Relativitas khusus

Dalam fisika, relativitas khusus atau teori relativitas khusus adalah teori fisika mengenai hubungan antara ruang dan waktu yang diterbitkan pada 1905 oleh Albert Einstein. Einstein memberikan dua postulat:

1. hukum-hukum fisika berlaku invarian (bentuk yang sama) dalam semua kerangka acuan inersia (kerangka acuan yang tidak mengalami percepatan); dan
2. laju cahaya dalam vakum bernilai sama untuk semua pengamat, tanpa perlu memerhatikan gerakan cahaya maupun pengamat.

Einstein pada tahun 1904 atau 1905, sekitaran masa ia menulis makalah Annus Mirabilis. Makalah Zur Elektrodynamik bewegter Körper juga diterbitkan yang merupakan gagasan relativitas khusus.

Relativitas khusus diperkenalkan Einstein pada 26 September 1905 dalam makalah "Mengenai Elektrodinamika Benda Bergerak". Teori ini menggantikan teori newtonian|pendapat Newton tentang ruang dan waktu]] dan memasukan elektromagnetisme sebagaimana tertulis oleh persamaan Maxwell. Teori ini disebut "khusus" karena dia berlaku terhadap prinsip relativitas pada kasus "tertentu" atau "khusus" dari rangka referensi inertial dalam ruang waktu datar, di mana efek gravitasi dapat diabaikan. Sepuluh tahun kemudian, Einstein menerbitkan teori relativitas umum (relativitas umum) yang memasukan efek tersebut.

Relativitas khusus memiliki berbagai sebab-akibat. Sebab-akibat tersebut telah dibuktikan oleh eksperimen, dan mencakup di antaranya kontraksi panjang, dilatasi waktu, massa relativistik, batas kelajuan tertinggi, ekuivalensi massa–energi, kelajuan kausalitas, dan relativitas simultanitas. Salah satu dampak relativitas khusus adalah tergantinya pemikiran bahwa waktu bersifat mutlak dengan pemikiran bahwa waktu bergantung pada kerangka acuan dan posisi. Jadi dua kejadian yang terjadi secara bersamaan bagi seorang pengamat bisa tampak tidak terjadi bersamaan bagi pengamat lainnya. Karakteristik yang paling mudah dikenali dari relativitas khusus adalah digantikannya transformasi Galileo dari mekanika Newton dengan transformasi Lorentz. Ruang dan waktu tidak bisa didefinisikan secara terpisah, tidak seperti yang sebelumnya diduga, melainkan merupakan suatu kesatuan yang disebut sebagai "ruang waktu".

Sejarah

Artikel utama: Sejarah relativitas khusus

Status

Relativitas khusus dalam ruang waktu Minkowski hanyalah akurat ketika nilai mutlak dari potensial gravitasi jauh lebih sedikit daripada c² di daerah yang diamati. Dalam medan gravitasi yang kuat, harus digunakan relativitas umum. Relativitas umum menjadi relativitas khusus pada batasan medan lemah. Pada skala yang sangat kecil, seperti panjang Planck dan lebih rendah, efek kuantum harus dipertimbangkan sehingga menghasilkan gravitasi kuantum. Akan tetapi, pada skala makroskopis dan tanpa keberadaan medan gravitasi yang kuat, relativitas khusus telah teruji oleh eksperimen dengan tingkat akurasi yang sangat tinggi (10⁻²⁰) dan karenanya diterima oleh komunitas fisika. Hasil percobaan yang tampaknya menyangkal relativitas khusus tidak bisa direproduksi dan karenanya dipercaya sebagai kesalahan dalam percobaan.

Relativitas khusus bersifat konsisten secara matematis, dan merupakan bagian dari semua teori fisika modern, di antaranya teori medan kuantum, teori dawai, dan relativitas umum (dalam kasus batasan medan gravitasi diabaikan). Mekanika Newton secara matematis bisa diturunkan dari relativitas khusus untuk kecepatan yang kecil (dibandingkan dengan laju cahaya) – jadi mekanika Newton bisa dianggap sebagai relativitas khusus pada benda yang bergerak lambat.

Beberapa eksperimen sebelum makalah tahun 1905 Einstein sekarang ditafsirkan sebagai bukti relativitas. Di antara eksperimen berikut diketahui bahwa Einstein mengetahui tentang percobaan Fizeau sebelum tahun 1905, dan para sejarawan menyimpulkan bahwa Einstein paling tidak pernah mendengar tentang percobaan Michelson–Morley sejak 1899 meskipun dia mengklaim bahwa percobaan tersebut tidak berperan dalam pengembangan teorinya.

• Percobaan Fizeau (1851, diulangi oleh Michelson dan Morley pada tahun 1886) menghitung laju cahaya dalam media yang bergerak, dengan hasil yang konsisten dengan penambahan relativistik kecepatan yang sejajar.
• Percobaan Michelson-Morley (1881, 1887) mendukung postulat bahwa mendeteksi suatu kecepatan acuan yang mutlak tidak mungkin dilakukan.
• Percobaan Trouton–Noble (1903) menunjukkan bahwa torsi kapasitor tidak bergantung pada posisi dan kerangka acuan inersia.
• Percobaan Rayleigh dan Brace (1902, 1904) menunjukkan bahwa kontraksi panjang tidak menghasilkan bias-ganda bagi pengamat yang ikut bergerak, sesuai dengan prinsip relativitas.

Pemercepat partikel biasa digunakan untuk mempercepat dan mengukur sifat partikel yang bergerak mendekati laju cahaya, di mana perilaku mereka sepenuhnya konsisten dengan teori relativitas dan tidak konsisten dengan mekanika Newton yang lama. Mesin-mesin ini tidak akan bekerja apabila mereka tidak dirancang mengikuti prinsip relativistik. Sebagai tambahan, beberapa percobaan modern telah dilakukan untuk menguji relativitas khusus. Contohnya:

• Uji energi dan momentum relativistik – menguji batas kecepatan partikel.
• Percobaan Ives–Stillwell – menguji efek Doppler relativistik dan dilatasi waktu.
• Percobaan uji dilatasi waktu – efek relativistik pada waktu paruh partikel yang bergerak cepat.
• Percobaan Kennedy–Thorndike – dilatasi waktu menurut transformasi Lorentz.
• Percobaan Hughes–Drever – menguji isotropi ruang dan massa.
• Pencarian modern untuk pelanggaran Lorentz – berbagai uji modern.
• Percobaan untuk menguji teori emisi yang menunjukkan bahwa kecepatan cahaya independen dari kecepatan pemancar.
• Percobaan untuk menguji hipotesis seretan eter – tidak ada "gangguan aliran eter".

Referensi

Buku teks

• Einstein, Albert. "Relativity — The Special and the General Theory", Routledge Classics 1993 ISBN 0-415-25538-4
• Tipler, Paul; Llewellyn, Ralph (2002). Modern Physics (4th ed.). W. H. Freeman Company. ISBN 0-7167-4345-0
• Schutz, Bernard F. A First Course in General Relativity, Cambridge University Press. ISBN 0-521-27703-5
• Taylor, Edwin, and Wheeler, John (1992). Spacetime physics (2nd ed.). W.H. Freeman and Company. ISBN 0-7167-2327-1
• Einstein, Albert (1996). The Meaning of Relativity. Fine Communications. ISBN 1-56731-136-9
• Geroch, Robert (1981). General Relativity From A to B. University of Chicago Press. ISBN 0-226-28864-1
• Krane, Kenneth S (2012). Modern Physics (3rd ed.). John Wiley & Sons, Inc. ISBN 978-1-118-06114-5
• Lawden, Derek F (2002). Introduction to Tensor Calculus, Relativity and Cosmology (3rd ed.). Dover Publications. ISBN 978-0-486-13214-3
• Anugraha, Rinto (2014). Teori Relativitas dan Aplikasinya pada Elektrodinamika, Lubang Hitam, dan Jagat Raya. Gadjah Mada University Press. ISBN 979-420-851-5

Artikel jurnal

• On the Electrodynamics of Moving Bodies, A. Einstein, Annalen der Physik, 17:891, June 30, 1905 (in English translation)
• Wolf, Peter and Gerard, Petit. "Satellite test of Special Relativity using the Global Positioning System," Physics Review A 56 (6), 4405-4409 (1997).
• Will, Clifford M. "Clock synchronization and isotropy of the one-way speed of light," Physics Review D 45, 403-411 (1992).
• Alvager et al., "Test of the Second Postulate of Special Relativity in the GeV region," Physics Letters 12, 260 (1964).

Pranala luar

Karya asli

• Zur Elektrodynamik bewegter Körper – Makalah Einstein yang memperkenalkan teori relativitas khusus dalam bahasa Jerman, Annalen der Physik, Bern 1905
• On the Electrodynamics of Moving Bodies – Terjemahan bahasa Inggris dari makalah Einstein di atas

Relativitas khusus bagi orang-orang awam

• Einstein Light – Sebuah pengantar (klip film dan demonstrasi) non-teknis pemenang penghargaan yang didukung oleh berhalaman-halaman penjelasan lanjutan dan animasi, pada tingkat dengan maupun tanpa matematika.

Penjelasan relativitas khusus

• Greg Egan's Foundations.
• The Hogg Notes on Special Relativity – Pengantar relativitas khusus untuk tingkat strata 1.
• Reflections on Relativity – Buku daring lengkap mengenai relativitas dengan bibliografi yang panjang lebar.
• Relativity Calculator - Learn Special Relativity Mathematics – Matematika dalam relativitas khusus disajikan dalam cara yang sesederhana dan sekomprehensif mungkin sesuai konteks filosofis dan historis.
• Relativity: the Special and General Theory di Proyek Gutenberg, oleh Albert Einstein
• Short Essay Explaining Special Relativity oleh S. Abbas Raza dari 3 Quarks Daily
• Special Relativity Lecture Notes adalah pengantar relativitas khusus yang standar berisi penjelasan ilustratif dari Virginia Polytechnic Institute and State University.
• Special relativity theory made intuitive – Penjelasan makna teoretis relativitas khusus dari sudut pandang geometri

Visualisasi

• Through Einstein's Eyes Diarsipkan 2013-05-14 di Wayback Machine. The Australian National University. Efek visual relativistik dijelaskan menggunakan film dan gambar