan di bagian paling terpencil di Afrika, di mana waktu seperti yang kita tahu tidak ada. Populasi pedesaan yang paling tidak memiliki konsep jam seperti yang kita lakukan. Mereka memiliki konsep hari, dan menerapkan konsep ini untuk jarak juga. Misalnya, desa lain dapat menempuh satu setengah hari dengan berjalan kaki, tidak pada jarak 30 km. Mereka menggunakan pengukuran yang berarti bagi mereka, dan ini juga berlaku untuk ketepatan waktu.

Photo via Google

Gambar diatas adalah tablet tanah liat kuno yang sekarang disimpan di British Museum yang telah diterjemahkan lebih dari 10 tahun yang lalu. Itu adalah Peta Bintang Sumeria kuno yang sebenarnya merekam waktu kemunculan asteroid. Kita kembali ke tahun 3.123 SM, dan asteroid mungkin adalah salah satu yang mendarat di Austria (ya, telah dilacak kembali). Peta ini akurat hingga satu derajat. 

Jadi, orang kuno sudah memiliki pengetahuan dan teori untuk mengukur waktu - tetapi tidak memiliki cara yang dapat diandalkan untuk melakukannya secara praktis!

Pencatatan waktu tidak terlalu penting bagi orang awam, tetapi penting bagi para ilmuwan dan astronom. Karena merekalah sekarang kita memiliki pengukuran waktu kita. Para astronom menemukan konsep derajat (jika anda pernah belajar fisika anda pasti paham), yang dibagi menjadi "menit" dan "detik" - dan unit-unit yang lebih kecil ini tidak diterapkan untuk ketepatan waktu sampai teknik itu mampu menghasilkan arloji yang cukup tepat - yaitu, usia Huygens (sekitar 1650) , yang menemukan keseimbangan musim semi pertama, membuat jam tangan yang cukup tepat untuk memasang jarum menit. Sebelum dia, astronom dan fisikawan hanya menunjukkan jam, dan sangat tidak tepat.

Ketika jam matahari pertama dikembangkan sekitar 2.000 SM, kita memiliki sekitar 3.650 tahun di mana peradaban Barat menyesuaikan diri dengan cara yang berbeda dalam menentukan waktu. Ya, periode selanjutnya jam fleksibel dan sistem jam tetap berdampingan, tetapi yang Anda tanyakan benar-benar sesuatu yang datang sangat terlambat dalam evolusi peradaban kita.

Apakah mungkin teori Big Bang salah dan ada teori alternatif lain?

Big Bang merupakan teori fisika dan tentu saja mungkin jika teori fisika salah.

Yang perlu di ingat pertama kali adalah Sains bukan agama. Meskipun fisikawan mencari kebenaran (pemahaman tentang Alam), fisikawan tidak mengklaim atau mengetahui bahwa kebenaran itu absolut. Tentu saja, beberapa teori yang diuji lebih baik daripada yang lain dan bisa di implementasikan dalam kehidupan sehari-hari, tetapi pada akhirnya, mengingat bahwa fisikawan hanya bisa melakukan sejumlah pengamatan terbatas, pengecualian selalu mungkin dan tidak diperhitungkan oleh teori yang sudah ada.

Photo via Google

Sebagai contoh, fisikawan telah mengetahui sejak awal peradaban bahwa Matahari terbit setiap hari di sebagian besar dunia. Seiring waktu, pemahaman fisikawan tentang mengapa hal ini menjadi semakin canggih, tetapi jika teori ilmiah sederhana fisikawan adalah bahwa "Matahari terbit setiap hari," ia dapat diuji dan diuji lagi, dan dalam beberapa juta hari sejak manusia pertama kali mulai untuk membangun permukiman dan menemukan bentuk-bentuk primitif dari pencatatan, Matahari tidak pernah mengecewakan fisikawan sekali pun. Jadi fisikawan bisa yakin bahwa matahari itu akan naik lagi besok.

Tetapi bagaimana jika tidak? Bagaimana jika ada efek aneh yang sampai sekarang tidak diketahui dalam fisika yang akan memanifestasikan dirinya besok dan Matahari tidak akan terbit? Sangat tidak mungkin, pasti, tetapi bisakah fisikawan mengecualikannya dengan kepastian absolut? Tidak, fisikawan tidak bisa. Dan itu terjadi, fisikawan harus kembali ke papan gambar dan memodifikasi teori fisika: "Matahari terbit setiap hari kecuali pada hari-hari ketika kondisi ___ berlaku" (isi bagian yang kosong.)

Apa yang fisikawan sebut "Big Bang" adalah tubuh fisika yang menggunakan pengamatan astronomi masa kini dan hukum fisika dasar yang diketahui (gravitasi, fisika partikel, termodinamika, dll.) Untuk meramalkan kemungkinan mundur dan mencari tahu seperti apa alam semesta di masa lalu yang jauh. Kecuali jika pemahaman fisikawan tentang fisika dasar benar-benar tidak aktif, fisikawan dapat yakin bahwa di masa lalu yang jauh, Alam Semesta panas dan padat dan telah berkembang dan mendingin sejak saat itu. (Inilah yang sebenarnya dimaksud dengan "Big Bang". "Atom purba" atau "singularitas awal" yang mungkin Anda baca bagus, tetapi ahli kosmologi fisik tahu bahwa fisikawan tidak dapat benar-benar kembali sejauh itu; teori fisika tidak cukup baik. Fisikawan dapat menyimpulkan apa yang terjadi setelah picosecond (10^-12) pertama atau lebih dari peristiwa awal ini, tetapi fisikawan tidak tahu apa yang terjadi dalam picosecond pertama itu atau memang, apakah itu picosecond atau keabadian.)

Tetapi untuk rincian spesifik dari model, seperti rasio materi normal vs "gelap", kontribusi konstanta kosmologis alias energi gelap (Dark Energy), nilai kelengkungan spasial dan lain-lain. Hampir pasti bahwa fisikawan belum memiliki perinciannya dengan tepat. Fakta bahwa fisikawan belum dapat menemukan bukti pengamatan materi gelap (Dark Matter), ketegangan antara berbagai perkiraan tingkat ekspansi, dan masalah serupa adalah petunjuk kuat bahwa fisikawan belum memiliki gambaran lengkap.

Jadi walaupun tidak mungkin bahwa model Big Bang (maksudnya, alam semesta yang mengembang dengan masa lalu yang panas dan padat) sangat keliru, pemahaman fisikawan masih jauh untuk menyangkut fitur-fitur terperinci.

Apa itu Dark Matter ?

Apa itu Dark Matter ?

Saya akan memberitahu bagaimana memahami Dark Matter bahkan bagi orang awam sekalipun.

Photo via Google

Galaksi tempat kita hidup sekarang ini, atau mungkin kita sebut saja alam semesta. Alam semesta ini merupakan kumpulan dari milaran bintang yang tersusun secara baik dan benar dan disatukan oleh interaksi gaya gravitasi antar bintang tersebut.

Seperti yang kita tahu, galaksi itu berputar. Dan perputaran galaksi sangatlah cepat. Apakah mungkin kita menghitung gaya gravitasi dengan cara yang sederhana seperti menggunakan hukum gravitasi newton. Bisa tapi susah. Ketika kita menghitung berapa besar gaya gravitasi di galaksi ini mengingat informasi yang kita tahu tenang gravitasi itu sangatlah terbatas, menghitungnya jelas tidak akan mudah. Hukum Newton tentang gravitasi menyatakan bahwa tidak ada gaya gravitasi yang cukup kuat untuk menahan atau membuat galaksi tetap seimbang. Galaksi pasti sudah terpecah belah dan berhamburan.

Namun kenyataanya galaksi tetap stabil sampai sekarang.

Kecuali kita telah memahami semuanya dengan cara yang salah. Namun dari sini dapat ditarik kesimpulan bahwa ada dua alasan mengapa galaksi bisa tetap menjadi stabil. antara kita salah memahami konsep gaya gravitasi Newton, atau ada materi di galaxy yang tidak bisa dilihat oleh mata.

Fisikawan sangat enggan untuk menyimpulkan bahwa mereka salah memahami hukum gravitasi, karena ia bekerja dengan sangat baik dalam penerapannya. Karena itu, kemungkinan besar kemungkinannya adalah ada materi atau ssesuatu yang tidak bisa kita lihat.

Fisikawan menyebut benda ini "Dark Matter" (Dark (gelap), karena kita tidak bisa melihatnya; tetapi itu benar-benar harus disebut materi tak kasat mata atau transparan, karena ia juga tidak persis membayangi, ia tidak memiliki efek pada cahaya apa pun.) Dan fisikawan terus mencarinya, dan para ahli teori terus-menerus menemukan teori-teori baru tentang apa sebenarnya Dark Matter ini.

Sejauh ini, fisikawan belum dapat menetapkan keberadaan materi Dark Matter secara independen dari gravitasinya. Jadi pintu masih terbuka untuk teori alternatif, teori gravitasi yang dimodifikasi. Di sisi lain, kebetulan bahwa anggapan keberadaan Dark Matter juga meningkatkan model matematika kita dari kosmos secara keseluruhan. Itu adalah poin kuat yang mendukung gagasan Dark Matter.

Tetapi para ahli tidak akan tahu sampai dan kecuali mereka memiliki bukti pengamatan langsung atau, sebagai alternatif, sampai mereka memiliki teori gravitasi yang dimodifikasi yang meyakinkan, dikonfirmasi melalui prediksi yang dapat diuji.

Waktu yang dibutuhkan cahaya Matahari untuk sampai di Bumi.

Mata kita bisa melihat karena adanya cahaya. Cahaya tersebut yang menjadi pembawa informasi ke mata kita sehingga kita bisa melihat sesuatu. Terbukti ketika gelap sekali, kita tidak bisa melihat sesuatu karena tidak adanya cahaya yang membawa informasi tersebut ke mata kita.

Photo via Google

Sumber cahaya yang paling sering kita gunakan dalam kehidupan sehari-hari tentu adalah Matahari. Disini kita bertanya, berapa lama yang dibutuhkan cahaya Matahari untuk sampai ke Bumi? Terdengar seperti pertanyaan yang sangat aneh bukan? Tapi akan menarik sekali jika kita berfikir tentang hal ini. Apalagi kita bisa mengetahui hal unik tentang alam semesta jika kita mengetahui fakta ini.

Cahaya Matahari menjalar dengan kecepatan cahaya. Photon atau partikel cahaya terpancar dari permukaan Matahari akan melewati ruang vakum di ruang angkasa untuk mencapai Bumi.

Jika melihat fakta dari berapa besar kecepatan cahaya,  maka cahaya matahari akan sampai ke Bumi sekitar 8 menit dan 20 detik untuk sampai ke Bumi.

Jika disuatu hari nanti tiba-tiba cahaya matahari lenyap atau menghilang, maka kita akan mengetahui hal tersebut 8 menit kemudian. Tapi tentu kita tidak berharap hal itu terjadi walaupun kejadian itu memang betul akan terjadi suatu hari nanti. Jika cahaya Matahari hilang, maka hanya akan butuh beberapa hari saja untuk Bumi menjadi beku. Sweater paling mahal pun tidak akan berguna dalam kondisi itu.

Matematika sederhananya, Bumi mengorbit Matahari dengan jarak sekitar 150 juta kilometer. Cahaya bergerak dengan kecepatan 300.000 km/detik. Maka waktu yang dibutuhkan adalah 150 juta kilometer dibagi dengan 300.000 maka hasilnya adalah 500 detik atau 8 menit 20 detik.

Angka diatas adalah angka rata-rata. Ingat ! Bahwa lintasan Bumi mengorbit Matahari adalah Elips, bukan lingkaran sempurna. Pada titik terdekatnya, cahaya Matahari hanya memerlukan waktu untuk mencapai Bumi dalam 490 detik. Dan pada titik terjauhnya, cahaya memerlukan waktu untuk mencapai Bumi dalam 507 detik.

Tetapi cahaya Matahari adalah hal yang sangat menarik untuk dikaji ketika kita tahu proses penciptaan cahaya Matahari yang berasal dari dalam Matahari. Kamu mungkin tahu bahwa photon diciptakan dari reaksi fusi yang terjadi didalam inti Matahari. Cahaya bermula dari radiasi gamma yang kemudian dipancarkan dan diserap jutaan bahkan miliaran kali di zona radiasi Matahari. Bayangkan hal tersebut terjadi diinti, maka akan sangat membutuhkan waktu lama untuk cahaya mencapai permukaan Matahari dikarenakan ukuran Matahari yang sangatlah besar atau massif.

Apa yang kamu tidak sadari adalah photon tersebut mencapai bola mata anda yang sebenarnya photon itu sudah dibuat berpuluh-puluh ribu tahun yang lalu dan membutuhkan waktu selama itu bagi photon untuk mulai dipancarkan dari permukaan Matahari.

Sekali Photon bisa mencapai permukaan Matahari, dia hanya membutuhkan waktu 8 menit untuk mencapai bumi melalui ruang angkasa. Itu kenapa ketika kita melihat cahaya matahari sebenarnya yang kita lihat adalah cahaya 8 menit yang lalu yang dipancarkan Matahari.

Perhatikan cahaya-cahaya disekitaran kita, cahaya dari komputer kamu membutuhkan sekian nanodetik untuk mencapai mata kamu karena jaraknya yang begitu dekat. Cahaya yang dipantulkan Bulan ke Bumi hanya membutuhkan waktu hanya satu detik untuk mencapai Bumi. Cahaya dari Matahari membutuhkan waktu 8 menitan. Bagaimana dengan jarak yang semakin jauh, maka semakin lama pula waktu yang cahaya perlukan untuk mencapai Bumi sehingga sampai ke mata kita. Jika cahaya datang dari bintang yang paling dekat dengan Galaksi Bima Sakti kita (Alpha Centauri), maka cahaya memerlukan waktu lebih dari empat tahun untuk mencapai Bumi. Yang berarti bahwa jika mata kita mampu melihat Alpha Centaury, maka kita melihat bintang yang 4 tahun lalu.

Ada banyak sekali galaksi yang ada di alam semesta ini. Dan jaraknya pun bisa sampai milyaran tahun cahaya, yang berarti informasi berupa cahaya yang datang dari galaksi tersebut juga informasi dari milyaran tahun yang lalu. Sebagai contoh, galaksi M109 yang berada sekitar 83.5 milyar tahun cahaya.

Jika alien ada yang hidup di galaksi tersebut, dan mempunya teleskop ruang angkasa yang begitu bagus dan mampu melihat ke Bumi. Maka mereka tentu akan melihat Bumi pada masa lalu. Bumi yang milyaran tahun lalu, yang mungkin mereka akan melihat kehidupan Dinosaurus di Bumi ini.

Apakah Time Travel mungkin secara ilmiah

Perjalanan waktu secara ilmiah dimungkinkan. Tidak ada aturan ilmu pengetahuan yang melarang perjalanan waktu, dan pada kenyataannya, ada teori fisika spesifik yang menjelaskan caranya. Seringkali "Hukum Konservasi Energi" digunakan sebagai argumen balasan bahwa perjalanan waktu tidak mungkin, tetapi ini adalah kesalahpahaman terhadap hukum itu sendiri. Lebih lanjut tentang itu nanti akan dibahas pada akhir artikel ini.

Perhatikan penjelasan artikel ini sampai selesai

Photo via Google

Konsep yang paling menarik untuk menjelaskan hal ini adalah konsep Dilatasi Waktu. Silahkan baca konsepnya DISINI. Bisakah konsep Dilatasi Waktu membawa kita ke masa depan?

Jawabannya adalah bisa. Teori relativitas Einstein mengajarkan kita bahwa waktu adalah fungsi dari kecepatan dan gravitasi, artinya kita dapat memanipulasi waktu sehingga ia berdetak secara berbeda dari kerangka acuan yang berbeda. Bayangkan jika anda berada disebuah mesin, anda menunggu di sana selama seminggu, dan ketika keluar ternyata umur Bumi adalah sudah 100 tahun ke depan. Hal tersebut memang mungkin.

"Teori Relativitas Khusus" (1905) mengajari kita bahwa waktu adalah fungsi kecepatan. Siapa pun yang melaju dengan kencang jika dibandingkan dengan seseorang yang tidak melaju kencang, maka sudah dipastikanorang yang melaju kencang tersebut akan mengalami Dilatasi Waktu (alias aliran waktu yang berbeda). Dan ini berlaku untuk kecepatan apa pun. Apakah anda berjalan, berlari, menaiki motor atau menaiki pesawat maka anda pasti akan mengalami yang namanya Dilasi Waktu. Walaupun perbedaan waktunya lebih terlihat jika kecepatan kita semakin dekat dengan kecepatan cahaya, tetapi efek Dilasi Waktu tetap muncul pada kecepatan apa pun.

Waktu benar-benar akan berhenti sepenuhnya jika kita bergerak dengan kecepatan cahaya. Tentu saja Einstein sudah mengatakan kepada kita bahwa kita tidak akan pernah bisa bergerak secepat cahaya. Namun Einstein tidak hidup dimasa sekarang dan tidak melihat kemajuan teknologi yang sudah dibuat oleh manusia. Dan jika kita benar-benar bisa mencapai kecepatan cahaya, maka kita bisa pergi kemanapun di alam semesta ini dalam sekejap mata, dari kerangka acuan kita.

Foton atau partikel cahaya bergerak dengan kecepatan cahaya, yang berarti waktu sama sekali berhenti dalam kerangka acuan foton itu sendiri. Berdasarkan konsep Dilatasi waktu, jika suatu cahaya sudah meninggalkan bintangnya sekian milyar tahun yang lalu, bagi cahaya itu sendiri itu hanyalah sekejap mata berkedip. Tidak ada waktu yang berlalu sama sekali dalam perspektif cahaya itu sendiri.

Teori Relativitas Umum juga mengajarkan kita bahwa waktu dipengaruhi oleh Gravitasi. Semakin dekat kita dengan sumber gravitasi maka waktu akan berjalan semakin lama. Hanya dengan berdiri diatas bumi waktu kita sudah melambat dibandingkan dengan orang yang sedang berada diatas pesawat. Bahkan jika berfikir lebih unik lagi, berarti kaki kita merasakan waktu yang lebih lambat dibandingkan dengan kepala kita. Unik bukan?

Namun, bukankah itu berarti jika kita ke masa depan maka kita tidak akan bisa kembali ke masa lalu?

Iya benar, Dilasi Waktu hanya mengizinkan kita untuk pergi ke masa depan namun tidak memungkinkan kita untuk kembali ke masa lalu. Yang disediakan hanya tiket satu arah oleh maskapai Dilatasi Waktu.

Seperti penjelasan yang telah dijelaskan diatas, efek Dilatasi Waktu akan semakin terasa jika kita bergerak mendekati kecepatan cahaya. Semakin cepat kita bergerak maka semakin lambat waktu yang kita rasakan. Namun secara fisik kita tentu tidak bisa bergerak mendekati dengan kecepatan cahaya. Jika kecepatan cahaya adalah kecepatan maksimum untuk menghentikan waktu, berarti logikanya adalah jika kita bisa bergerak lebih dari kecepatan cahaya maka waktu yang akan kita rasakan akan menjadi negatif. Sangatlah tidak mngkin waktu bernilai negatif. Kecuali jika memang pemahaman ilmu pengetahuan manusia masih sangat terbatas. 

Sehingga kembali ke masa lalu masih belum masuk akal untuk dilakukan pada tingkat pemahaman manusia seperti sekarang ini.

Memang ada asumsi lain dari para ilmuwan untuk melakukannya. Yaitu melalui Lubang Cacing. Namun itu masih asumsi para ilmuwan, karena pada faktanya masih belum ada yang melihat bagaimana cara kerja lubang cacing itu sendiri.

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.

Apa yang dimaksud dengan Dilatasi Waktu?

Artikel ini akan menjelaskan tentang apa itu Dilatasi Waktu..

Benar sekali, waktu akan melambat jika kita bergerak. Bukan hanya sekedar hipotesis, hal tersebut sudah diverifikasi oleh berbagai eksperiment. Kecepatan dan Gravitasi mempengaruhi pergerakan waktu terhadap kita. Semakin tinggi kecepatannya, semakin lambat waktu yang kita rasakan. Semakin kuat gaya gravitasi, semakin lambat pula waktu yang kita rasakan. Dan kedua hal itu ditemukan oleh satu orang yang sudah sangat terkenal dalam dunia fisika, seorang Albert Einstein.

•   Apa itu Dilatasi Waktu?

Teori Relativitas Khusus (1905) menjelaskan bahwa waktu adalah fungsi dari kecepatan. Kita menyebut fenomena ini sebagai “Velocity Time Dilation”.

Photo via Google

Seseorang yang bergerak atau melaju dengan kencang dengan seseorang yang melaju dengan lambat akan mengalami dilatasi waktu (alias merasakan aliran waktu secara berbeda). Dan hal ini berlaku untuk semua jenis kecepatan. Apakah anda berjalan, berlari, menaiki motor, atau roket dengan kecepatan tinggi, maka semua jenis kecepatan itu sama-sama mempengaruhi waktu yang anda rasakan. Ketika anda melambaikan tangan, maka tangan anda akan merasakan waktu yang lebih lambat dibandingkan bahu anda yang diam.

Asumsi banyak orang adalah waktu hanya akan melambat jika kita bergerak mendekati kecepatan cahaya. Ini tidak sepenuhnya benar. Secara alamiah, perbedaan waktu yang kita rasakan akan semakin lebih terlihat jika kita bergerak mendekati kecepatan cahaya. Tapi pada dasarnya waktu akan mempengaruhi semuanya walau berapapun kecepatan anda. Entah itu lambat ataupun cepat.

Ketika anda bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya, maka waktu anda rasakan akan sangat lambat dibandingkan dengan orang yang bergerak dengan kecepatan seperti biasa. Dan ketika anda bergerak dengan kecepatan cahaya, maka waktu yang anda rasakan akan berhenti sepenuhnya. 

Einstein mengatakan kepada kita bahwa kita tidak akan pernah bisa bergerak dengan kecepatan cahaya. Akan tetapi jika kita bisa melakukannya, maka waktu akan benar-benar berhenti. Yang artinya bahwa kita bisa menjelajahi bagian manapun di alam semesta ini secara instan tanpa merasakan waktu berjalan. Disaat itu waktu hanya akan kembali berdetak ketika perjalan dengan kecepatan cahaya sudah selesai.

Teori Relativitas umum juga menjelaskan kepada kita bahwa waktu juga adalah fungsi dari seberapa dekat sesuatu dengan sumber Gravitasi. Hal ini kita sebut dengan “Gravitational Time Dilation”. Maksudnya adalah hanya dengan berdiri diatas permukaan bumi, waktu yang kita rasakan lebih lambat jika dibandingkan burung yang terbang diudara. Jadi sepanjang kita berdiri di permukaan bumi dimana kaki kita lebih dekat dengan pusat gravitasi, berarti kaki kita berusia sedikit lebih muda dibandingkan dengan kepala kita. Terdengar aneh bukan, tapi hal tersebut nyata adanya.

Kesimpulan sederhananya adalah, semua objek  akan merasakan waktu lebih cepat atau lambat berdasarkan seberapa cepat dia bergerak atau seberapa dekat jarak dia dengan pusat/sumber gravitasi.

Baca ini : Pengaruh Gravitasi Dan Kecepatan Terhadap Waktu

Kecepatan yang kita rasakan, seperti disaat kita diatas motor, atau sedang berada diatas pesawat, atau sedang berjalan menuruni tangga, hal tersebut mempengaruhi waktu yang kita rasakan. Akan tetapi pengaruhnya terhadap waktu yang kita rasakan itu sedikit sekali sehingga bisa dikatakan tidak ada, walaupun sebenarnya perbedaan waktunya itu benar-benar ada. Ketika kamu berada diatas puncak gunung, maka gravitasi akan mempengaruhi waktu yang kamu rasakan. Tapi sama seperti tadi, perbedaannya sangatlah kecil.

Salah satu contoh terapan yang yang sesuai dengan teori relativitas ini adalah GPS (Global Positioning System) Satelite. GPS Satelit merasakan waktu yang lebih cepat daripada orang di bumi. Lebih tepatnya lebih cepat 38 microsecond.

Masalahnya adalah, menurut “Gravitational Time Dilation” satelit GPS seharusnya merasakan waktu 45 microsecond lebih cepat daripada kita, karena satelit jauh lebih tinggi dari pusat gravitasi dibandingkan dengan manusia. Namun kenapa faktanya Satelit GPS 38 microsecond lebih cepat?.

Nah, hal tersebut berkaitan dengan “Velocity Time Dilation”. “Velocity Time Dilation” membuat satelit GPS merasakan waktu lebih lambat daripada manusia bumi karena kecepatan tinggi yang ia miliki. Dan kecepatan relative satelit GPS terhadap kita membuat waktu yang satelit GPS rasakan lebih lambat 7 microsecond.

Dengan kata lain kedua fenomena dilasi waktu itu menjelaskan secara bersamaan bagaiamana waktu yang satelit GPS rasakan :

 

Itu kenapa pada faktanya Satelit GPS merasakan waktu 38 microsecond lebih cepat daripada kita. Sehingga supaya kita bisa menggunakan satelit GPS, maka kita perlu mengkompensasi aliran waktu berbeda yang disebabkan oleh kedua dilasi waktu tersebut sehingga GPS bisa berfungsi dengan baik. Karena jika tidak, maka system GPS tentu tidak akan berguna untuk kita karena makin lama data yang ditampilkan ke kita itu salah.

Lantas pertanyaannya, bagaimana bisa Gravitasi dan Kecepatan bisa mempengaruhi waktu? Sebelum itu anda harus tahu dua hal ini:

• Kecepatan cahaya selalu konstan. Tidak peduli apapun yang anda lakukan kecepatan cahaya tetap konstan. Tidak ada yang namanya kecepatan relative terhadap cahaya. Jika Anda berlari dan cahaya datang dari arah berlawanan, kecepatannya tidak akan meningkat relatif terhadap Anda. Tetap 300.000 km / s. Jika Anda berlari searah dengan seberkas cahaya, itu tidak akan berkurang relatif terhadap kecepatan Anda. Tetap 300.000 km / s. Tidak seperti kecepatan untuk hal lain, kecepatan cahaya adalah invarian dan bukan fenomena relatif. Foton berenergi tertinggi dan foton berenergi terendah yang pernah diamati, bergerak dengan kecepatan yang persis sama. Selalu. Ini berarti bahwa jika sesuatu tampaknya menunjukkan kecepatan cahaya bervariasi dalam kondisi tertentu, pasti selalu ada fenomena lain yang mempengaruhinya. Anda dapat membaca lebih lanjut tentang kecepatan cahaya di blog ini. Aksioma atau hukum ilmiah ini sangat penting untuk memahami bagaimana dan mengapa Dilasi Waktu bisa terjad
• Setiap pengukuran dalam suatu kerangka acuan, maka hasil pengukuran itu akan relative terhadap kerangka acuan lainnya. Jika mereka bergerak bersama, tidak ada dilasi waktu yang terjadi di antara mereka, karena mereka masing-masing mengalami waktu yang sama karena kerangka acuannya sama. Jika mereka bergerak dengan kecepatan yang berbeda, maka ada dilasi waktu yang terjadi di antara mereka - waktu yang bergerak lebih cepat lebih lambat. 

Dalam hal ini, mereka berada dalam kerangka acuan yang berbeda.Ini berarti Dilasi Waktu adalah fungsi dari kecepatan relatif atau gravitasi relative, karena kedua hal tersebut yang mempengaruhinya. Itu kenapa nama teorinya "teori relativitas". Teori relativitas selalu terkait dengan ini Kerangka acuan. Jika tidak ada kerangka acuan relatif, maka tidak ada pengukuran relatif. Jadi untuk mengukur efek dilasi waktu, anda harus selalu memiliki kerangka acuan relatif - dua sudut pandang. Efeknya masih faktual di dalam kerangka kecepatan tunggal, tetapi untuk mengukur atau menyadari bahwa Dilasi waktu terjadi, anda memerlukan kerangka acuan eksternal.

Tidak peduli seberapa cepat atau lambat anda bergerak, anda tidak akan pernah mengalami perbedaan perbedaan terhadap waktu jika hanya sendiri. Hanya jika ketika anda akan membandingkannya dengan kerangka acuan lain, perbedaan relativitas ini menjadi jelas.

Peranan Fisika Teoritis yang tercatat sejarah

Fisika adalah tentang bagaimana alam bekerja. Meninjau segala bentuk keanehan yang dilakukan dunia membuatnya menjadi teori yang logis dan masuk akal dikepala. Fisika begitu menarik ketika membahas temuan-temuan yang telah diperolehnya, walaupun di lain sisi menjadi salah satu pelajaran paling di benci pada saat sekolah menengah.

Mulai dari Thomas Alva Edinson yang dikatakan menemukan bola lampu. Yang sampai saat ini sangat bermanfaat bagi kehidupan manusia modern. Wright bersaudara yang menemukan pesawat terbang dengan pengembangan dari konsep fluida dinamis. Tanpa mereka tidak mungkin orang akan mencapai belahan bumi lainnya secepat sekarang ini. Berbagai peralatan elektronik seperti sekarang yang sangat membantu bagi kehidupan manusia pada zaman sekarang ditemukan oleh ilmu yang kita namakan fisika.

Namun bagaimana perkembangan ilmu ini secara teori sehingga sampai semaju seperti sekarang? Dari sisi praktikal tentu kita sudah bisa melihat hasilnya. Namun pernahkah kita meninjaunya dari sisi teori. Sehingga kita bisa menghargai apa yang telah dilakukan oleh para ilmuwan. Penemuan gelombang elektromagnetik saja cukup untuk menjelaskan hal ini.

Pada zaman dahulu kala, tepatnya pada tahun 1873, seorang anak muda yang berasal dari inggris yang menekuni fisika teoritis bernama James Clerk Maxwell mengembangkan beberapa persamaan yang sangat membantu dunia sekarang ini. Persamaan itulah yang kita namakan dengan persamaan Maxwell. Persamaan yang paling menakjubkan dalam sejarah fisika teoritis. Dimana persamaan ini memprediksi, dan bahkan mendeteksi keberadaan dan kelakuan gelombang elektromagnetik, gelombang yang tidak bisa kita lihat dengan mata telanjang.

Secara sederhana, persamaan ini :

Photo via Griffit Textbook

Bisa memprediksi ini.

Photo via Google

14 tahun kemudian, datanglah seorang anak muda dari jerman bernama Heinrich Rudolf Hertz yang melakukan beberapa percobaan untuk membuktikan teori dari persamaan Maxwell. Melalui Eksperimennya ia merancang satu set alat [...silahkan cari rancangan alat Hertz di Google…] untuk membuktikan apakah Maxwell benar dalam hal perambatan gelombang. Dan ia menyimpulkan melalui makalahnya bahwa Maxwell memang benar. Semakin terbuktilah persamaan Maxwell.

Beranjak 25 tahun kemudian, sebuah kapal na’as yang sangat terkenal, yaitu Titanic tenggelam pada tahun 1912. Namun tahukah teman-teman jika kapal Titanic ini dilengkapi dengan wireless telegraph atau yang kita kenal dengan radio sebagai peralatan untuk berkomunikasinya. Dimana radio ini ditemukan oleh seorang penemu bernama Guglielmo Marconi. Melalui radio inilah Kapal penyelamatan untuk Titanic bernama Kapal Carpathia datang tepat waktu untuk menyelamatkan 700 orang.

Jika tidak ada radio yang ditemukan oleh Marconi maka penyelematan kapal Titanic tidak akan lebih cepat. Temuan Marconi ini yang menjadi penyelamat orang-orang yang selamat dari tenggelamnya Titanic.  Dan tidak dapat dipungkiri kalau penemuan Marconi tersebut tidak akan ada tanpa penelitian dari Hertz, dan lebih jauh lagi tidak akan ada tanpa persamaan Maxwell. Yang memprediksi sesuatu yang tidak pernah kita lihat dengan mata telanjang, yaitu salah satunya gelombang radio tadi.

Gelombang itulah yang membuat teman-teman sekarang bisa membaca tulisan di blog ini, yang menghubungkan semua perangkat elektronik secara nirkabel, mengakses informasi menjadi begitu mudah. Itulah betapa pentingnya kita mempelajari yang namanya teori dalam fisika karena jika memang tidak berguna pada saat itu, maka pasti di masa depan nanti akan sangat berguna. Seperti persamaan Maxwell tadi.

kecepatan cahaya saat melewati medium (prinsip indeks bias)

Artikel ini akan membahas bagaimana cahaya bisa mencapai kecepatan yang sama kita melewati suatu medium.

Cahaya merupakan partikel tercepat di alam semesta ini. Kecepatan cahayalah yang menjadi acuan dari teori fisika modern seperti teori relativitas dan yang lainnya. Kita mungkin bertanya-tanya bahwa darimana cahaya bisa mendapatkan energy yang sebesar itu untuk bergerak?

Salah satu sifat dari cahaya adalah bergerak sebagai gelombang dan juga bergerak sebagai partikel. Teori tersebut dinamakan Dualisme gelombang dan merupakan salah satu bahasan dari fisika modern. Cahaya merambat dalam sekejap mata, akan tetapi kecepatan cahaya dipengaruhi oleh medium yang dilaluinya juga. Banyak yang berfikir jika cahaya merambat melewati suatu medium maka kecepatannya akan berkurang. Dan memang benar kecepatan cahaya akan "berkurang" jika dia melewati suatu medium. Namun yang menjadi pertanyaannya, mengapa cahaya bisa kembali melaju seperti kecepatan semula setelah melewati medium tersebut? Apakah energinya tidak berkurang? Karena berdasarkan logika, cahaya tentu akan semakin "melambat" jika melewati suatu medium. Tapi, selambat-lambatnya cahaya dalam suatu medium, ketika cahaya kembali pada medium ruang hampa udara maka cahaya tersebut akan kembali melaju secepat kilat seperti pada kondisi awalnya. 

Bagaiamana bisa?

Oke, mari kita lihat proses perambatan cahaya didalam suatu medium optic (optical medium).

Karena cahaya merupakan suatu gelombang elektromagnetik, maka perlu diketahui variabel apa saja yang mempengaruhi gelombang elektromagnetik tersebut. Beberapa variabel yang digunakan untuk mendeskripsikan suatu gelombang adalah berdasarkan rumus dibawah ini:

Jika kita mengamati fenomena daripada refraction (pembiasan) pada perubahan sudut yang dialaminya, kita bisa menggunakan prinsip Fresnel, yang menyatakan bahwa setiap titik pada permukaan gelombang adalah bersumber dari gelombang-gelombang berbentuk lingkaran (spherical wavelets). Jumlah dari gelombang berbentuk lingkaran yang membentuk muka gelombang. Seperti pada gambar dibawah :

muka gelombang inilah yang menghasilkan spherical waves pada permukaan suatu medium. Ketika gelombang elektromagnetik bergerak semakin lambat pada medium yang masa jenisnya leih besar, maka gelombang akan bergerak pada suatu kecepatan tertentu. Gelombang yang dihasilkan dimedium kedua menjadi tidak lagi parallel, atau dengan kata lain gelombangnya belok. Kejadian inilah yang kita namakan pembiasan cahaya (refraction). Hal ini dipengaruhi oleh sesuatu yang kita namakan indeks bias (n). indeks bias suatu medium berbeda-beda antara medium lainnya. Untuk lebih memahami apa itu pembiasan, perhatikan rumus snellius dibawah:

bagaimana kita bisa membuktikan rumus diatas? Perhatikan penurunannya dibawah:

    dan karena 

perhatikan gambar dibawah:

sebagai hipotesis, kita asumsikan panjang gelombangnya sama dengan 1 pada panjang gelombang yang di persamaan indeks bias diatas. Rumusnya menjadi:

Karena

maka:

berdasarkan fakta bahwa frekuensi gelombang elektromagnetik diatas adalah sama, maka:

Karena indeks bias didefinisikan sebagai perbandingan antara kecepatan cahaya pada ruang vacum dan pada medium.

maka :

perhatikan gambar dibawah;

Gelombang, meskipun kecepatannya berubah namun perambatannya tetap pada frekuensi yang sama yang berarti periodenya juga sama. Gelombang tersebut melemah karena interaksi antara materi dari medium tersebut dengan gelombang elektromagnetnya, tapi hal tersebut tidak mengubah apa-apa dengan frekuensinya.

Dari indeks bias itulah kita bisa mengetahui bagaimana perilaku gelombang elektromagnetik pada medium optic, yang sangat didasarkan pada materi penyusunnya. Jika komponen listriknya mendapat gangguan dari polaritas molekul dengan momen dipole listrik yang ada, perambatan dari gelombang akan melambat dan akan ada sedikit energi yang hilang yang digunakan sebagai penyelarasan molekul di medan listrik.

Jadi kesimpulannya, cahaya memperoleh kembali kecepatannya setelah melewati medium karena medium hampa udara adalah dielektrik yang jauh lebih lemah, sehingga rangsangan elektromagnetik tidak benar-benar terhalang olehnya.

Photo via Google

Partikel tak bermasa tapi punya momentum

Momentum dalam fisika sangatlah familiar bagi kita. Mengapa? Karena ini merupakan materi yang sudah kita pelajari dari SMA. Yang jurusan IPA pasti tau dong apa itu momentum.

Iya benar, momentum adalah tumbukan. Jika ada dua benda bermasa yang saling menabrak satu sama lain, maka terjadilah yang namanya momentum.

Photo via Google

Nah, perlu diingat ya pelajaran SMA kita semua bahwa rumus momentum adalah, maka dapat disimpulkan jika benda yang tidak bermasa maka mustahil memiliki momentum, karena pasti akan sama dengan 0.

Sekarang pertanyaannya, bagaimana bisa cahaya memiliki momentum tapi tidak memiliki masa? Kontradiksi banget kan sama pernyataan yang diatas tadi. Mari kita bongkar paradoks tersebut.

Memang benar dalam perumusan fisika secara sederhana, momentum sesuai dengan yang diatas tadi jika tidak menyangkut dengan teori kecepatan secara relativistik. Karena faktanya, momentum dengan formula atau rumus yang lengkap akan melibatkan rumus Lagrangian atau Hamiltonian.

Oke, mari kita lupakan segala istilah diatas dan mari kita bahas secara sederhana.

Momentum secara umum :

Jika kita menelusuri fisika lebih dalam, tepatnya momentum yang melibatkan kecepatan relativistik, alias kecepatan yang mendekati kecepatan cahaya. Maka rumus yang digunakan adalah sama pada dasarnya, yaitu :

Dengan c merupakan kecepatan cahaya.

Nah, karena pada kehidupan sehari-hari. Bisa dibilang tidak ada sama sekali benda yang bisa memiliki kecepatan mendekati kecepatan cahaya. Itu kenapa  nilainya mendekati nol, dan suku pembilang nilainya akan sama dengan satu pada persm (2) diatas. Tapi jika partikel mendekati kecepatan cahaya, maka momentum yang harus ia miliki adalah harus sesuai dengan persm (2) diatas.

Sejauh ini paham kan?

Tapi bagaimana kasusnya dengan cahaya? Cahaya secara harfiah dibawa oleh partikel foton. Dimana partikel foton ini memiliki masa yang mendekati nol. Berarti persamaan untuk momentum relativistik tidak akan berlaku untuk partikel foton karena masanya hampir mendekati nol namun kecepatannya sama dengan kecepatan cahaya. maka hasilnya malah p = 0/0 yang artinya momentumnya tidak terdefinisi.

Jadi bagaimana dong ? Apakah ada cara lain? Jelas ada.

Ada satu rumus fisika yang menjelaskan hal ini. rumusnya disebut dispersion relation (hubungan dispersi) yang diekspresikan dengan:

Jika suatu partikel dalam kondisi rest frame maka momentum partikel tersebut akan sama dengan 0. jika momentumnya sama dengan nol, maka rumusnya menjadi:

Terciptalah rumus paling terkenal dalam fisika, rumus kesetaraan energi dengan masa. Namun bukan itu bahasan kita, karena foton tidak mempunya kondisi rest frame. Akan tetapi foton mempunya masa yang mendekati 0. Maka jika diaplikasikan ke rumus:

Persamaan diatas adalah ekspresi untuk momentum yang dimiliki oleh foton atau cahaya. Formula diatas juga berlaku untuk setap partikel tak bermasa dan memiliki energi serta bergerak dengan kecepatan cahaya. Jadi paham kan kenapa cahaya juga punya momentum?

Di ketinggian berapa Gravitasi Bumi Menghilang

Mungkin teman-teman bertanya-tanya tentang pada ketinggian berapa sih gaya gravitasi bumi = 0? Pernah berfikir tidak, kalau saya terbang setinggi-tingginya, pada ketinggian berapa saya akan melayang hampa diudara dan tidak akan terjatuh lagi? Mari kita bedah pertanyaan tersebut.

Photo via Google

Pertama kita mulai dari perumusan hukum Gravitasi Universal dari Sir Issac Newton :

dengan : 

Gaya gravitasi (F) terhadap suatu objek (m) sebanding dengan konstanta gravitasi (G) dikali dengan masa dari suatu objek dikali dengan masa objek lainya (dalam hal ini masa bumi), dibagi dengan jarak kuadrat antara kedua benda tersebut. lihat persamaan (1)

Gaya gravitasi terhadap suatu objek juga biasa kita sebut berat sebuah benda

Jika menggabungkan semua variabel yang sudah disebut diatas maka kita akan melihat percepatan gravitasi (g) sebanding dengan konstanta gravitasi dikali dengan masa dari bumi dibagi dengan jarak antara keduanya dikuadrat. lihat persamaan (2)

memang terlalu banyak variable yang kita sebut diatas. Tapi jika kita menganalisa rumus tersebut, mari kita lihat akan menjadi seperti apa rumusnya setelah kita turunkan. Masalahnya disini adalah, bagaimana cara membuat (g) menjadi nol? karena kita tidak mungkin mengubah konstanta G, karena nilainya konstan dan tak bisa diubah-ubah. Dan juga kita tidak bisa mengubah masa bumi. Satu-satunya yang bisa kita lakukan adalah dengan mengubah jarak antara bumi dengan benda tersebut. dengan asumsi yang kita lakukan adalah kita akan menemukan pada ketinggian atau jarak berapakah gravitasi bumi sama dengan nol.

Secara logika, semakin besar jarak benda dengan bumi maka percepatan gravitasi bumi tentu akan semakin kecil. Namun ternyata, faktanya tidak ada angka dalam dengan satuan meter yang bisa kita gunakan untuk membuat persamaan gavitasi sama dengan nol. tidak juga dengan satuan lainnya. Apa yang ingin saya katakan adalah nilai dari percepatan gravitasi terhadap suatu objek akan mendekati nol jika kita menggerakkan objek tersebut mendekati tak hingga. Jadi berdasarkan hal tersebut tidak ada ketinggian tertentu dari suatu objek agar tidak terpengaruh sama sekali oleh gaya gravitasi dari bumi.

Masa nggak ada? belum selesai dulu.

Jika menginginkan practical answer kita akan mengatakan jarak yang diperlukan adalah jarak yang sangat jauh diatas permukaan bumi. Disana, suatu objek akan terikat dengan gaya gravitasi planet lain yang memiliki masa yang lebih besar dari Bumi. Dan jika sudah terpengaruh, maka gravitasi bumi dapat diabaikan. Jadi, pada dasarnya, jika sudah sampai pada ketinggian tertentu dimana gravitasi bumi akan mendekati nol tterhadap kita, maka kita justru akan terpengaruh oleh gravitasi dari objek yang masanya jauh lebih besar dari bumi.

Sebagai contoh, Bulan sangat terpengaruh dengan graviasi Bumi. Ketinggian bulan adalah 238.000 mil atau 384 000 km diatas permukaan bumi.

Tapi, jika dimisalkan kita terbang ke langit setinggi 915.000 mil atau 1.471.000 km diatas bumi, maka kita akan keluar dari batas pengaruh gravitasi bumi. Yang berarti bahwa jika kita keluar dari pengaruh gravitasi bumi, maka gaya gravitasi matahari akan menjadi lebih besar daripada gaya gravitasi bumi, yang kemudian gaya gravitasi dari matahari tersebut itulah yang akan mempengaruhi objek tersebut.

Coba masukkan jarak yang tercetak tebal diatas kedalam persamaan (1)! dan lihat hasilnya.