Transformasi Lorentz

Dalam fisika, transformasi Lorentz adalah seperangkat transformasi linear satu-parameter dari sistem koordinat suatu kerangka acuan dalam ruang waktu ke kerangka yang lain yang bergerak dengan kecepatan yang konstan (parameternya) relatif terhadap kerangka yang awal. Transformasi inversnya berbentuk serupa dengan parameter negatif dari kecepatan tersebut. Nama transformasi ini dinamai dari fisikawan Belanda Hendrik Lorentz.

Bentuk paling umum dari transformasi ini, dengan parameter sebuah konstanta real $v,$ melambangkan kecepatan sejajar sumbu-x, dituliskan sebagai

${\begin{aligned}t'&=\gamma \left(t-{\frac {vx}{c^{2}}}\right)\\x'&=\gamma \left(x-vt\right)\\y'&=y\\z'&=z\end{aligned}}$

dengan (t, x, y, z) dan (t′, x′, y′, z′) adalah koordinat suatu kejadian dalam dua kerangka, di mana salah satu kerangka diamati sedang bergerak dengan kecepatan v sejajar sumbu-x menurut kerangka yang lainnya, c adalah laju cahaya, dan $\gamma =\textstyle \left({\sqrt {1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}\right)^{-1}$ adalah faktor Lorentz. Ketika kecepatan v jauh lebih kecil daripada c, faktor Lorentz bisa dianggap sama dengan 1, tetapi ketika nilai v mendekati c, nilai $\gamma$ naik tanpa batas. Nilai v harus lebih kecil daripada c agar transformasinya masuk akal.

Jika kecepatan dilambangkan sebagai $\beta ={\frac {v}{c}},$ bentuk ekuivalen dari transformasinya adalah

${\begin{aligned}ct'&=\gamma \left(ct-\beta x\right)\\x'&=\gamma \left(x-\beta ct\right)\\y'&=y\\z'&=z.\end{aligned}}$

Kerangka acuan bisa dibagi menjadi dua jenis: inersia (bergerak relatif dengan kecepatan konstan) dan non-inersia (mengalami percepatan, bergerak melengkung, gerak rotasi dengan kecepatan sudut konstan, dsb.). Istilah "transformasi Lorentz" hanya mengacu pada transformasi antar kerangka inersia, biasanya dalam konteks relativitas khusus.

Dalam masing-masing kerangka acuan, pengamat bisa menggunakan sebuah sistem koordinat lokal (biasanya koordinat Kartesius dalam konteks ini) untuk mengukur jarak, dan sebuah jam untuk mengukur interval waktu. Sebuah kejadian adalah sesuatu yang terjadi di suatu titik dalam ruang pada suatu saat dalam waktu, atau lebih formalnya suatu titik dalam ruang waktu. Transformasi ini menghubungkan koordinat ruang dan waktu dari sebuah kejadian sebagaimana diukur oleh seorang pengamat dalam masing-masing kerangka.

Transformasi Lorentz menggantikan transformasi Galileo dari mekanika klasik, yang mengasumsikan bahwa ruang dan waktu bersifat mutlak (lihat relativitas Galileo). Transformasi Galileo merupakan perkiraan yang bagus hanya untuk kecepatan relatif yang jauh lebih kecil daripada kecepatan cahaya. Transformasi Lorentz mengandung beberapa hal yang tidak intuitif yang tidak terdapat dalam transformasi Galileo. Contohnya, transformasi Lorentz mengimplikasikan bahwa pengamat yang begerak dengan kecepatan yang berbeda bisa mengukur jarak yang berbeda, selang waktu yang berbeda, dan bahkan urutan kejadian yang berbeda, tetapi selalu sedemikian rupa sehingga laju cahaya bernilai sama dalam semua kerangka acuan inersia. Kekararan laju cahaya adalah salah satu postulat relativitas khusus.

Dalam sejarahnya, transformasi ini merupakan hasil dari usaha oleh Lorentz dan ilmuwan lainnya untuk menjelaskan mengapa laju cahaya tidak dipengaruhi oleh kerangka acuan, dan untuk memahami simetri dari hukum-hukum elektromagnetisme. Transformasi Lorentz bersesuaian dengan relativitas khusus Albert Einstein, tetapi diturunkan lebih dahulu.

Transformasi Lorentz merupakan sebuah transformasi linear. Transformasinya bisa mengandung rotasi ruang; transformasi Lorentz yang tidak mengandung rotasi disebut Lorentz boost. Dalam ruang Minkowski, sebuah model matematika dari ruang waktu dalam relativitas khusus, transformasi Lorentz mempertahankan interval ruang waktu di antara dua kejadian manapun. Sifat ini adalah sifat terpenting dari transformasi Lorentz. Transformasi ini hanya menggambarkan transformasi di mana kejadian ruang waktu di titik asal dibuat tetap. Transformasi ini bisa dianggap sebagai rotasi hiperbolis dari ruang Minkowski. Seperangkat transformasi yang lebih umum yang juga berisi translasi dikenal sebagai grup Poincaré.

Lihat pula

• Kalkulus Ricci
• Medan elektromagnetik
• Transformasi Galileo
• Rotasi hiperbolis
• Grup Lorentz
• Teori representasi dari grup Lorentz
• Prinsip relativitas
• Rumus penambahan kecepatan
• Aljabar dari ruang fisik
• Transformasi Prandtl–Glauert

Referensi

• Forshaw, J. R.; Smith, A. G. (2009). Dynamics and Relativity. Manchester Physics Series. John Wiley & Sons Ltd. hlm. 124–126. ISBN 978-0-470-01460-8. 

Bacaan lanjutan

• Einstein, Albert (1916), Relativity: The Special and the General Theory, New York: Three Rivers Press (dipublikasikan tanggal 1995), ISBN 978-0-517-88441-6 
• Ernst, A.; Hsu, J.-P. (2001), "First proposal of the universal speed of light by Voigt 1887" (PDF), Chinese Journal of Physics, 39 (3): 211–230, Bibcode:2001ChJPh..39..211E, diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2011-07-16 
• Thornton, Stephen T.; Marion, Jerry B. (2004), Classical dynamics of particles and systems (edisi ke-5th), Belmont, [CA.]: Brooks/Cole, hlm. 546–579, ISBN 978-0-534-40896-1 
• Voigt, Woldemar (1887), "Über das Doppler'sche princip", Nachrichten von der Königlicher Gesellschaft den Wissenschaft zu Göttingen, 2: 41–51 

Pranala luar

• Penurunan transformasi Lorentz. Halaman web ini berisi penurunan yang lebih rinci untuk transformasi Lorentz dengan penekanan pada sifat grupnya.
• Relativity Diarsipkan 2011-08-29 di Wayback Machine. – sebuah bab dari buku teks daring
• Warp Special Relativity Simulator – program komputer yang mendemonstrasikan transformasi Lorentz pada objek sehari-hari.
• Klip animasi di YouTube yang memvisualisasikan transformasi Lorentz.
• Lorentz Frames Animated from John de Pillis. – Animasi Flash daring dari kerangka Galileo dan Lorentz, beragam paradoks, fenomena gelombang elektromagnetik, dll.