Browse By

Kisah Si Kerani

1905 merupakan tahun yang sangat penting kepada dunia fizik global apabila seorang kerani sebuah pejabat paten di Bern, Switzerland menemui sebuah teori yang sangat signifikan. Teori ini begitu signifikan sehingga ia melahirkan satu era fizik baharu yang digelar fizik moden (modern physics)!

Beliau ialah Albert Einstein (no surprise huh?).

Kerja-kerja beliau di pejabat tersebut banyak melibatkan pentaksiran paten bagi alat-alatan seperti pengasing batu-batuan serta mesin taip elektromekanikal yang mengaplikasikan penggunaan transmisi signal elektrik dan penyelarasan elektrik-mekanikal terhadap masa dan banyak lagi. Permasalahan-permasalahan ini merangsang Einstein untuk berfikir lebih mendalam terhadap asal usul cahaya dan hubungkait asas antara ruang dan masa.

Yada yada yada, pendek cerita, Einstein berjaya menemukan dua Teori Kerelatifan iaitu Am dan Khas (General and Special Theory of Relativity).

Kita mulakan dengan Teori Kerelatifan Khas terlebih dahulu mengikut kronologi penemuan oleh Einstein. Kerana Einstein menemukan teori ini hanya dengan menjalankan eksperimen minda (thought experiment), kita juga akan menggunakan kaedah yang sama – percuma dan mudah! (mudahlah kot?). Kata kuncinya adalah: BAYANGKAN.

Cop! Tapi sebelum itu, ingin saya ingatkan bahawa teori ini dibina berlandaskan dua dakwaan (postulates) dan akan diselitkan sepanjang penerangan ini.

Bayangkan anda menaiki sebuah kereta api yang sangat laju dan di tangan anda tergenggam sebuah pemancar laser yang nampak biasa, tapi mampu merungkai misteri semesta (wut?). Anda kemudiannya menghalakan pemancar tersebut ke bumbung kereta api dan menghidupkannya. Bayangkan juga terdapat sebuah cermin yang melekat di bumbung betul-betul di atas kepala anda. Oleh kerana cahaya bergerak lurus, maka cahaya laser tadi pun bergerak lurus ke arah cermin dan dipantulkan kembali kepada anda dalam garisan lurus juga; seperti dalam rajah (a). Tiada masalah. Tiada misteri. Semua selesai. Habis cerita.

Nanti dahulu.

Bayangkan juga anda minta seorang rakan bernama Khuzairi (?) untuk berdiri di sebuah stesen kereta api. Apabila kereta api anda tadi melalui stesen tersebut, apa yang dilihat Khuzairi dari tempat dia berdiri adalah seperti rajah (b) di bawah. Mengapa? Disebabkan kereta api tadi sedang bergerak dengan kelajuan tertentu, cahaya kini tidak bergerak secara tegak ke atas, tetapi secara menyerong (diagonal) dan dipantulkan kembali secara menyerong juga.

Jadi, pemerhatian siapa yang betul sebenarnya? Sebelum anda dan Khuzairi bertumbuk, ayuh saya perkenalkan dakwaan pertama – hukum fizik adalah sama di mata setiap pemerhati yang berada dalam gerakan seragam antara satu sama lain, dan tiada pemerhatian yang lebih benar (atau lebih salah) daripada pemerhatian yang lain; kesemua pemerhatian adalah benar-benar belaka. Jika anda sudah mula menggaru kepala, tabah dan terus bersama saya, sedikit sahaja lagi ni.

Pemerhatian anda (a) menunjukkan cahaya bergerak melalui jarak D ke atas dan jarak D ke bawah, maka 2D. Pemerhatian Khuzairi pula menunjukkan cahaya bergerak melalui jarak L menyerong ke atas dan jarak L menyerong ke bawah, maka 2L. Jika anda imbas kembali tajuk teori Pythagoras, kita dengan mudahnya boleh mengira panjang L jika kita mengetahui panjang D dan jarak pergerakan kereta api.

Tapi saya tak bercadang untuk melakukan sebarang pengiraan sekarang, tetapi secara konsepnya, disebabkan L adalah hypotenuse kepada segitiga tersebut, panjangnya mestilah lebih panjang daripada D (ingat: hypotenuse adalah sisi terpanjang pada sesebuah segitiga tegak). Oleh itu, cahaya yang dilihat Khuzairi bergerak lebih jauh berbanding yang dilihat anda!

Itulah faktanya dan tidak perlu dipersoalkan.

Tidak tamat di situ, disebabkan dakwaan kedua yang telah dibuktikan benar iaitu: cahaya di dalam vakum bergerak dengan kelajuan yang sama oleh mana-mana pemerhati tanpa mengambil kira pergerakan relatif antara mereka – kelajuan cahaya adalah 300,000,000 m/s. Ini bermakna cahaya bergerak dengan kelajuan itu pada pemerhatian anda dan pada pemerhatian Khuzairi. Melalui persamaan ringkas kelajuan yang berbentuk sebegini:

v mewakili halaju, d mewakili jarak dan t mewakili masa. 1) Jarak yang dilalui cahaya pada pemerhatian (b) adalah lebih panjang berbanding (a); 2) Kelajuan cahaya adalah sama pada kedua-dua pemerhatian. Maka, untuk mengimbangkan persamaan, masa, t  perlu lebih panjang untuk pemerhatian (b) berbanding pemerhatian (a).

Kita boleh katakan, Khuzairi melihat masa di dalam kereta api; dan apa-apa objek, proses, fenomena, bergerak lebih perlahan berbanding masa di stesen yang sedang di berada.

Pofff!

 

Bunyi seperti sains fiksyen? Oh tidak, ini adalah fizik, dan telah dibuktikan oleh beberapa eksperimen. Konklusinya, daripada eksperimen minda ini; menurut pemerhati yang tidak bergerak, apabila ia melihat kepada seseorang/sesuatu yang sedang bergerak, masa bagi seseorang/sesuatu yang bergerak itu adalah lebih perlahan berbanding masa yang dialaminya, dan begitu sebaliknya. Ini bermakna, apabila sepasang kembar, seorang tinggal di Bumi dan seorang lagi menaiki kapal angkasa lepas dan bergerak dengan halaju menghampiri kelajuan cahaya ke sesuatu destinasi yang jauh. Apabila si kembar angkasawan tersebut kembali ke Bumi, si kembar penghuni Bumi akan mendapati kembarnya masih muda (mungkin hanya menua sebanyak 5 tahun) berbanding dirinya yang telah menua sebangak 40 tahun! Begitu juga bagi semua penghuni Bumi yang lain, 40 tahun sudah berlalu bagi mereka manakala hanya 5 tahun berlalu bagi si pengembara angkasa!

Hatta, kita boleh katakan bahawa masa bukanlah suatu unit fizikal yang mutlak. Ia bergantung kepada sama ada si pemerhati sedang bergerak atau tidak.

Masa itu relatif.

p/s: Kita sembang mengenai Teori Kerelatifan Am nantilah ye, panjang sangat ni ha!