Header Ads

Di Balik Kesuksesan Teori Relativitas Umum Einstein, Ternyata Ada Masalah Rumit yang Tak Kunjung Terpecahkan, Apakah itu?


Teori Relativitas Umum (TRU) lahir di penghujung tahun 1915. Kelahiran teori ini dibidani oleh Fisikawan asal Jerman, Albert Einstein. Adalah bukan tak berdasar jika di kemudian hari orang lebih mengenalnya sebagai Teori Relativitas Umum Einstein. Gagasan mendasar teori ini adalah bahwa gravitasi tidak bisa dipandang sebagai sebuah gaya (seperti yang diyakini Newton). Tetapi, gravitasi lebih sebagai manifestasi kelengkungan ruang-waktu.



Einstein memandang bahwa geometri ruang-waktu dan distribusi (agihan) materi merupakan dua hal yang saling tergandeng. Maksudnya, agihan materi akan menentukan kelengkungan ruang waktu. Pun begitu sebaliknya, kelengkungan ruang-waktu akan menentukan dinamika materi. Gagasan ini tertuang dalam sebuah persamaan matematis yang dikenal sebagai persamaan medan Einstein. Suatu persamaan yang menghubungkan tensor energi-momentum (sebagai wakilan bagi materi) dengan tensor kelengkungan (sebagai wakilan bagi geometri ruang-waktu).

Di awal kemunculannya, Teori Relativitas Umum berhasil memecahkan teka-teki presisi orbit merkurius yang disadari pada akhir abad ke-18. Pengamatan yang dilakukan Simon Newcomb pada tahun 1882 terhadap presisi orbit Merkurius, menyisakan nilai 43 detik busur. Fakta eksperimen ini tidak dapat dijelaskan oleh teori gravitasi Newton. Kelebihan nilai 43 detik busur dari hasil pengamatan menjadi terjelaskan setelah mempertimbangkan efek kelengkungan ruang-waktu. Hal ini seolah menjadi angin segar bagi Einstein. Sebab ternyata teori yang ia bangun setidaknya berhasil memberikan prediksi akurat bagi sebuah fenomena alam. Walaupun sebenarnya Einstein mengusulkan TRU bukan untuk menyelesaikan permasalahan tersebut.

Tidak berhenti sampai di situ. Gagasan radikal Einstein ini kemudian mendapat tantangan dari astronom kenamaan Inggris, Sir Arthur Eddington. Ia mencoba membuktikan kesalahan teori Einstein melalui suatu set eksperimen pada momentum gerhana matahari total 1919. TRU memprediksikan adanya fenomena pembelokan cahaya di sekitar benda masif. Apa yang Eddington lakukan adalah mengamati posisi bintang yang dekat matahari pada saat gerhana untuk kemudian dibandingkan dengan posisi bintang tersebut ketika tidak ada matahari. Walhasil, terdapat perbedaan (gap) posisi. Ini berarti cahaya bintang memang dibelokkan oleh matahari. Oleh karena itu, teori Einstein terbukti berhasil lolos dari eksperimen yang dirancang Eddington.

Singkat cerita, teori Einstein saat ini berumur satu abad lebih dua tahun dan nyatanya masih bertahan. Menarik untuk diungkapkan, tepat di 100 tahun teorinya, team LIGO berhasil mendeteksi keberadaan gelombang gravitasi yang diprediksi oleh Einstein sebagai konsekuensi dari persamaan medannya. Penemuan pada tahun 2015 itu layaknya hadiah bagi TRU atas keberhasilannya bertahan sampai usia satu abad.

Akan tetapi, dibalik runtutan kesuksesan tersebut, TRU menyimpan masalah yang sangat rumit, akut lagi kronis. Kehadiran singularitas ruang-waktu dalam TRU sampai saat ini belum terpecahkan. Joshi dalam bukunya Gravitational Collapse and Spacetime Singularities (CUP, 2007) mendefinisikan singularitas ruang-waktu sebagai daerah yang padanya parameter-parameter fisis seperti massa, rapat energi, dan kelengkungan ruang-waktu menuju nilai ekstrimnya dan “jebol”(blows up), sehingga hukum-hukum fisika yang sudah lazim menjadi tidak berlaku pada daerah singularitas tersebut.

Pada awalnya, Fisikawan beranggapan bahwa kehadiran singularitas ruang-waktu disebabkan oleh asumsi simetri yang digunakan dalam memperoleh selesaian persamaan medan Einstein. Oleh karena itu bisa jadi singularitas tidak benar-benar muncul dalam TRU. Namun, Hawking dan Penrose pada tahun 1970 telah menunjukkan, melalui satu set teorema, bahwa keberadaan singularitas dalam TRU adalah suatu keniscayaan.

Dalam buku General Relativity-nya Wald (1984) disebutkan bahwa Prediksi mengenai keberadaan singularitas mengisyaratkan ketidakberlakuan TRU dalam arti bahwa gambaran klasik gravitasi dan materi tidak terdefinisi pada kondisi ekstrim di dekat singularitas ruang waktu. Dengan kata lain, TRU memprediksi adanya daerah di alam semesta yang “di sana” TRU tidak berlaku. Oleh karena itu, diperlukan suatu teori yang lebih umum dan lebih utuh (comprehensive) yang dapat merevisi TRU sedemikian rupa sehingga masalah singularitas dapat diatasi.

Upaya apa saja yang telah dilakukan fisikawan untuk mengatasi masalah ini? Sejauh mana pencapaiannya? Sudah adakah titik terang solusinya? Bersambung.... 

Tidak ada komentar

Diberdayakan oleh Blogger.