Albert Einstein terkenal dengan banyak perkara, tetapi gagasan utamanya adalah teori relativiti. Ia sentiasa mengubah pemahaman kami tentang ruang dan masa.
Apakah relativiti? Ringkasnya, ini adalah tanggapan bahawa undang-undang fizik adalah sama di mana-mana. Kami di bumi ini mematuhi undang-undang cahaya dan graviti yang sama seperti seseorang di sudut jauh dari alam semesta.
Kesejagatan fizik bermakna sejarah adalah wilayah. Penonton yang berbeza akan melihat masa dan jarak peristiwa berbeza. Apa yang kita bagi selama sejuta tahun hanya sekejap mata bagi seseorang yang terbang dalam roket berkecepatan tinggi atau jatuh ke dalam lubang hitam.
Ia semua relatif.
Relativiti khas
Teori Einstein dibahagikan kepada relativiti khas dan umum.
Relativiti khas datang pertama dan didasarkan pada kelajuan cahaya yang tetap untuk semua orang. Ini mungkin kelihatan sederhana, tetapi ia mempunyai kesan yang meluas.
Einstein sampai pada kesimpulan ini pada tahun 1905 selepas bukti eksperimen menunjukkan bahawa kelajuan cahaya tidak berubah ketika bumi mengayunkan matahari.
Hasilnya mengejutkan para ahli fizik kerana kelajuan kebanyakan perkara lain bergantung kepada arahan yang sedang dilakukan pengamat. Jika anda memandu kereta anda bersama trek kereta api, kereta api yang datang pada anda akan kelihatan bergerak lebih cepat daripada jika anda berpaling dan mengikutinya ke arah yang sama.
Einstein berkata bahawa semua pemerhati akan mengukur kelajuan cahaya menjadi 186,000 batu sesaat, tidak kira betapa pantas dan arah mereka bergerak.
Pepatah ini mendorong pelawak Stephen Wright untuk bertanya: "Jika anda berada dalam kapal angkasa yang bergerak pada kelajuan cahaya, dan anda menghidupkan lampu, apa yang berlaku?"
Jawapannya ialah lampu belakang dihidupkan secara normal, tetapi hanya dari perspektif seseorang di dalam kapal angkasa. Bagi seseorang yang berdiri di luar menyaksikan kapal terbang, lampu tidak muncul untuk menyala: cahaya keluar tetapi ia bergerak dengan kelajuan yang sama dalam kapal angkasa.
Versi bercanggah ini timbul kerana pemerintah dan jam - perkara yang menandakan masa dan ruang - tidak sama untuk pemerhati yang berbeza. Sekiranya kelajuan cahaya tetap dipegang oleh Einstein, maka masa dan ruang tidak dapat mutlak; mereka mesti bersifat subjektif.
Contohnya, kapal angkasa 100 kaki yang berjalan pada 99.99% kelajuan cahaya akan kelihatan satu kaki panjang untuk pemerhati pegun, tetapi ia akan kekal panjang biasa bagi mereka yang berada di atas kapal.
Mungkin juga pelopor, masa berlalu lebih perlahan lagi. Jika berkembar berkembar dalam kapal angkasa yang laju ke beberapa bintang jauh dan kemudian kembali, dia akan menjadi lebih muda daripada kakaknya yang tinggal di Bumi.
Massa juga bergantung kepada kelajuan. Lebih cepat objek bergerak, semakin besar ia menjadi. Sebenarnya, kapal angkasa tidak dapat mencapai 100% kelajuan cahaya kerana jisimnya akan berkembang ke tak terhingga.
Hubungan antara jisim dan kelajuan sering dinyatakan sebagai hubungan antara jisim dan tenaga: E = mc ^ 2, di mana E adalah tenaga, m adalah jisim dan c adalah kelajuan cahaya.
Relativiti am
Einstein tidak dilakukan menyusahkan pemahaman kita mengenai masa dan ruang. Beliau terus memperhebatkan teorinya dengan memasukkan percepatan dan mendapati bahawa ini mengganggu bentuk masa dan ruang.
Untuk berpegang dengan contoh di atas: bayangkan kapal angkasa mempercepatkan dengan menembak penembaknya. Mereka di atas kapal akan berpegang teguh pada tanah seolah-olah mereka berada di Bumi. Einstein mendakwa bahawa daya yang kita panggil graviti tidak dapat dibezakan daripada berada di dalam kapal yang mempercepatkan.
Ini dengan sendirinya tidak begitu revolusioner, tetapi ketika Einstein mengerjakan matematik kompleks (ia mengambil masa 10 tahun), dia mendapati ruang dan waktu melengkung berhampiran objek besar, dan kelengkungan ini adalah apa yang kita alami sebagai kekuatan graviti.
Sukar untuk membayangkan geometri melengkung relativiti umum, tetapi jika seseorang memikirkan ruang masa sebagai sejenis kain, maka objek besar membentangkan kain sekeliling supaya apa-apa yang berlalu berdekatan tidak lagi mengikut garis lurus.
Persamaan relativiti umum meramalkan beberapa fenomena, yang kebanyakannya telah disahkan:
- membengkokkan cahaya di sekeliling objek besar (lensing graviti)
- evolusi yang perlahan di orbit planet Merkurius (perihelion precession)
- bingkai menyeret ruang masa di sekitar badan berputar
- kelemahan tarikan graviti yang melepaskan cahaya (redshift graviti)
- gelombang graviti (riak dalam kain ruang-waktu) yang disebabkan oleh perangkap kosmik
- kewujudan lubang hitam yang memerangkap segala-galanya termasuk cahaya
Pergerakan ruang masa di sekitar lubang hitam lebih sengit dari tempat lain. Sekiranya kembar ruang yang jatuh ke dalam lubang hitam, dia akan diregangkan seperti spageti.
Nasib baik untuknya, semuanya akan berakhir dalam beberapa saat. Tetapi adik perempuannya di Bumi tidak akan melihatnya berakhir - memerhatikan kakaknya yang miskin semakin meningkat ke arah lubang hitam di atas alam semesta.
Artikel ini dikemaskinikan pada 2 Julai 2019, oleh Tim Childers Penyelidikan Sains Langsung.
