A Brief History of Time: Ruang dan Waktu (2)

Satu konsekuensi relativitas lain yang sama luar biasanya adalah secara teori itu merevolusi gagasan kita mengenai ruang dan waktu. Dalam teori Newton, jika Seberkas cahaya dikirim dari suatu tempat ke tempat lain, pengamat yang berbeda-beda bakal sepakat perihal waktu yang diperlukan untuk menempuh perjalanan karena waktu bersifat mutlak, tapi tak selalu sepakat mengenai sejauh mana Cahaya bergerak karena ruang bersifat tak mutlak.

Karena kecepatan cahaya adalah jarak yang ditempuh dibagi waktu perjalanan, maka pengamat yang berbeda-beda akan mengukur kecepatan cahaya yang berbeda-beda. Di pihak lain, dalam relativitas, semua pengamat harus sepakat mengenai kecepatan cahaya. Tapi mereka masih tak sepakat dalam hal jarak yang ditempuh cahaya, sehingga mereka pun jadi tak sepakat dalam waktu yang diperlukan menempuh perjalanan. Waktu didapat dari jarak yang ditempuh yang telah disepakati para pengamat dibagi kecepatan cahaya ya yang disepakati para penggemar. Dengan kata lain, teori relativitas mengakhiri gagasan waktu mutlak! Kelihatannya tiap pengamat punya pengukuran waktu sendiri, sebagaimana dicatat oleh arloji yang dibawa, dan bahwa arloji yang sama yang di bawah berbagai pengamat tidak mesti mencatat waktu yang sama.

Tiap pengamat dalam menggunakan Radar untuk mengatakan dimana dan kapan Suatu peristiwa terjadi dengan mengirim denyut gelombang cahaya atau radio. Bagian denyut dipantulkan ke peristiwa dan pengamatan mengukur Kapan waktu gempa nya diterima. Waktu terjadinya peristiwa dianggap sebagai setengah jangka waktu antara pengiriman dan penerimaan denyut: jarak Peristiwa adalah setengah jangka waktu yang dibutuhkan untuk perjalanan bolak-balik, dikali kecepatan cahaya. Dalam pengertian ini, suatu peristiwa adalah suatu yang terjadi di suatu titik dalam dalam ruang pada saat tertentu dalam waktu. Gagasan itu ditunjukkan di sini, dalam contoh diagram ruang waktu.

Menggunakan prosedur itu, para pengamat yang bergerak relatif terhadap satu sama lain akan mencatat waktu dan posisi yang berbeda pada peristiwa yang sama. Tak ada pengukuran pengamat tertentu yang lebih benar dari pada pengukuran pengamat lain, tapi semua pengukuran berhubungan. Pengamat manapun bisa mengetahui dengan persis waktu dan posisi yang dicatat pengamat lain terhadap suatu peristiwa, asal dia tahu kecepatan relatif pengamat tersebut.

Sekarang kita menggunakan metode itu untuk mengukur jarak dengan tepat, karena kita bisa mengukur waktu lebih tepat daripada panjang. 1 meter didefinisikan sebagai jarak yang di tempuh cahaya selama 0,000000003335640952 detik, sebagaimana diukur oleh arloji cesium. Alasan memilih angka tersebut adalah karena ukurannya sama dengan definisi m historis yakni jarak antara dua tanda di atas 1 Batang platinum yang disimpan di Paris. Kita juga bisa menggunakan satuan panjang baru yang lebih praktis, bernama detik cahaya light second. 1 detik cahaya didefinisikan sebagai jarak yang ditempuh cahaya dalam 1 detik. Dalam teori relativitas, kita sekarang bening finish ikan jarak dengan waktu dan kecepatan cahaya, sehingga secara otomatis tiap pengamat akan mengukur bahwa cahaya memiliki kecepatan yang selalu sama menurut definisinya 1 M per 0, 0000000033335640952 detik. Tak perlu diajukan gagasan, yang keberadaannya memang tak bisa dideteksi sebagaimana ditunjukkan percobaan michelson-morley. Namun teori relativitas memaksa kita mengubah cara mendaftar gagasan kita mengenai ruang dan waktu. Kita harus menerima bahwa waktu tak sepenuhnya terpisah dari ruang, tapi malah berpadu dengan ruang untuk membentuk objek bernama ruang waktu (Space time is time.)

Berdasarkan pengalaman biasa, posisi suatu titik dalam ruang bisa dijabarkan dengan 3 angka atau koordinat. Contohnya, bisa dikatakan bahwa suatu titik dalam ruang terletak 7 kaki dari satu dinding, 3 kaki dari dinding lain, dan 5 kaki di atas lantai. Atau dapat ditunjukkan dalam satu. Berada di garis bujur dan 5 tertentu di ketinggian tertentu diatas permukaan laut. Kita bebas menggunakan sembarang 3 koordinat, walau jangkauannya terbatas. Posisi bulan tak bisa ditunjukkan dengan hitungan Berapa mil sebelah Utara dan Barat piccadilly circus dan berapa kaki diatas permukaan laut. Posisi bulan bisa dijabarkan dengan jarak dari matahari, jarak dari bidang orbit planet-planet, serta sudut antara garis bulan matahari dan garis matahari ke bintang yang dekat dengan alfa centauri. Koordinat-koordinat itu pun kiranya tak banyak berguna dalam menjabarkan posisi matahari atau posisi galaksi kita dalam kelompok galaksi terdekat. Sebetulnya, seluruh alam semesta bisa dijabarkan sebagaimana gabungan petak-petak yang saling tumpang tindih. Di tiap petak, bisa digunakan digunakan sel 3 koordinat yang berbeda-beda untuk menunjukkan posisi satu.

Sesuatu yang terjadi di suatu titik tertentu dalam waktu dan waktu tertentu. Jika peristiwa bisa ditunjukkan dengan 4 angka atau koordinat. Sekali lagi, pilihan koordinat bisa semaunya. 2 semua koordinat ruang yang jelas definisinya dan semua pengukuran waktu bisa dipakai. Dalam relativitas, tak ada perbedaan antara sembarang dua koordinat ruang. Bisa saja dipilih set koordinat baru di mana, misalnya koordinat ruang pertama yang baru adalah kombinasi koordinat ruang pertama dan kedua yang lama. Contohnya, ketimbang mengukur posisi satu titik di bumi dengan menghitung Berapa mil sebelah Utara dan Barat piccadilly, bisa juga digunakan hitungan Berapa mil sebelah timur laut dan barat laut picadilly. Selain itu, dalam relativitas dapat digunakan koordinat waktu baru yang memerlukan waktu lama hitungan detik ditambah jarak hitungan detik cahaya sebelah utara picadilly.

Ada gunanya berpikir mengenai empat koordinat suatu peristiwa sebagai petunjuk posisinya dalam ruang 4 dimensi yang disebut ruang waktu. Mustahil membayangkan ruang 4 dimensi. Sendiri saja susah membayangkan ruang tiga dimensi! Tapi menggambarkan ruang 2 dimensi, seperti permukaan bumi itu mudah. Permukaan bumi itu dua dimensi karena posisi satu titik bisa ditunjukkan oleh 2 koordinat bujur dan lintang. Saya akan lebih banyak di gunakan diagram yang menunjukkan waktu meningkat ke atas dan salah satu dimensi ruang ditunjukkan horizontal: dimensi ruang lain di abaikan atau kadang salah satunya ditunjukkan dengan perspektif. Diagram itu disebut diagram ruang waktu seperti gambar 2.1.

Contohnya, gambar di atas waktu diukur di sumbu vertikal dengan hitungan tahun dan jarak antara Matahari dan Alpha centauri diukur di sumbu horizontal dengan hitungan mil. Jalur matahari dan Alpha centauri melalui ruang waktu ditunjukkan dengan garis-garis vertikal di kiri dan kanan diagram. Seberkas cahaya dari matahari mengikuti garis diagonal, dan membutuhkan 4 tahun untuk bergerak dari matahari ke Alfa centauri.

Seperti telah kita lihat, persamaan persamaan Maxwell memprediksi bahwa kecepatan cahaya harus selalu sama, berapapun kecepatan sumbernya, dan prediksi itu telah dibenarkan dengan pengukuran yang akurat. Dengan demikian, jika Seberkas cahaya dipancarkan pada waktu tertentu di suatu titik dalam ruang, seiring waktu berjalan Cahya itu akan menyebar dengan bentuk bola yang ukuran dan posisi nya tak berkait kecepatan sumber. Sesudah satu per 1000000 detik, cahaya akan menyebar membentuk bola yang jari-jarinya 300 m: sesudah 2 1000000 detik ada, jari-jari bola yaitu 600 M. 2 dan seterusnya. Cahaya itu jadi seperti riak yang menyebar di permukaan kolam ketika ada batu dicemplungkan. Riak menyebar sebagai lingkaran-lingkaran yang terus menyebar seiring waktu. Jika foto-foto riak pada berbagai waktu ditumpuk, maka lingkaran-lingkaran riak yang terus membesar menyusun kerucut yang puncaknya berada di tempat dan waktu waktu dicemplungkan ke dalam air.

Dengan cara yang sama, cahaya yang menyebar dari satu peristiwa membentuk kerucut 3 dimensi di ruang waktu 4 dimensi. kerucut itu disebut kerucut cahaya Masa Depan peristiwa. Kita juga bisa menggambar kerucut lain disebut kerucut cahaya masa lalu, yang merupakan peristiwa masa lalu yang menyebabkan Seberkas Cahaya dapat mencapai peristiwa tertentu.

Dengan adanya satu peristiwa,P, semua peristiwa lain di alam semesta bisa dibagi menjadi tiga kelompok. Peristiwa-peristiwa yang bisa dicapai oleh Zarah partikel atau gelombang yang bergerak pada atau di bawah kecepatan cahaya dari peristiwa P dikatakan berada pada masa depan P. Peristiwa-peristiwa itu akan berada di dalam atau di atas bola cahaya yang terus meluas, yang memancar dari peristiwa P titik hanya peristiwa-peristiwa pada masa depan P yang bisa dipengaruhi apa yang terjadi pada P karena tak ada yang bisa bergerak lebih cepat daripada cahaya.

Demikian pula, masa lalu bisa didefinisikan sebagai suatu peristiwa yang bisa menjadi titik awal gerak partikel atau gelombang dengan kecepatan cahaya atau dibawahnya untuk mencapai peristiwa p. Maka semua Peristiwa itu bisa mempengaruhi apa yang terjadi pada P dan t. Peristiwa-peristiwa yang terletak pada masa depan atau masa lalu Dikatakan terletak di sini masa kini.

Yang terjadi pada peristiwa-peristiwa itu tak bisa mempengaruhi atau dipengaruhi apa yang terjadi pada P. Contohnya, jika matahari berhenti bersinar sekarang juga, kejadian itu tak akan berpengaruh kepada peristiwa-peristiwa di bumi pada waktu yang sama karena peristiwa-peristiwa itu bakal berada di sisi lain peristiwa berhenti bersinar matahari. Dengan kata lain jika matahari berhenti di detik pertama maka di bumi akan merasakan Di menit 8 lewat 1 detik karena jarak yang dibutuhkan cahaya dari matahari ke bumi berjumlah 8 menit.

Kita bakal baru tahu sesudah 8 menit, waktu yang diperlukan cahaya untuk mencapai kita dari matahari. Baru sesudah 8 menit itulah peristiwa-peristiwa di bumi berada dalam kerucut Cahaya Masa Depan peristiwa matinya matahari. Dengan cara yang sama, kita tak tahu apa yang terjadi pada pada saat ini di tempat-tempat yang terletak lebih jauh di alam semesta: cahaya yang kita lihat dari galaksi galaksi dan jauh meninggalkan galaksi galaksi itu jutaan tahun yang lalu, dan dalam kasus benda paling jauh yang pernah kita lihat, cahaya dari sana berangkat sekitar 8 miliar tahun lalu. Jadi, ketika kita memandang alam semesta tanda kita sedang memandang masa lalu.