Relativitas umum: Perbedaan revisi

8 bita dihapus ,  3 tahun yang lalu
k
Bot: Perubahan kosmetika
k (Bot: penggantian teks semi otomatis (-Obyek, +Objek; -obyek, +objek))
k (Bot: Perubahan kosmetika)
[[Berkas:Black Hole Milkyway.jpg|thumbjmpl|260px|Simulasi [[lubang hitam]].]]
{{Relativitas umum|expanded=all}}
'''Relativitas umum''' ([[bahasa Inggris]]: ''general relativity'') adalah sebuah [[teori]] [[geometri]] mengenai [[gravitasi]] yang diperkenalkan oleh [[Albert Einstein]] pada [[1916]]. Teori ini merupakan penjelasan [[gravitasi]] termutakhir dalam [[fisika]] modern. Ia menyatukan teori Einstein sebelumnya, [[relativitas khusus]], dengan [[hukum gravitasi]] [[Newton]]. Hal ini dilakukan dengan melihat gravitasi bukan sebagai [[gaya]], tetapi lebih sebagai manifestasi dari [[kelengkungan]] [[ruang]] dan [[waktu]]. Utamanya, [[kelengkungan]] ruang waktu berhubungan langsung dengan [[momentum empat]] ([[energi massa]] dan [[momentum]] linear) dari [[materi]] atau [[radiasi]] apa saja yang ada. Hubungan ini digambarkan oleh [[persamaan medan Einstein]].
Teori Einstein memiliki implikasi astrofisika yang penting. Teori ini memprediksikan adanya keberadaan daerah [[lubang hitam]] yang mana ruang dan waktu terdistorsi sedemikiannya tiada satu pun, bahkan cahaya pun, yang dapat lolos darinya. Terdapat bukti bahwa [[lubang hitam bintang]] dan jenis-jenis lubang hitam lainnya yang lebih besar bertanggungjawab terhadap [[radiasi]] kuat yang dipancarkan oleh objek-objek astronomi tertentu, seperti [[inti galaksi aktif]] dan [[mikrokuasar]]. Melengkungnya cahaya oleh gravitasi dapat menyebabkan fenomena [[lensa gravitasi|pelensaan gravitasi]]. Relativitas umum juga memprediksikan keberadaan [[gelombang gravitasi]]. Keberadaan gelombang ini telah diukur secara tidak langsung, dan terdapat pula beberapa usaha yang dilakukan untuk mengukurnya secara langsung. Selain itu, relativitas umum adalah dasar dari model kosmologis untuk alam semesta yang terus berkembang.
 
Relativitas umum menjadi penting ketika kita memandang sebuah sistem dengan [[jari-jari]] jauh lebih kecil daripada massa atau pun massa jauh lebih besar daripada jari-jari. Kasus pertama berlaku pada objek-objek yang mengalami keruntuhan gravitasi seperti [[bintang netron]] atau sebuah [[lubang hitam]] yang memiliki massa sebanding dengan massa sebuah [[bintang]] (meskipun ada juga lubang hitam yang lebih besar) tetapi dengan radius yang kecil. Kasus kedua berlaku pada [[kosmologi]], yakni jika ruang diisi dengan [[materi]] dengan [[kerapatan]] yang sama dimana-mana, maka jika kita mencuplik ruang tersebut dengan jari-jari yang makin besar dan terus membesar, massa akan bertambah dengan laju yang sebanding dengan ''R''<sup>3.
 
== Sejarah ==
{{Main article|Sejarah relativitas umum|Teori gravitasi klasik}}Segera setelah mempublikasikan teori relativitas khusus tahun 1905, Einstein mulai berpikir bagaimana menggabungkan [[gravitasi]] ke dalam kerangka kerja relativistiknya yang baru. Pada tahun 1907, percobaan sederhana dengan pengamatan jatuh bebas memulai pengamatannya selama 8 tahun berikutnya dalam teori gravitasi relativistik. Setelah berulang kali memperbaiki kesalahan, ia mengumumkan hasil kerjanya ke [[Akademi Sains Prusia]] pada bulan November 1915 dan menjadi apa yang kita kenal sekarang sebagai persamaan medan Einstein. Persamaan ini menunjukkan bagaimana geometri ruang dan waktu dipengaruhi kehadiran materi dan radiasi, dan membentuk inti dari teori relativitas umum Einstein.<ref>{{Harvnb|Pais|1982|loc=ch. 9 to 15}}, {{Harvnb|Janssen|2005}}; an up-to-date collection of current research, including reprints of many of the original articles, is {{Harvnb|Renn|2007}}; an accessible overview can be found in {{Harvnb|Renn|2005|pp=110ff}}. Einstein's original papers are found in [http://einsteinpapers.press.princeton.edu/ Digital Einstein], volumes 4 and 6. An early key article is {{Harvnb|Einstein|1907}}, cf. {{Harvnb|Pais|1982|loc=ch. 9}}. The publication featuring the field equations is {{Harvnb|Einstein|1915}}, cf. {{Harvnb|Pais|1982|loc=ch. 11–15}}</ref>
 
Persamaan medan Einstein [[nonlinear]] dan sangat sulit diselesaikan. Einstein menggunakan metode pendekatan dalam mengerjakan prediksi awal teori tersebut. Pada tahun 1916, astrofisikawan [[Karl Schwarzschild]] menemukan persamaan eksak untuk persamaan medan Einstein yang kemudian dikenal sebagai [[metrik Schwarzschild]]. Solusi ini memberikan dasar bagi penjelasan tahap akhir hilangnya gravitasi, dan objek yang kita kenal saat ini sebagai lubang hitam. Pada tahun yang sama, dilakukan langkah untuk menggeneralisasi penyelesaian Schwarzschild terhadap benda bermuatan listrik, yang kemudian dihasilkan [[penyelesaian Reissner–Nordström]], saat ini dihubungkan dengan [[Lubang hitam bermuatan|lubang hitam bermuatan listrik]].<ref>{{Harvnb|Schwarzschild|1916a}}, {{Harvnb|Schwarzschild|1916b}} and {{Harvnb|Reissner|1916}} (later complemented in {{Harvnb|Nordström|1918}})</ref>
 
== Dari mekanika klasik menuju relativitas umum ==
Dasar dari [[mekanika klasik]] adalah gagasan bahwa gerak benda dapat dideskripsikan sebagai kombinasi gerak bebas (atau gerak inersia) dengan penyimpangan dari gerak bebas ini. Penyimpangan ini disebabkan oleh gaya-gaya luar yang bekerja pada benda sesuai dengan hukum kedua Newton, yang menyatakan bahwa total keseluruhan [[gaya]] yang bekerja pada sebuah benda adalah sama dengan [[massa]] (inersia) benda tersebut dikalikan dengan [[percepatan]]nya.<ref>See, for instance, {{Harvnb|Arnold|1989|loc=chapter 1}}.</ref> Gerak inersia yang dihasilkan berhubungan dengan geometri [[ruang]] dan waktu, yakni dalam standar [[kerangka acuan]] mekanika klasik, benda yang berada dalam keadaan jatuh bebas bergerak searah garis lurus dengan kecepatan konstan. Dalam bahasa fisika modern, lintasan benda bersifat [[geodesik]], yaitu [[garis dunia]] yang lurus dalam [[ruang waktu]].<ref>See {{Harvnb|Ehlers|1973|loc=pp. 5f.}}.</ref>
 
[[Berkas:Elevator gravity.svg|thumbjmpl|rightka|272px|Bola yang jatuh menuju lantai roket yang dipercepat (kiri) dan bola yang jatuh menuju [[Bumi]] (kanan)]]
 
Sebaliknya, seseorang dapat mengharapkan bahwa seketika berhasil diidentifikasi dengan memantau gerak benda sebenarnya dan mempertimbangkan gaya-gaya luar (seperti gaya [[elektromagnetik]] dan [[gesekan]]), gerak inersia dapat digunakan untuk menentukan geometri ruang dan juga [[waktu]]. Namun, akan terdapat ambiguitas ketika [[gravitasi]] diperhitungkan ke dalamnya. Menurut [[hukum gravitasi Newton]], terdapat apa yang disebut sebagai universalitas jatuh bebas, yaitu bahwa lintasan suatu benda yang jatuh bebas bergantung hanya pada posisi dan kecepatan awalnya, dan bukannya bergantung pada sifat-sifat bahan penyusunnya.<ref>See {{Harvnb|Will|1993|loc=section 2.4}} or {{Harvnb|Will|2006|loc=section 2}}.</ref> Versi yang lebih sederhana dapat dilihat pada percobaan elevator Einstein, yang digambarkan pada gambar di samping. Untuk seorang pengamat dalam ruang tertutup yang kecil, adalah tidak mungkin untuk menentukan apakah ruang itu berada dalam keadaan diam dalam suatu medan gravitasi ataukah ia berada di dalam roket yang dipercepat hanya dengan memetakan lintasan bola jatuh tersebut.<ref>Cf. {{Harvnb|Wheeler|1990|loc=chapter 2}}; similar accounts can be found in most other popular-science books on general relativity.</ref>
Geometri gravitasi Newton pada dasarnya didasarkan pada mekanika klasik. Ia hanyalah kasus khusus dari mekanika [[relativitas khusus]].<ref>Good introductions are, in order of increasing presupposed knowledge of mathematics, {{Harvnb|Giulini|2005}}, {{Harvnb|Mermin|2005}}, and {{Harvnb|Rindler|1991}}; for accounts of precision experiments, cf. part IV of {{Harvnb|Ehlers|Lämmerzahl|2006}}</ref> Dalam bahasa [[simetri]]: ketika gravitasi dapat diabaikan, fisika yang berlaku bersifat [[invariansi Lorentz|invarian Lorentz]] pada relativitas khusus daripada [[invariansi Galileo|invarian Galileo]] pada mekanika klasik. Perbedaan antara keduanya menjadi signifikan apabila kecepatan terlibat di dalamnya mendekati [[kecepatan cahaya]] dan berenergi tinggi.<ref>An in-depth comparison between the two symmetry groups can be found in {{Harvnb|Giulini|2006a}}</ref>
 
[[Berkas:Light cone.svg|thumbjmpl|leftkiri|[[Kerucut cahaya]]]]
Menggunakan simetri Lorentz, struktur-struktur tambahan mulai berperan penting. Struktur-struktur tambahan ini dijelaskan menggunakan sekumpulan kerucut cahaya. Kerucut cahaya mendefinisikan struktur sebab-akibat: untuk setiap peristiwa A, terdapat sekumpulan peristiwa yang menurut prinsipnya dapat memengaruhi ataupun dipengaruhi oleh A melalui sinyal maupun interaksi yang tidak seperlunya merambat lebih cepat daripada cahaya (misalnya pada peristiwa B pada gambar) beserta sekumpulan peristiwa yang tidak memungkinkan memperngaruhi atau dipengaruhi oleh A (seperti pada peristiwa C pada gambar). Sekumplan peristiwa ini tak bergantung pada pengamat.<ref>{{Harvnb|Rindler|1991|loc=sec. 22}}, {{Harvnb|Synge|1972|loc=ch. 1 and 2}}</ref> Bersamaan dengan garis dunia partikel jatuh bebas, kerucut cahaya dapat digunakan untuk merekonstruksi metrik semi-Riemann ruang waktu.