Pengantar relativitas umum

Uji presisi tinggi relativitas umum oleh roket luar angkasa Cassini (gambaran pelukis): sinyal radio yang dikirim antara Bumi dan probe (gelombang hijau) yang tertunda oleh kelengkungan dari ruang-waktu (garis biru) karena massa Matahari.

Relativitas umum adalah teori gravitasi yang dikembangkan oleh Albert Einstein antara tahun 1907 dan 1915. Menurut relativitas umum, efek gravitasi teramati antara beberapa massa merupakan hasil dari pembengkokan mereka dari ruang-waktu.

Pada awal abad ke-20, hukum-hukum Newton tentang gravitasi universal telah diterima selama lebih dari dua ratus tahun sebagai penjelasan valid dari gaya gravitasi antar massa. Dalam model Newton, gravitasi adalah hasil dari kekuatan tarik antara benda-benda besar. Meskipun bahkan Newton bermasalah dengan sifat alami gaya tersebut yang tidak diketahui, kerangka dasar ini sangat sukses dalam menggambarkan gerak.

Percobaan dan pengamatan menunjukkan bahwa deskripsi Einstein mengenai gravitasi memperhitungan beberapa efek yang tidak dapat dijelaskan oleh hukum Newton, seperti anomali menit dalam orbit dari Merkurius dan planet-planet lainnya. Relativitas umum juga memprediksi efek novel gravitasi, seperti gelombang gravitasi, lensa gravitasi dan efek gravitasi pada waktu yang dikenal sebagai dilatasi waktu gravitasi. Banyak dari prediksi ini telah dikonfirmasi oleh percobaan atau pengamatan, yang paling baru adalah gelombang gravitasi.

Relativitas umum telah berkembang menjadi alat penting dalam astrofisika modern. Teori ini memberikan dasar untuk pemahaman lubang hitam, daerah ruang di mana efek gravitasi begitu kuat sehingga bahkan cahaya tidak dapat lolos. Gravitasi yang begitu kuat dianggap menjadi penyebab atas radiasi intensi yang dipancarkan oleh beberapa tipe objek astronomi (seperti inti galaksi aktif atau mikrokuasar). Relativitas umum juga merupakan bagian dari kerangka standar model kosmologi Ledakan Dahsyat.

Meskipun relativitas umum bukan hanya teori relativistik satu-satunya, teori ini adalah teori paling sederhana yang konsisten dengan data eksperimen. Namun demikian, sejumlah pertanyaan tetap terbuka, yang paling mendasar adalah bagaimana relativitas umum dapat digabungkan dengan hukum fisika kuantum untuk menghasilkan teori gravitasi kuantum yang lengkap dan konsisten.

Dari relativitas khusus ke relativitas umum

Pada bulan September 1905, Albert Einstein menerbitkan teorinya mengenai relativitas khusus, yang menggabungkan hukum Newton tentang gerak dengan elektrodinamika (interaksi antara benda dengan muatan listrik). Relativitas khusus memperkenalkan kerangka kerja baru untuk ilmu fisika dengan mengusulkan konsep-konsep baru tentang ruang dan waktu. Beberapa teori fisika yang kemudian diterima inkonsisten dengan kerangka itu; contohnya adalah teori Newton tentang gravitasi, yang menggambarkan saling tarik yang dialami oleh tubuh karena massa mereka.

Beberapa fisikawan, termasuk Einstein, mencari sebuah teori yang dapat menggabungkan hukum gravitasi Newton dan relativitas khusus. Hanya teori Einstein terbukti konsisten dengan eksperimen dan pengamatan. Untuk memahami ide-ide dasar teori, maka mengikuti pikiran Einstein antara 1907 dan 1915, dari yang eksperimen pemikiran sederhana yang melibatkan pengamat jatuh bebas ke teori gravitasi geometriknya.

Prinsip yang setara

Seseorang dalam elevator yang jatuh bebas akan mengalami kehilangan bobot; benda melayang tak bergerak atau melayang pada kecepatan konstan. Karena segala sesuatu di lift jatuh bersama-sama, tidak ada efek gravitasi dapat diamati. Dengan cara ini, pengalaman dari seorang pengamat yang jatuh bebas tidak dapat dibedakan dari orang-orang dari pengamat di luar angkasa, jauh dari sumber gravitasi yang signifikan. Pengamat tersebut adalah yang diistimewakan ("inersia") yang dijelaskan Einstein dalam teorinya relativitas khusus: pengamat untuk siapa cahaya bergerak sepanjang garis lurus dengan kecepatan konstan.

Secara kasar, prinsip ini menyatakan bahwa seseorang dalam lift yang jatuh bebas tidak bisa mengatakan bahwa mereka sedang jatuh bebas. Setiap percobaan dalam keadaan lingkungan jatuh bebas memiliki hasil yang sama seperti pengamat pada saat diam atau bergerak di angkasa secara seragam, jauh dari semua sumber gravitasi.

Gravitasi dan percepatan

Bola jatuh ke lantai dalam percepatan roket (kiri) dan di Bumi (kanan).

Sebagian besar efek gravitasi hilang pada jatuh bebas, tetapi efek yang terlihat sama seperti gravitasi tersebut dapat diproduksi oleh kerangka acuan yang dipercepat. Seorang pengamat di sebuah ruangan tertutup tidak bisa mengatakan yang mana dari berikut ini benar:

• Benda-benda yang jatuh ke lantai karena ruangan sedang diam di permukaan Bumi dan objek yang ditarik ke bawah oleh gravitasi.
• Benda-benda yang jatuh ke lantai karena ruangan berada di atas roket luar angkasa, yang dipercepat pada 9.81 m/s² dan jauh dari sumber gravitasi. Benda-benda yang ditarik menuju lantai sama seperti "gaya inersia" yang menekan pengemudi ke belakang pada mobil yang dipercepat.

Sebaliknya, efek teramati pada kerangka acuan yang dipercepat juga harus diamati dalam medan gravitasi dengan kekuatan yang setara. Prinsip ini memungkinkan Einstein untuk memprediksi beberapa efek novel gravitasi pada tahun 1907, seperti yang dijelaskan dalam bagian berikutnya.

Lihat juga

• Relativitas umum
• Pengantar matematika relativitas umum
• Pengantar relativitas khusus
• Sejarah relativitas umum
• Uji relativitas umum
• Relativitas numerik
• Penurunan transformasi Lorentz

Referensi

• Ashby, Neil (2002), "Relativity and the Global Positioning System" (PDF), Physics Today, 55 (5): 41–47, Bibcode:2002PhT....55e..41A, doi:10.1063/1.1485583 
• Ashby, Neil (2003), "Relativity in the Global Positioning System" Diarsipkan 2007-07-04 di Wayback Machine., Living Reviews in Relativity, 6: 1, Bibcode:2003LRR.....6....1A, doi:10.12942/lrr-2003-1, retrieved 2007-07-06 
• Bartusiak, Marcia (2000), Einstein's Unfinished Symphony: Listening to the Sounds of Space-Time, Berkley, ISBN 978-0-425-18620-6 
• Berry, Michael V. (1989), Principles of Cosmology and Gravitation (2nd ed.), Institute of Physics Publishing, ISBN 0-85274-037-9 
• Bertotti, Bruno (2005), "The Cassini Experiment: Investigating the Nature of Gravity", in Renn, Jürgen, One hundred authors for Einstein, Wiley-VCH, pp. 402–405, ISBN 3-527-40574-7 
• Blair, David; McNamara, Geoff (1997), Ripples on a Cosmic Sea. The Search for Gravitational Waves, Perseus, ISBN 0-7382-0137-5 
• Caldwell, Robert R. (2004), "Dark Energy", Physics World, 17(5): 37–42 
• Chrusciel, Piotr (2006), "How many different kinds of black hole are there?", Einstein Online Diarsipkan 2011-04-14 di Wayback Machine., retrieved 2007-07-15 
• Cowen, Ron (2001), "A Dark Force in the Universe", Science News, Society for Science &#38, 159 (14): 218, doi:10.2307/3981642, JSTOR 3981642 
• Disney, Michael (1998), "A New Look at Quasars", Scientific American, 6 (6): 52–57, doi:10.1038/scientificamerican0698-52 
• Ehlers, Jürgen; Rindler, Wolfgang (1997), "Local and Global Light Bending in Einstein's and other Gravitational Theories", General Relativity and Gravitation, 29 (4): 519–529, Bibcode:1997GReGr..29..519E, doi:10.1023/A:1018843001842 
• Einstein, Albert (1917), "Kosmologische Betrachtungen zur allgemeinen Relativitätstheorie", Sitzungsberichte der Preußischen Akademie der Wissenschaften: 142 
• Einstein, Albert (1961), Relativity. The special and general theory, Crown Publishers 
• Friedrich, Helmut (2005), "Is general relativity 'essentially understood'?", Annalen der Physik, 15 (1–2): 84–108, arXiv:gr-qc/0508016, Bibcode:2006AnP...518...84F, doi:10.1002/andp.200510173 
• Geroch, Robert (1978), General relativity from A to B, University of Chicago Press, ISBN 0-226-28864-1 
• Giulini, Domenico (2005), Special relativity. A first encounter, Oxford University Press, ISBN 0-19-856746-4 
• Gnedin, Nickolay Y. (2005), "Digitizing the Universe", Nature, 435 (7042): 572–573, Bibcode:2005Natur.435..572G, doi:10.1038/435572a, PMID 15931201 
• Greene, Brian (1999), The Elegant Universe: Superstrings, Hidden Dimensions, and the Quest for the Ultimate Theory, Vintage, ISBN 0-375-70811-1 
• Greene, Brian (2004), The Fabric of the Cosmos: Space, Time, and the Texture of Reality, A. A. Knopf, Bibcode:2004fcst.book.....G, ISBN 0-375-41288-3 
• Harrison, David M. (2002), A Non-mathematical Proof of Gravitational Time Dilation (PDF), retrieved 2007-05-06 
• Hartl, Gerhard (2005), "The Confirmation of the General Theory of Relativity by the British Eclipse Expedition of 1919", in Renn, Jürgen, One hundred authors for Einstein, Wiley-VCH, pp. 182–187, ISBN 3-527-40574-7 
• Hogan, Craig J. (1999), The Little Book of the Big Bang. A Cosmic Primer, Springer, ISBN 0-387-98385-6 
• Janssen, Michel (2005), "Of pots and holes: Einstein's bumpy road to general relativity" Diarsipkan 2017-07-13 di Wayback Machine. (PDF), Annalen der Physik, 14 (S1): 58–85, Bibcode:2005AnP...517S..58J, doi:10.1002/andp.200410130 
• Kennefick, Daniel (2005), "Astronomers Test General Relativity: Light-bending and the Solar Redshift", in Renn, Jürgen, One hundred authors for Einstein, Wiley-VCH, pp. 178–181, ISBN 3-527-40574-7 
• Kennefick, Daniel (2007), "Not Only Because of Theory: Dyson, Eddington and the Competing Myths of the 1919 Eclipse Expedition", Proceedings of the 7th Conference on the History of General Relativity, Tenerife, 2005, 0709, p. 685, arXiv:0709.0685, Bibcode:2007arXiv0709.0685K 
• Kramer, Michael (2004), "Millisecond Pulsars as Tools of Fundamental Physics", in Karshenboim, S. G.; Peik, E., Astrophysics, Clocks and Fundamental Constants (Lecture Notes in Physics Vol. 648), Springer, pp. 33–54  (E-Print at astro-ph/0405178)
• Lehner, Luis (2002), "Numerical Relativity: Status and Prospects", Proceedings of the 16th International Conference on General Relativity and Gravitation, held 15–21 July 2001 in Durban, p. 210, arXiv:gr-qc/0202055, Bibcode:2002grg..conf..210L, doi:10.1142/9789812776556_0010, ISBN 978-981-238-171-2 
• Lochner, Jim, ed. (2007), "Gravitational Lensing" Diarsipkan 2007-06-17 di Wayback Machine., Imagine the Universe website, NASA GSFC, retrieved 2007-06-12 
• Maddox, John (1998), What Remains To Be Discovered, Macmillan, ISBN 0-684-82292-X 
• Mermin, N. David (2005), It's About Time. Understanding Einstein's Relativity, Princeton University Press, ISBN 0-691-12201-6 
• Milgrom, Mordehai (2002), "Does dark matter really exist?", Scientific American, 287 (2): 30–37, doi:10.1038/scientificamerican0802-42 
• Norton, John D. (1985), "What was Einstein's principle of equivalence?" (PDF), Studies in History and Philosophy of Science, 16 (3): 203–246, doi:10.1016/0039-3681(85)90002-0, retrieved 2007-06-11 
• Newbury, Pete (1997), Gravitational lensing webpages Diarsipkan 2012-12-06 di Archive.is, retrieved 2007-06-12 
• Nieto, Michael Martin (2006), "The quest to understand the Pioneer anomaly" Diarsipkan 2007-06-29 di Wayback Machine. (PDF), EurophysicsNews, 37 (6): 30–34, Bibcode:2006ENews..37...30N, doi:10.1051/epn:2006604 
• Pais, Abraham (1982), 'Subtle is the Lord ...' The Science and life of Albert Einstein, Oxford University Press, ISBN 0-19-853907-X 
• Penrose, Roger (2004), The Road to Reality, A. A. Knopf, ISBN 0-679-45443-8 
• Pössel, M. (2007), "The equivalence principle and the deflection of light", Einstein Online, archived from the original on 2007-05-03, retrieved 2007-05-06 
• Poisson, Eric (2004), "The Motion of Point Particles in Curved Spacetime", Living Rev. Relativity, 7, doi:10.12942/lrr-2004-6, retrieved 2007-06-13 
• Renn, Jürgen, ed. (2005), Albert Einstein – Chief Engineer of the Universe: Einstein's Life and Work in Context, Berlin: Wiley-VCH, ISBN 3-527-40571-2 
• Robson, Ian (1996), Active galactic nuclei, John Wiley, ISBN 0-471-95853-0 
• Schutz, Bernard F. (2003), Gravity from the ground up, Cambridge University Press, ISBN 0-521-45506-5 
• Smolin, Lee (2001), Three Roads to Quantum Gravity, Basic, ISBN 0-465-07835-4 
• von Soldner, Johann Georg (1804), "Ueber die Ablenkung eines Lichtstrals von seiner geradlinigen Bewegung, durch die Attraktion eines Weltkörpers, an welchem er nahe vorbei geht", Berliner Astronomisches Jahrbuch: 161–172 .
• Sparke, Linda S.; Gallagher, John S. (2007), Galaxies in the universe – An introduction, Cambridge University Press, ISBN 0-521-85593-4 
• Springel, Volker; White, Simon D. M.; Jenkins, Adrian; Frenk, Carlos S.; Yoshida, N; Gao, L; Navarro, J; Thacker, R; Croton, D; et al. (2005), "Simulations of the formation, evolution and clustering of galaxies and quasars", Nature, 435 (7042): 629–636, arXiv:astro-ph/0504097, Bibcode:2005Natur.435..629S, doi:10.1038/nature03597, PMID 15931216 
• Stachel, John (1989), "The Rigidly Rotating Disk as the 'Missing Link in the History of General Relativity'", in Howard, D.; Stachel, J., Einstein and the History of General Relativity (Einstein Studies, Vol. 1), Birkhäuser, pp. 48–62, ISBN 0-8176-3392-8 
• Thorne, Kip (1994), Black Holes and Time Warps: Einstein's Outrageous Legacy, W W Norton & Company, ISBN 0-393-31276-3 
• Trimble, Virginia; Barstow, Martin (2007), "Gravitational redshift and White Dwarf stars", Einstein Online Diarsipkan 2011-08-28 di Wayback Machine., retrieved 2007-06-13 
• Wheeler, John A. (1990), A Journey Into Gravity and Spacetime, Scientific American Library, San Francisco: W. H. Freeman, ISBN 0-7167-6034-7 
• Will, Clifford M. (1993), Was Einstein Right?, Oxford University Press, ISBN 0-19-286170-0 
• Will, Clifford M. (2006), "The Confrontation between General Relativity and Experiment", Living Rev. Relativity, 9: 3, arXiv:gr-qc/0510072, Bibcode:2006LRR.....9....3W, doi:10.12942/lrr-2006-3, retrieved 2007-06-12 
• Wright, Ned (2007), Cosmology tutorial and FAQ, University of California at Los Angeles, retrieved 2007-06-12