Pengenalan Relativitas Khusus

Pengalaman dan pengamatan kita sehari-hari pasti selalu berhubungan dengan benda-benda yang bergerak dengan kelajuan yang lebih kecil dari kelajuan cahaya. Hukum Newton tentang gerakan benda dirumuskan melalui pengamatan dan penggambaran gerak benda, dan cara ini sangat berhasil menggambarkan berbagai fenomena yang terjadi pada kelajuan cukup rendah. Namun, cara ini gagal menggambarkan dengan tepat menganai gerakan benda yang memiliki kelajuan mendekati kecepatan cahaya.

Secara eksperimen, prediksi teori newton dapat diuji pada kelajuan tinggi dengan cara mempercepat electron atau partikel bermuatan lainnya melalui pemberian beda potensial listrik yang besar. Sebagai contoh, sebuah electron mungkin dapat dipercepat hingga kelajuan 0,99c dengan memberikan beda potensial beberapa juta volt. Menurut mekanika newton, jika beda potensial meningkat 4 kali, energi kinetic electron menjadi empat kali lebih besar dan kelajuannya menjadi dua kali lipat, yakni 1,98c. Namun, eksperimen menunjukan bahwa kelajuan electron –begitu juga dengan kelajuan berbagai benda di alam semesta – selalu lebih kecil daripada kecepatan cahaya, terlepas dari seberapa besarnya tegangan pemercepat. Oleh karena benda tidak mungkin berada di atas batas kelajuan cahaya, mekanika Newton tentang gerak bertentangan dengan hasil eksperimen modern dan jelas menjadi teori yang terbatas.

Pada tahun 1905, di usia sekitar 26, Einstein mengumumkan teori relativitasnya. Mengenai teorinya Einstein Menulis :

Teori relativitas muncul karena kebutuhan, dari berbagai kontradiksi yang serius dan mendalam di dalam teori lama yang kelihatannya tidak ada jalan keluarnya. Kekuatan teori baru terletak pada konsistensi dan kemudahan teori tersebut dalam memecahkan seluruh kesulitan tersebut….

Meskipun Einstein memberikan berbagai konribusi penting lainnya untuk ilmu pengetahuan, teori relativitas khusus merepresentasikan salah satu pencapaian intelektual terbesar sepanjang masa. Dengan teori ini, pengamatan secara eksperimen dapat diprediksi dengan lebih baik, mulai dari kelajuan v=0 hingga kelajuan yang mendekati kelajuan cahaya. Pada kelajuan rendah, teori Einstein disederhanakan menjadi mekanika Newton tentang gerak sebagai situasi pembatas. Sangatlah penting untuk mengetahui bahwa Einstein sedang menekuni elektromagnetisme ketika ia mengembangkan teori relativitasnya. Ia berhasil membuktikan kebenaran persamaan Maxwell, dan dalam rangka menghubungkan persamaan tersebut dengan postulatnya, ia memperoleh gagasan revolusioner bahwa ruang dan waktu tidaklah mutlak.

Teori khusus ini melingkupi fenomena seperti perlambatan jam yang sedang bergerak dan emendekan suatu benda yang panjang yang sedang bergerak. Selain dari perannya yang sangat popular dan penting dalam dunia fisika teori, teori relativitas juga memiliki aplikasi penting, termasuk dalam perancangan pembangkit tenaga nuklir dan global positioning system modern. Alat-alat ini tidak bekerja apabila dirancang menurut prinsip-prisip nonrelativistic.