Teori relativitas umum dan khusus. Teori relativitas khusus

Teori relativitas khusus (STR) atau teori relativitas parsial adalah teori Albert Einstein yang diterbitkan pada tahun 1905 dalam karya “On the Electrodynamics of Moving Bodies” (Albert Einstein - Zur Elektrodynamik bewegter Körper. Annalen der Physik, IV. Folge 17. Halaman 891-921 Juni 1905).

Ini menjelaskan gerak antara kerangka acuan inersia yang berbeda atau gerak benda yang bergerak relatif satu sama lain dengan kecepatan konstan. Dalam hal ini, tidak ada objek yang boleh dijadikan sistem referensi, tetapi objek tersebut harus dianggap relatif satu sama lain. SRT hanya menyediakan 1 kasus ketika 2 benda tidak mengubah arah gerakan dan bergerak secara seragam.

Hukum SRT tidak lagi berlaku ketika salah satu benda mengubah lintasannya atau meningkatkan kecepatannya. Di sini berlangsung teori relativitas umum (GTR), yang memberikan interpretasi umum tentang pergerakan benda.

Dua postulat yang menjadi dasar teori relativitas:

1. Prinsip relativitas- Menurutnya, dalam semua sistem referensi yang ada, yang bergerak relatif satu sama lain dengan kecepatan konstan dan tidak berubah arah, berlaku hukum yang sama.
2. Prinsip Kecepatan Cahaya- Kecepatan cahaya sama untuk semua pengamat dan tidak bergantung pada kecepatan geraknya. Ini adalah kecepatan tertinggi, dan tidak ada sesuatu pun di alam ini yang memiliki kecepatan lebih besar. Kecepatan cahaya adalah 3*10^8 m/s.

Albert Einstein menggunakan data eksperimental daripada data teoritis sebagai dasar. Ini adalah salah satu komponen kesuksesannya. Data eksperimen baru menjadi dasar penciptaan teori baru.

Sejak pertengahan abad ke-19, fisikawan telah mencari medium misterius baru yang disebut eter. Diyakini bahwa eter dapat melewati semua benda, tetapi tidak ikut serta dalam pergerakannya. Menurut kepercayaan tentang eter, dengan mengubah kecepatan pengamat dalam kaitannya dengan eter, kecepatan cahaya juga berubah.

Einstein, yang mempercayai eksperimen, menolak konsep medium eter baru dan berasumsi bahwa kecepatan cahaya selalu konstan dan tidak bergantung pada keadaan apa pun, misalnya kecepatan manusia itu sendiri.

Interval waktu, jarak, dan keseragamannya

Teori relativitas khusus menghubungkan ruang dan waktu. Di Alam Semesta Material ada 3 yang dikenal di ruang angkasa: kanan dan kiri, maju dan mundur, atas dan bawah. Jika kita menambahkan dimensi lain, yang disebut waktu, maka ini akan menjadi dasar kontinum ruang-waktu.

Jika Anda bergerak dengan kecepatan lambat, pengamatan Anda tidak akan menyatu dengan orang yang bergerak lebih cepat.

Eksperimen selanjutnya menegaskan bahwa ruang, seperti waktu, tidak dapat dirasakan dengan cara yang sama: persepsi kita bergantung pada kecepatan pergerakan objek.

Menghubungkan energi dengan massa

Einstein menemukan rumus yang menggabungkan energi dengan massa. Rumus ini banyak digunakan dalam fisika dan familiar bagi setiap siswa: E=m*c², di mana E-energi; m adalah massa benda, c adalah kecepatan propagasi cahaya.

Massa suatu benda bertambah sebanding dengan pertambahan kecepatan cahaya. Jika Anda mencapai kecepatan cahaya, massa dan energi suatu benda menjadi tidak berdimensi.

Dengan bertambahnya massa suatu benda, semakin sulit untuk mencapai peningkatan kecepatannya, yaitu benda dengan massa material yang sangat besar memerlukan energi yang tidak terbatas. Namun pada kenyataannya hal tersebut tidak mungkin tercapai.

Teori Einstein menggabungkan dua ketentuan terpisah: posisi massa dan posisi energi menjadi satu hukum umum. Hal ini memungkinkan untuk mengubah energi menjadi massa material dan sebaliknya.

Karya Newton adalah contoh revolusi ilmiah besar, perubahan radikal pada hampir semua gagasan ilmiah dalam ilmu pengetahuan alam. Sejak zaman Newton, paradigma fisika klasik muncul dan menjadi sistem pandangan utama dan penentu dalam sains selama hampir 250 tahun.

Para pengikut Newton mulai menyempurnakan konstanta yang ditemukannya. Lambat laun, sekolah-sekolah ilmiah mulai terbentuk, metode observasi dan analisis, serta klasifikasi berbagai fenomena alam mulai terbentuk. Instrumen dan peralatan ilmiah mulai diproduksi di pabrik. Majalah mulai diterbitkan di banyak cabang ilmu pengetahuan alam. Sains telah menjadi cabang terpenting aktivitas manusia.

Jadi, mekanika dan kosmologi Newton memantapkan dirinya sebagai dasar pandangan dunia baru, menggantikan ajaran Aristoteles dan konstruksi skolastik abad pertengahan yang telah mendominasi selama lebih dari seribu tahun.

Namun, pada akhir abad ke-19, mulai bermunculan fakta-fakta yang bertentangan dengan paradigma dominan. Dan inkonsistensi utama kembali diamati dalam fisika, ilmu pengetahuan yang paling berkembang secara dinamis pada saat itu.

Contoh klasik dari situasi ini adalah pernyataan Lord Kelvin (William Thomson), yang pada akhir abad ke-19 mencatat bahwa “di langit fisika klasik yang cerah dan bersinar pada tahun-tahun itu hanya ada dua awan kecil.” Salah satunya terkait dengan hasil negatif eksperimen Michelson dalam menentukan kecepatan absolut Bumi, yang lainnya terkait dengan kontradiksi antara data teoretis dan eksperimen tentang distribusi energi dalam spektrum benda hitam absolut.

Kelvin menunjukkan wawasan yang luar biasa. Masalah yang belum terselesaikan ini menyebabkan munculnya teori relativitas Einstein dan teori kuantum, yang menjadi dasar paradigma ilmu pengetahuan alam yang baru.

Dapat juga dicatat bahwa penggunaan fisika Newton klasik tidak memungkinkan penghitungan orbit Merkurius secara akurat, dan persamaan elektrodinamika Maxwell tidak sesuai dengan hukum gerak klasik.

Prasyarat terciptanya teori relativitas justru kontradiksi-kontradiksi yang telah disebutkan. Penyelesaiannya menjadi mungkin dengan diperkenalkannya pendekatan relativistik baru ke dalam ilmu pengetahuan alam.

Apa yang biasanya tidak dipahami dengan jelas adalah kenyataan bahwa keinginan umum untuk melakukan pendekatan relatif (atau relativistik) terhadap hukum fisika mulai muncul pada tahap awal perkembangan ilmu pengetahuan modern. Dimulai dengan Aristoteles, para ilmuwan menganggap Bumi sebagai titik pusat ruang angkasa, dan momen awal waktu dianggap sebagai dorongan awal yang menggerakkan materi primordial. Ide-ide Aristoteles diterima sebagai sesuatu yang mutlak dalam kesadaran abad pertengahan, tetapi pada akhir abad ke-15 ide-ide tersebut telah bertentangan dengan fenomena alam yang diamati. Terutama banyak inkonsistensi yang terakumulasi dalam astronomi.

Upaya serius pertama untuk menyelesaikan kontradiksi ini dilakukan oleh Copernicus, hanya dengan menerima bahwa planet-planet bergerak mengelilingi Matahari, dan bukan mengelilingi Bumi. Artinya, untuk pertama kalinya ia memindahkan Bumi dari pusat Alam Semesta dan menghilangkan ruang dari titik awalnya. Faktanya, ini adalah awal dari restrukturisasi yang menentukan atas seluruh pemikiran manusia. Meskipun Copernicus menempatkan Matahari di pusat ini, ia tetap mengambil langkah besar untuk memastikan bahwa kemudian orang menyadari bahwa Matahari hanyalah salah satu dari banyak bintang dan tidak ada pusat yang dapat ditemukan sama sekali. Kemudian, secara alami, pemikiran serupa muncul tentang waktu, dan Alam Semesta mulai dipandang sebagai alam semesta yang tak terbatas dan abadi, tanpa momen penciptaan apa pun dan tanpa “akhir” apa pun yang menjadi tujuan pergerakannya.

Transisi inilah yang membawa pada lahirnya teori relativitas. Karena tidak ada posisi istimewa dalam ruang dan momen istimewa dalam waktu, maka hukum fisika dapat diterapkan secara merata pada titik mana pun yang dijadikan pusat, dan kesimpulan yang sama akan mengikuti dari titik tersebut. Dalam hal ini, situasinya secara fundamental berbeda dari apa yang terjadi dalam teori Aristoteles, di mana, misalnya, pusat bumi diberi peran khusus sebagai titik di mana semua materi cenderung. Kecenderungan relativisasi kemudian tercermin dalam hukum Galileo dan Newton

Galileo mengemukakan gagasan bahwa gerak bersifat relatif. Artinya, gerak beraturan dan gerak lurus suatu benda hanya dapat ditentukan relatif terhadap suatu benda yang tidak ikut serta dalam gerak tersebut.

Mari kita bayangkan secara mental bahwa satu kereta api melewati kereta lainnya dengan kecepatan konstan dan tanpa guncangan. Apalagi gordennya tertutup dan tidak ada yang terlihat. Bisakah penumpang membedakan kereta mana yang bergerak dan mana yang diam? Mereka hanya dapat mengamati gerak relatif. Inilah gagasan utama prinsip relativitas klasik.

Penemuan prinsip relativitas gerak merupakan salah satu penemuan terbesar. Tanpa dia, perkembangan fisika tidak mungkin terjadi. Menurut hipotesis Galileo, gerak inersia dan diam tidak dapat dibedakan pengaruhnya terhadap benda material. Untuk melanjutkan ke deskripsi peristiwa dalam kerangka acuan bergerak, perlu dilakukan transformasi koordinat yang disebut "Transformasi Galileo", dinamai menurut penulisnya.

Mari kita ambil contoh beberapa sistem koordinat X, terkait dengan sistem referensi tetap. Sekarang mari kita bayangkan sebuah benda bergerak sepanjang sumbunya X dengan kecepatan konstan ay. Koordinat X " , T" , diambil relatif terhadap objek ini, kemudian ditentukan oleh transformasi Galilea

x" = x - ut
kamu" = kamu
z" = z
t" = t

Yang paling penting adalah persamaan ketiga ( t" = t) yang menyatakan bahwa laju jam tidak bergantung pada gerak relatif. Hukum yang sama berlaku baik dalam kerangka acuan lama maupun kerangka acuan baru. Ini adalah prinsip relativitas terbatas. Kami mengatakan ini karena hukum mekanika dinyatakan dengan hubungan yang sama di semua sistem referensi yang saling berhubungan oleh transformasi Galilea.

Menurut Newton yang mengembangkan gagasan Galileo tentang relativitas gerak, semua percobaan fisika yang dilakukan di laboratorium yang bergerak beraturan dan lurus (kerangka acuan inersia) akan memberikan hasil yang sama seperti jika diam.

Seperti telah disebutkan sebelumnya, meskipun terdapat keberhasilan dalam fisika klasik pada tahun-tahun tersebut, terdapat beberapa fakta yang bertentangan dengan hal tersebut.

Data baru ini, yang ditemukan pada abad ke-19, memunculkan konsep relativistik Einstein.

Revolusi fisika dimulai dengan penemuan Roemer. Ternyata kecepatan cahaya terbatas dan setara dengan sekitar 300.000 km/detik. Bradry kemudian menemukan fenomena aberasi bintang. Berdasarkan penemuan tersebut, diketahui bahwa kecepatan cahaya dalam ruang hampa adalah konstan dan tidak bergantung pada pergerakan sumber dan penerima.

Kecepatan cahaya yang sangat besar namun tidak terbatas dalam ruang hampa menyebabkan konflik dengan prinsip relativitas gerak. Bayangkan sebuah kereta api bergerak dengan kecepatan luar biasa - 240.000 kilometer per detik. Mari kita berada di depan kereta, dan bola lampu menyala di bagian belakang. Mari kita pikirkan hasil pengukuran waktu yang dibutuhkan cahaya untuk berpindah dari satu ujung kereta ke ujung lainnya.

Tampaknya, kali ini akan berbeda dengan saat kita berada di kereta yang diam. Faktanya, dibandingkan dengan kereta api yang bergerak dengan kecepatan 240.000 kilometer per detik, kecepatan cahaya (maju sepanjang kereta) hanya 300.000 - 240.000 = 60.000 kilometer per detik. Cahayanya sepertinya mengejar dinding depan mobil utama yang melarikan diri darinya. Jika Anda meletakkan bola lampu di bagian depan kereta dan mengukur waktu yang diperlukan cahaya untuk mencapai gerbong terakhir, maka kecepatan cahaya dalam arah yang berlawanan dengan pergerakan kereta akan menjadi 240.000 + 300.000 = 540.000 kilometer per detik (Lampu dan ekor mobil bergerak saling mendekat).

Jadi, ternyata pada kereta yang bergerak, cahaya harus merambat ke berbagai arah dengan kecepatan yang berbeda-beda, sedangkan pada kereta yang diam kecepatannya sama di kedua arah.

Oleh karena itu, pada transformasi Galilea, persamaan Maxwell untuk medan elektromagnetik tidak mempunyai bentuk invarian. Mereka menggambarkan perambatan cahaya dan jenis radiasi elektromagnetik lainnya yang memiliki kecepatan sama dengan kecepatan cahaya C. Untuk menyelesaikan kontradiksi dalam kerangka fisika klasik, perlu ditemukan kerangka acuan istimewa di mana persamaan Maxwell akan tepat terpenuhi, dan kecepatan cahaya akan sama dengan C ke segala arah. Oleh karena itu, fisikawan abad ke-19 mendalilkan keberadaan eter, yang perannya sebenarnya direduksi menjadi menciptakan dasar fisik untuk kerangka acuan istimewa tersebut.

Eksperimen dilakukan untuk menentukan kecepatan pergerakan bumi melalui eter (seperti eksperimen Michelson-Morley). Untuk melakukan ini, seberkas cahaya dari suatu sumber, melewati prisma, dibelah searah pergerakan bumi dan tegak lurus terhadapnya. Menurut gagasan, jika kecepatannya sama, kedua berkas akan tiba di prisma pada waktu yang sama dan intensitas cahaya akan meningkat. Jika kecepatannya berbeda maka intensitas cahaya akan melemah. Hasil percobaannya adalah nol; tidak mungkin menentukan kecepatan bumi relatif terhadap eter.

Ketika eksperimen tidak mengkonfirmasi prediksi teori sederhana eter tentang sifat-sifat kerangka acuan ini, H. Lorentz, sekali lagi dengan tujuan menyelamatkan fisika klasik, mengajukan teori baru yang menjelaskan hasil negatif dari eksperimen seperti a konsekuensi dari perubahan yang terjadi pada alat ukur ketika alat tersebut bergerak relatif terhadap eter. Ia menjelaskan perbedaan antara hasil observasi dan hukum Newton dengan perubahan yang terjadi pada instrumen ketika bergerak dengan kecepatan mendekati C.

Lorentz menyarankan bahwa ketika bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya, transformasi Galilea tidak dapat digunakan, karena tidak memperhitungkan pengaruh kecepatan tinggi. Transformasinya, untuk kecepatan yang mendekati kecepatan cahaya, disebut “transformasi Lorentz”. Transformasi Galilea merupakan kasus khusus transformasi Lorentz untuk sistem dengan kecepatan rendah.

Transformasi Lorentz berbentuk:

Sesuai dengan transformasi Lorentz, besaran fisika - massa suatu benda, panjangnya dalam arah gerak dan waktu bergantung pada kecepatan gerak benda menurut hubungan berikut:

	Di mana M- massa tubuh	Arti dari transformasi Lorentz ini adalah: peningkatan berat badan dengan kecepatan mendekati cahaya pengurangan panjang benda ketika bergerak ke arah yang bertepatan dengan vektor kecepatan menambah waktu antara dua peristiwa, atau memperlambat waktu
	Di mana L- Panjang tubuh
	Di mana ∆t – interval waktu antara dua peristiwa

Mencoba mencari makna fisis dari pola yang ditemukan oleh Lorentz, kita dapat berasumsi bahwa pada arah x, bertepatan dengan vektor kecepatan, semua benda mengalami kompresi, dan semakin kuat, semakin tinggi kecepatan geraknya. Artinya, benda mengalami kontraksi akibat mendatarnya orbit elektron. Ketika kecepatan sublight tercapai, kita dapat membicarakan tentang pelebaran waktu dalam sistem bergerak. Paradoks kembar yang terkenal didasarkan pada prinsip ini. Jika salah satu dari si kembar melakukan perjalanan luar angkasa selama lima tahun dengan kapal dengan kecepatan di bawah cahaya, maka dia akan kembali ke bumi ketika saudara kembarnya sudah berusia lanjut. Pengaruh pertambahan massa pada suatu benda yang bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya dapat dijelaskan dengan bertambahnya energi kinetik suatu benda yang bergerak cepat. Sesuai dengan gagasan Einstein tentang identitas massa dan energi, sebagian energi kinetik suatu benda diubah menjadi massanya selama gerak.

Jika kita menerapkan transformasi Lorentz pada persamaan elektrodinamika Maxwell, ternyata transformasi tersebut invarian pada transformasi tersebut.

Einstein menggunakan transformasi Lorentz untuk mengembangkan teori relativitasnya.

Prasyarat penting bagi terciptanya teori relativitas adalah gagasan baru tentang sifat-sifat ruang dan waktu.

Dalam kesadaran biasa, waktu terdiri dari koordinasi alamiah yang ada secara obyektif dari fenomena-fenomena yang berurutan. Karakteristik spasial adalah posisi suatu benda relatif terhadap benda lain dan jarak antara benda tersebut.

Dalam sistem teoretis Newton, konsep ilmiah pertama tentang waktu sebagai entitas objektif dan independen dirumuskan dengan jelas - konsep substansial waktu. Konsep ini berasal dari para atomis kuno dan berkembang dalam doktrin Newton tentang ruang dan waktu absolut. Setelah Newton, konsep inilah yang memimpin fisika hingga awal abad kedua puluh. Newton mengambil pendekatan ganda dalam mendefinisikan waktu dan ruang. Menurut pendekatan ini, ada waktu absolut dan relatif.

Waktu yang mutlak, benar, dan matematis itu sendiri, tanpa ada hubungannya dengan apa pun di luar, mengalir secara seragam dan disebut durasi.

Waktu relatif, semu, atau biasa adalah ukuran durasi yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari alih-alih waktu matematika - ini adalah jam, bulan, tahun, dll.

Waktu absolut tidak dapat diubah alirannya.

Pada tingkat sehari-hari, sistem penghitungan jangka waktu yang lama dimungkinkan. Jika di dalamnya terdapat urutan penghitungan hari dalam satu tahun dan dicantumkan zamannya, maka itu adalah kalender.

Konsep relasional waktu sama kunonya dengan konsep substansial. Ini dikembangkan dalam karya Plato dan Aristoteles. Aristoteles adalah orang pertama yang memberikan gambaran rinci tentang konsep waktu ini dalam Fisikanya. Dalam konsep ini, waktu bukanlah sesuatu yang ada secara independen, namun merupakan sesuatu yang berasal dari suatu entitas yang lebih fundamental. Bagi Plato, waktu diciptakan oleh Tuhan, bagi Aristoteles waktu adalah hasil pergerakan material yang obyektif. Dalam filsafat zaman modern, dimulai dari Descartes dan diakhiri dengan kaum positivis abad ke-19, waktu adalah suatu sifat atau hubungan yang mengungkapkan berbagai aspek aktivitas kesadaran manusia.

Masalah ruang, jika dicermati, ternyata juga sulit. Ruang adalah suatu bentuk yang dapat dibayangkan secara logis yang berfungsi sebagai media di mana bentuk-bentuk lain dan struktur-struktur tertentu ada. Misalnya, dalam geometri dasar, bidang adalah suatu ruang yang berfungsi sebagai media tempat dibangunnya berbagai bangun datar.

Dalam mekanika klasik Newton, ruang absolut, pada hakikatnya, terlepas dari apa pun di luarnya, selalu tetap sama dan tidak bergerak. Ia bertindak sebagai analogi kekosongan Democritus dan merupakan arena dinamika objek fisik.

Gagasan Aristoteles tentang ruang isotropik berangkat dari homogenitas dan ketidakterbatasan ruang Democritus. Menurut Aristoteles dan para pengikutnya, ruang angkasa memperoleh sebuah pusat - Bumi, dengan bola-bola yang berputar mengelilinginya, dengan bola langit terjauh dari bintang-bintang yang berfungsi sebagai batas ruang dunia akhir. Aristoteles menolak ketidakterbatasan ruang, namun menganut konsep waktu tanpa batas. Konsep ini terungkap dalam gagasannya tentang ruang bulat Alam Semesta, yang meskipun terbatas, namun tidak terbatas.

Ruang klasik Newton didasarkan pada gagasan homogenitasnya. Inilah ide dasar fisika klasik, yang dikembangkan secara konsisten dalam karya Copernicus, Bruno, Galileo dan Descartes. Bruno telah meninggalkan gagasan tentang pusat Alam Semesta dan menyatakannya tidak terbatas dan homogen. Ide ini mencapai penyelesaiannya dengan Newton. Dalam ruang homogen, gagasan tentang gerak absolut berubah, yaitu benda di dalamnya bergerak karena inersia. Gaya inersia tidak timbul jika tidak ada percepatan. Arti gerak lurus dan beraturan bermuara pada perubahan jarak antara suatu benda tertentu dan suatu benda acuan yang dipilih secara sewenang-wenang. Gerak lurus dan beraturan adalah relatif.

Secara historis, ruang matematika pertama dan terpenting adalah ruang Euclidean datar, yang merepresentasikan gambaran abstrak ruang nyata. Sifat-sifat ruang ini dijelaskan dengan menggunakan 5 postulat utama dan 9 aksioma. Ada titik lemah dalam geometri Euclid, yang disebut postulat kelima tentang garis sejajar yang tidak berpotongan. Matematikawan zaman kuno dan modern gagal membuktikan posisi ini. Pada abad 18 - 19, D. Saccheri, Lambert dan A. Legendre mencoba memecahkan masalah ini. Upaya yang gagal untuk membuktikan postulat ke-5 membawa manfaat yang besar. Matematikawan mengambil jalur memodifikasi konsep geometri ruang Euclidean. Modifikasi paling serius diperkenalkan pada paruh pertama abad ke-19 oleh N. I. Lobachevsky (1792 - 1856).

Dia sampai pada kesimpulan bahwa alih-alih aksioma dua garis sejajar, seseorang dapat mengajukan hipotesis yang berlawanan dan, atas dasar itu, menciptakan geometri yang konsisten. Dalam geometri baru ini, beberapa pernyataan tampak aneh dan bahkan paradoks. Misalnya, aksioma Euclidean menyatakan: pada sebuah bidang, melalui suatu titik yang tidak terletak pada suatu garis tertentu, hanya satu dan hanya satu garis yang dapat ditarik sejajar dengan garis pertama. Dalam geometri Lobachevsky, aksioma ini digantikan oleh yang berikut: pada suatu bidang, melalui suatu titik yang tidak terletak pada suatu garis tertentu, dapat ditarik lebih dari satu garis lurus yang tidak memotong garis tertentu. Dalam geometri ini, jumlah sudut suatu segitiga kurang dari dua garis lurus, dan seterusnya. Namun, terlepas dari paradoks eksternal, secara logis pernyataan-pernyataan ini sepenuhnya sama dengan pernyataan Euclidean. Mereka secara radikal mengubah gagasan tentang sifat ruang. Hampir bersamaan dengan Lobachevsky, ahli matematika Hongaria J. Bolyai dan ahli matematika terkenal K. Gauss sampai pada kesimpulan serupa. Para ilmuwan sezaman skeptis terhadap geometri non-Euclidean, menganggapnya murni fantasi. Namun, matematikawan Romawi E. Beltrami menemukan model geometri non-Euclidean, yaitu pseudosphere:

Gambar 1. Bola semu

Langkah besar berikutnya dalam memahami sifat ruang dilakukan oleh B. Riemann (1826 – 1866). Setelah lulus dari Universitas Göttingen pada tahun 1851, pada tahun 1854 (28 tahun) ia memberikan laporan "Tentang hipotesis yang mendasari geometri", di mana ia memberikan gambaran umum tentang ruang matematika, di mana geometri Euclid dan Lobachevsky adalah kasus khusus. Dalam ruang Riemann berdimensi n, semua garis dibagi menjadi segmen-segmen dasar, yang keadaannya ditentukan oleh koefisien g. Jika koefisiennya 0, maka semua garis pada segmen ini lurus - postulat Euclid berhasil. Dalam kasus lain, ruang akan menjadi melengkung. Jika kelengkungannya positif, maka ruang tersebut disebut bola Riemannian. Jika negatif, maka itu adalah ruang Lobachevsky pseudosferis. Dengan demikian, pada pertengahan abad ke-19, ruang Euclidean tiga dimensi datar digantikan oleh ruang lengkung multidimensi. Konsep ruang Riemannian pada akhirnya menjadi salah satu prasyarat utama bagi penciptaan teori relativitas umum Einstein.

Gambar 2 Ruang bola Riemann

Penyusunan akhir dari latar belakang spasial-geometris teori relativitas diberikan oleh guru langsung Einstein, G. Minkowski (1864 – 1909), yang merumuskan gagasan tentang kontinum ruang-waktu empat dimensi, menyatukan ruang dan waktu tiga dimensi fisik. Ia aktif terlibat dalam elektrodinamika media bergerak berdasarkan teori elektronik dan prinsip relativitas. Persamaan yang diperolehnya, yang kemudian disebut persamaan Minkowski, agak berbeda dengan persamaan Lorentz, namun konsisten dengan fakta eksperimen. Mereka merupakan teori matematika tentang proses fisik dalam ruang empat dimensi. Ruang Minkowski memungkinkan untuk menafsirkan secara visual efek kinematik dari teori relativitas khusus, dan mendasari peralatan matematika modern dari teori relativitas.

Gagasan tentang ruang dan waktu tunggal ini, yang kemudian disebut ruang waktu, dan perbedaan mendasarnya dari ruang dan waktu independen Newton, tampaknya, telah ditangkap oleh Einstein jauh sebelum tahun 1905, dan tidak terkait langsung dengan eksperimen Michelson atau teori Lorentz-Poincaré.

Pada tahun 1905, Albert Einstein menerbitkan sebuah artikel “Tentang Elektrodinamika Benda Bergerak” di jurnal “Annals of Physics” dan artikel kecil lainnya di mana rumusnya pertama kali ditampilkan. E=mc2. Seperti yang kemudian mereka katakan, inilah formula utama abad kita.

Artikel tentang elektrodinamika menyajikan teori yang mengecualikan keberadaan sistem koordinat istimewa untuk gerak lurus dan beraturan. Teori Einstein mengecualikan waktu yang tidak bergantung pada sistem referensi spasial dan mengabaikan aturan klasik penambahan kecepatan. Einstein berasumsi bahwa kecepatan cahaya adalah konstan dan mewakili batas kecepatan di alam. Dia menyebut teori ini "Teori Relativitas Khusus".

Einstein mengembangkan teorinya berdasarkan postulat dasar berikut:

• hukum-hukum yang menyatakan bahwa keadaan sistem fisik berubah tidak bergantung pada yang mana dari dua sistem koordinat, yang bergerak relatif satu sama lain secara seragam dan lurus, yang berhubungan dengan perubahan ini. Akibatnya, tidak ada kerangka acuan yang disukai untuk gerak beraturan dan lurus - prinsip relativitas
• Setiap berkas cahaya bergerak dalam sistem koordinat stasioner dengan kecepatan tertentu, terlepas dari apakah berkas cahaya tersebut dipancarkan oleh sumber diam atau sumber bergerak. Kecepatan ini adalah kecepatan maksimum interaksi di alam - postulat tentang keteguhan kecepatan cahaya

Dua akibat wajar muncul dari postulat ini:

• jika kejadian pada frame 1 terjadi pada satu titik dan serentak, maka kejadian tersebut tidak serentak pada frame inersia yang lain. Inilah prinsip relativitas simultanitas
• untuk kecepatan apa pun 1 dan 2, jumlah keduanya tidak boleh lebih besar dari kecepatan cahaya. Ini adalah hukum relativistik penjumlahan kecepatan

Postulat ini - prinsip relativitas dan prinsip keteguhan kecepatan cahaya - menjadi dasar teori relativitas khusus Einstein. Dari sini ia memperoleh relativitas panjang dan relativitas waktu.

Inti dari pendekatan Einstein adalah penolakan gagasan tentang ruang dan waktu absolut, yang menjadi dasar hipotesis eter. Sebaliknya, pendekatan relasional terhadap fenomena elektromagnetik dan penyebaran radiasi elektromagnetik diadopsi. Hukum gerak Newton dinyatakan dengan hubungan yang sama dalam semua sistem bergerak beraturan yang dihubungkan oleh transformasi Galilea, dan hukum invarian dari nilai kecepatan cahaya yang diamati dinyatakan dengan hubungan yang sama dalam semua sistem bergerak beraturan yang dihubungkan oleh transformasi Lorentz.

Namun, hukum gerak Newton tidaklah invarian pada transformasi Lorentz. Oleh karena itu, hukum Newton tidak mungkin merupakan hukum mekanika yang sebenarnya (hukum tersebut hanya perkiraan, berlaku dalam kasus terbatas ketika rasio v/c cenderung nol).

Namun, teori relativitas khusus juga berlaku untuk kondisi terbatas - untuk sistem yang bergerak beraturan.

Einstein melanjutkan pengembangan teori relativitas khusus dalam karyanya “Hukum Kekekalan Gerak Pusat Gravitasi dan Inersia Benda”. Dia mengambil kesimpulan Maxwell sebagai dasar bahwa berkas cahaya memiliki massa, yaitu ketika bergerak, ia memberikan tekanan pada suatu rintangan. Asumsi ini dibuktikan secara eksperimental oleh P.N. Lebedev. Dalam karyanya, Einstein membuktikan hubungan antara massa dan energi. Dia sampai pada kesimpulan bahwa ketika suatu benda mengeluarkan energi L, massanya berkurang sebesar L/V2. Dari sini ditarik kesimpulan umum - massa suatu benda adalah ukuran energi yang terkandung di dalamnya. Jika energi berubah sebesar L, maka massa juga berubah sebesar L dibagi kuadrat kecepatan cahaya. Ini adalah bagaimana hubungan terkenal Einstein E = MC2 muncul untuk pertama kalinya.

Pada tahun 1911-1916, Einstein berhasil menggeneralisasi teori relativitas. Teori yang diciptakan pada tahun 1905, sebagaimana telah disebutkan, disebut teori relativitas khusus, karena. itu hanya berlaku untuk gerak lurus dan beraturan.

Dalam teori relativitas umum, aspek baru ketergantungan hubungan ruang-waktu dan proses material terungkap. Teori ini memberikan dasar fisik untuk geometri non-Euclidean dan menghubungkan kelengkungan ruang dan deviasi metriknya dari metrik Euclidean dengan aksi medan gravitasi yang diciptakan oleh massa benda.

Teori relativitas umum didasarkan pada prinsip kesetaraan massa inersia dan gravitasi, yang persamaan kuantitatifnya telah lama ditetapkan dalam fisika klasik. Efek kinematik yang timbul akibat pengaruh gaya gravitasi sama dengan efek yang timbul akibat pengaruh percepatan. Jadi, jika sebuah roket lepas landas dengan percepatan 3 g, maka awak roket akan merasa seolah-olah berada di tiga kali lipat medan gravitasi bumi.

Mekanika klasik tidak dapat menjelaskan mengapa inersia dan berat diukur dengan besaran yang sama - massa, mengapa massa berat sebanding dengan massa inersia, mengapa, dengan kata lain, benda jatuh dengan percepatan yang sama. Di sisi lain, mekanika klasik, yang menjelaskan gaya inersia dengan gerak dipercepat dalam ruang absolut, percaya bahwa ruang absolut ini bekerja pada benda, tetapi tidak terpengaruh olehnya. Hal ini menyebabkan identifikasi sistem inersia sebagai sistem khusus di mana hanya hukum mekanika yang dipatuhi. Einstein menyatakan gerak percepatan suatu sistem di luar medan gravitasi dan gerak inersia di dalam medan gravitasi pada dasarnya tidak dapat dibedakan. Akselerasi dan gravitasi menghasilkan efek yang tidak dapat dibedakan secara fisik.

Fakta ini pada dasarnya ditetapkan oleh Galileo: semua benda bergerak dalam medan gravitasi (tanpa adanya hambatan lingkungan) dengan percepatan yang sama, lintasan semua benda dengan kecepatan tertentu sama-sama melengkung dalam medan gravitasi. Oleh karena itu, tidak ada eksperimen yang dapat mendeteksi medan gravitasi pada elevator yang jatuh bebas. Dengan kata lain, dalam kerangka acuan yang bergerak bebas dalam medan gravitasi di wilayah kecil ruang-waktu tidak terdapat gravitasi. Pernyataan terakhir merupakan salah satu rumusan dari prinsip kesetaraan. Prinsip ini menjelaskan fenomena tanpa bobot pada pesawat ruang angkasa.

Jika kita memperluas prinsip kesetaraan pada fenomena optik, hal ini akan menimbulkan sejumlah konsekuensi penting. Ini adalah fenomena pergeseran merah dan pembelokan berkas cahaya akibat pengaruh medan gravitasi. Efek pergeseran merah terjadi ketika cahaya diarahkan dari titik dengan potensi gravitasi lebih besar ke titik dengan potensi gravitasi lebih kecil. Artinya, dalam hal ini frekuensinya berkurang dan panjang gelombangnya bertambah dan sebaliknya. Misalnya saja sinar matahari yang jatuh ke Bumi akan tiba di sini dengan frekuensi yang berubah, di mana garis spektrum akan bergeser ke arah spektrum bagian merah.

Kesimpulan tentang perubahan frekuensi cahaya dalam medan gravitasi dikaitkan dengan pengaruh dilatasi waktu di dekat massa gravitasi yang besar. Jika bidang bayangan lebih besar, jam berjalan lebih lambat.

Dengan demikian, hasil mendasar baru telah diperoleh - kecepatan cahaya tidak lagi bernilai konstan, tetapi bertambah atau berkurang sesuai medan gravitasi, tergantung apakah arah pancaran cahaya bertepatan dengan arah medan gravitasi..

Teori baru ini sedikit mengubah teori Newton secara kuantitatif, namun memperkenalkan perubahan kualitatif yang mendalam. Inersia, gravitasi, dan perilaku metrik benda dan jam direduksi menjadi satu properti medan, dan hukum inersia umum mengambil alih peran hukum gerak. Pada saat yang sama, ditunjukkan bahwa ruang dan waktu bukanlah kategori absolut - benda dan massanya memengaruhi dan mengubah metriknya.

Bagaimana kita bisa membayangkan kelengkungan ruang dan pelebaran waktu, yang dibahas dalam teori relativitas umum?

Mari kita bayangkan suatu model ruang yang berbentuk lembaran karet (walaupun bukan seluruh ruang, melainkan potongan bidangnya). Jika kita meregangkan lembaran ini secara horizontal dan meletakkan bola-bola besar di atasnya, maka karet tersebut akan menekuk, semakin besar massa bola tersebut. Hal ini dengan jelas menunjukkan ketergantungan kelengkungan ruang pada massa suatu benda dan juga menunjukkan bagaimana geometri non-Euclidean dari Lobachevsky dan Riemann dapat digambarkan.

Teori relativitas tidak hanya membuktikan kelengkungan ruang di bawah pengaruh medan gravitasi, tetapi juga perlambatan waktu dalam medan gravitasi yang kuat. Cahaya yang merambat sepanjang gelombang ruang memerlukan waktu lebih lama dibandingkan cahaya yang merambat sepanjang bidang datar. Salah satu prediksi paling fantastis dari teori relativitas umum adalah penghentian total waktu dalam medan gravitasi yang sangat kuat. Pelebaran waktu memanifestasikan dirinya dalam pergeseran merah gravitasi cahaya: semakin kuat gravitasi, semakin panjang panjang gelombangnya dan semakin rendah frekuensinya. Dalam kondisi tertentu, panjang gelombangnya cenderung tak terhingga, dan frekuensinya cenderung nol. Itu. cahayanya akan hilang.

Dengan cahaya yang dipancarkan Matahari kita, hal ini bisa terjadi jika bintang kita mengecil dan berubah menjadi bola berdiameter 5 km (diameter Matahari » 1,5 juta km). Matahari akan berubah menjadi “lubang hitam”. Pada awalnya, “lubang hitam” diprediksi secara teoritis. Namun, pada tahun 1993, dua astronom, Hulse dan Taylor, dianugerahi Hadiah Nobel atas penemuan objek semacam itu di sistem Black Hole-Pulsar. Penemuan objek ini merupakan konfirmasi lain dari teori relativitas umum Einstein.

Relativitas umum mampu menjelaskan perbedaan antara orbit Merkurius yang dihitung dan sebenarnya. Di dalamnya, orbit planet-planet tidak tertutup, artinya, setelah setiap revolusi, planet kembali ke titik lain di ruang angkasa. Perhitungan orbit Merkurius memberikan kesalahan sebesar 43??, yaitu rotasi perihelionnya diamati (perihelion adalah titik orbit planet yang mengorbit paling dekat dengan Matahari.).

Hanya teori relativitas umum yang dapat menjelaskan efek kelengkungan ruang di bawah pengaruh massa gravitasi Matahari.

Gagasan tentang ruang dan waktu yang dirumuskan dalam teori relativitas adalah yang paling konsisten dan konsisten. Namun mereka mengandalkan makrokosmos, pada pengalaman mempelajari objek besar, jarak jauh, jangka waktu lama. Ketika membangun teori yang menggambarkan fenomena dunia mikro, teori Einstein mungkin tidak dapat diterapkan, meskipun tidak ada data eksperimen yang bertentangan dengan penggunaannya di dunia mikro. Namun ada kemungkinan bahwa perkembangan konsep kuantum memerlukan revisi pemahaman fisika ruang dan waktu.

Saat ini, teori relativitas umum merupakan teori yang diterima secara umum di dunia ilmiah yang menggambarkan proses yang terjadi dalam ruang dan waktu. Namun, seperti teori ilmiah lainnya, teori ini berhubungan dengan tingkat pengetahuan pada periode tertentu. Dengan akumulasi informasi baru dan perolehan data eksperimen baru, teori apa pun dapat dibantah.

Teori relativitas umum dan khusus (teori baru tentang ruang dan waktu) mengarah pada fakta bahwa semua sistem referensi menjadi sama, oleh karena itu semua gagasan kita hanya masuk akal dalam sistem referensi tertentu. Gambaran dunia memperoleh karakter yang relatif dan relasional, ide-ide kunci tentang ruang, waktu, kausalitas, kontinuitas diubah, pertentangan yang jelas antara subjek dan objek ditolak, persepsi menjadi bergantung pada kerangka acuan, yang mencakup keduanya subjek dan objek, metode observasi, dan sebagainya)

Berdasarkan pendekatan relativistik baru terhadap persepsi alam, paradigma ilmu alam ketiga yang baru dalam sejarah ilmu pengetahuan dirumuskan. Hal ini didasarkan pada ide-ide berikut:

• Ø Relativisme– paradigma ilmiah baru meninggalkan gagasan pengetahuan absolut. Semua hukum fisika yang ditemukan oleh para ilmuwan bersifat objektif pada waktu tertentu. Sains berkaitan dengan konsep-konsep yang terbatas dan perkiraan dan hanya berusaha untuk memahami kebenaran.
• Ø Neodeterminisme- determinisme nonlinier. Aspek terpenting dalam memahami determinisme sebagai nonlinier adalah penolakan terhadap gagasan sebab akibat yang dipaksakan, yang mengandaikan adanya apa yang disebut penyebab eksternal untuk proses alam yang sedang berlangsung. Baik kebutuhan maupun peluang mendapat hak yang sama ketika menganalisis jalannya proses alam.
• Ø Evolusionisme global– gagasan tentang alam sebagai sistem dinamis yang terus berkembang. Ilmu pengetahuan mulai mempelajari alam tidak hanya dari sudut pandang strukturnya, tetapi juga proses-proses yang terjadi di dalamnya. Pada saat yang sama, penelitian terhadap proses di alam mendapat prioritas.
• Ø Holisme- visi dunia sebagai satu kesatuan. Sifat universal dari hubungan antara unsur-unsur keseluruhan ini (hubungan wajib).
• Ø Sinergi– sebagai metode penelitian, sebagai prinsip universal pengorganisasian diri dan pengembangan sistem terbuka.
• Ø Membangun keseimbangan yang masuk akal antara analisis dan sintesis ketika mempelajari alam. Ajaran tersebut memahami bahwa tidak mungkin menghancurkan alam tanpa henti menjadi batu bata terkecil. Sifat-sifatnya hanya dapat dipahami melalui dinamika alam secara keseluruhan.
• Ø Pernyataan bahwa evolusi alam terjadi dalam kontinum ruang-waktu empat dimensi.

SRT, juga dikenal sebagai teori relativitas khusus, adalah model deskriptif canggih untuk hubungan ruang-waktu, gerak, dan hukum mekanika, yang diciptakan pada tahun 1905 oleh pemenang Hadiah Nobel Albert Einstein.

Memasuki jurusan fisika teoretis di Universitas Munich, Max Planck meminta nasihat kepada Profesor Philipp von Jolly, yang saat itu mengepalai departemen matematika di universitas ini. Ia menerima nasihat: “di bidang ini hampir semuanya sudah terbuka, dan yang tersisa hanyalah memperbaiki beberapa masalah yang tidak terlalu penting.” Planck muda menjawab bahwa dia tidak ingin menemukan hal-hal baru, tetapi hanya ingin memahami dan mensistematisasikan pengetahuan yang sudah diketahui. Akibatnya, dari satu “masalah yang tidak terlalu penting” teori kuantum kemudian muncul, dan dari yang lain, teori relativitas, yang mana Max Planck dan Albert Einstein menerima Hadiah Nobel dalam bidang fisika.

Tidak seperti banyak teori lain yang mengandalkan eksperimen fisik, teori Einstein hampir seluruhnya didasarkan pada eksperimen pemikirannya dan baru kemudian dikonfirmasi dalam praktik. Jadi pada tahun 1895 (di usianya yang baru 16 tahun) dia memikirkan apa yang akan terjadi jika dia bergerak sejajar dengan seberkas cahaya dengan kecepatannya? Dalam situasi seperti ini, ternyata bagi pengamat luar, partikel cahaya seharusnya berosilasi di sekitar satu titik, yang bertentangan dengan persamaan Maxwell dan prinsip relativitas (yang menyatakan bahwa hukum fisika tidak bergantung pada tempat di mana Anda berada dan lingkungan. kecepatan di mana Anda bergerak). Dengan demikian, Einstein muda sampai pada kesimpulan bahwa kecepatan cahaya seharusnya tidak dapat dicapai oleh benda material, dan batu bata pertama dijadikan dasar teori masa depan.

Eksperimen selanjutnya dilakukan olehnya pada tahun 1905 dan terdiri dari fakta bahwa di ujung kereta yang bergerak terdapat dua sumber cahaya berdenyut yang menyala secara bersamaan. Bagi pengamat luar yang melewati kereta api, kedua peristiwa tersebut terjadi secara bersamaan, namun bagi pengamat yang berada di tengah kereta, peristiwa tersebut seolah-olah terjadi pada waktu yang berbeda, karena kilatan cahaya dari awal gerbong. akan tiba lebih awal daripada akhir (karena kecepatan cahaya yang konstan).

Dari sini ia membuat kesimpulan yang sangat berani dan luas bahwa keserempakan peristiwa itu relatif. Dia menerbitkan perhitungan yang diperoleh berdasarkan eksperimen ini dalam karyanya “On the Electrodynamics of Moving Bodies.” Selain itu, bagi pengamat yang bergerak, salah satu pulsa ini akan memiliki energi lebih besar dibandingkan pulsa lainnya. Agar hukum kekekalan momentum tidak dilanggar dalam keadaan berpindah dari satu kerangka acuan inersia ke kerangka acuan inersia lainnya, maka benda tersebut harus kehilangan massa bersamaan dengan hilangnya energi. Dengan demikian, Einstein sampai pada rumus yang mencirikan hubungan antara massa dan energi E=mc 2 - yang mungkin merupakan rumus fisika paling terkenal saat ini. Hasil eksperimen ini dipublikasikan olehnya pada akhir tahun itu.

Postulat dasar

Keteguhan kecepatan cahaya– pada tahun 1907, percobaan dilakukan untuk mengukur dengan akurasi ±30 km/s (yang lebih besar dari kecepatan orbit Bumi) dan tidak mendeteksi perubahannya sepanjang tahun. Ini adalah bukti pertama dari kekekalan kecepatan cahaya, yang kemudian dikonfirmasi oleh banyak eksperimen lain, baik oleh para peneliti di bumi maupun oleh perangkat otomatis di luar angkasa.

Prinsip relativitas– prinsip ini menentukan kekekalan hukum fisika di setiap titik dalam ruang dan dalam kerangka acuan inersia apa pun. Artinya, terlepas dari apakah Anda bergerak dengan kecepatan sekitar 30 km/s di orbit Matahari bersama Bumi atau di pesawat ruang angkasa jauh melampaui perbatasannya - saat Anda melakukan eksperimen fisik, Anda akan selalu sampai pada titik hasilnya sama (bila kapal anda dalam waktu ini tidak melaju atau melambat). Prinsip ini dikonfirmasi oleh semua eksperimen di Bumi, dan Einstein dengan bijak menganggap prinsip ini berlaku untuk seluruh alam semesta.

Konsekuensi

Melalui perhitungan berdasarkan dua postulat ini, Einstein sampai pada kesimpulan bahwa waktu bagi seorang pengamat yang bergerak di dalam kapal harus melambat seiring dengan bertambahnya kecepatan, dan dia, bersama dengan kapal, harus menyusut sesuai arah pergerakannya (untuk mendapatkan dengan demikian mengimbangi efek gerakan dan mempertahankan prinsip relativitas). Dari kondisi kecepatan berhingga suatu benda material, maka aturan penjumlahan kecepatan (yang memiliki bentuk aritmatika sederhana dalam mekanika Newton) harus diganti dengan transformasi Lorentz yang lebih kompleks - dalam hal ini, meskipun kita menjumlahkan dua kecepatan. hingga 99% kecepatan cahaya, kita akan mendapatkan 99,995% dari kecepatan ini, tetapi kita tidak akan melampauinya.

Status teori

Karena Einstein hanya membutuhkan waktu 11 tahun untuk membentuk versi umum dari teori tertentu, tidak ada eksperimen yang dilakukan untuk mengkonfirmasi SRT secara langsung. Namun, pada tahun yang sama saat diterbitkan, Einstein juga menerbitkan perhitungannya yang menjelaskan pergeseran perihelion Merkurius hingga sepersekian persen, tanpa perlu memperkenalkan konstanta baru dan asumsi lain yang diperlukan oleh teori lain. menjelaskan proses ini. Sejak itu, kebenaran relativitas umum telah dikonfirmasi secara eksperimental dengan akurasi 10 -20, dan atas dasar itu banyak penemuan telah dibuat, yang dengan jelas membuktikan kebenaran teori ini.

Kejuaraan dalam pembukaan

Ketika Einstein menerbitkan karya pertamanya tentang teori relativitas khusus dan mulai menulis versi umumnya, ilmuwan lain telah menemukan sebagian besar rumus dan gagasan yang mendasari teori ini. Jadi katakanlah transformasi Lorentz dalam bentuk umum pertama kali diperoleh oleh Poincaré pada tahun 1900 (5 tahun sebelum Einstein) dan dinamai Hendrik Lorentz, yang menerima versi perkiraan transformasi ini, meskipun dalam peran ini ia berada di depan Waldemar Vogt.

RELATIVITAS KHUSUS DAN UMUM

Salah satu aspek terpenting dalam fisika modern yang secara langsung relevan dengan analisis kita terhadap teologi adalah konsep waktu - asal usulnya dan tidak adanya ukuran alirannya yang tunggal, atau konstan dan tidak dapat diubah. Karena pentingnya kronologi dalam menafsirkan Alkitab, maka sangat penting untuk mencoba memahami bagaimana teori relativitas menafsirkan persepsi kita tentang Alam Semesta, umurnya, dan segala sesuatu yang terjadi di dalamnya. foton kuantum relativitas waktu

Sulit untuk menyebutkan teori lain yang memiliki dampak besar terhadap pemahaman kita tentang dunia dan penciptaannya selain teori relativitas (baik khusus maupun umum). Sebelum munculnya teori ini, waktu selalu dianggap sebagai kategori absolut. Waktu yang berlalu dari awal hingga selesainya suatu proses dianggap tidak bergantung pada siapa yang mengukur durasinya. Bahkan 300 tahun yang lalu, Newton merumuskan keyakinan ini dengan sangat fasih: “Waktu yang absolut, benar, dan matematis, dengan sendirinya dan berdasarkan sifatnya, mengalir secara seragam dan independen dari faktor eksternal apa pun.” Selain itu, waktu dan ruang dianggap sebagai kategori yang tidak berhubungan dan tidak saling mempengaruhi satu sama lain. Dan memang, hubungan apa lagi yang bisa ada antara jarak yang memisahkan dua titik ruang dan perjalanan waktu, selain fakta bahwa jarak yang lebih jauh memerlukan waktu yang lebih lama untuk mengatasinya; logika yang sederhana dan murni.

Konsep yang dikemukakan oleh Einstein dalam teori relativitas khususnya (1905) dan kemudian teori relativitas umum (1916) mengubah pemahaman kita tentang ruang dan waktu secara fundamental seperti cahaya lampu yang dinyalakan mengubah persepsi kita terhadap ruangan yang sebelumnya gelap. .

Perjalanan panjang menuju wawasan Einstein dimulai pada tahun 1628, ketika Johannes Kepler menemukan fenomena aneh. Ia memperhatikan bahwa ekor komet selalu mengarah ke arah yang berlawanan dengan Matahari. Bintang-bintang jatuh yang menelusuri langit malam memiliki ekor yang menyala-nyala, sebagaimana mestinya, di belakangnya. Demikian pula, ekornya terentang di belakang komet ketika mendekati Matahari. Namun setelah komet melewati Matahari dan memulai penerbangan kembali ke wilayah terjauh di tata surya, situasinya berubah secara dramatis. Ekor komet berada di depan badan utamanya. Gambaran ini sangat bertentangan dengan konsep ekor! Kepler mengusulkan bahwa posisi ekor komet relatif terhadap badan utamanya ditentukan oleh tekanan sinar matahari. Ekornya memiliki kepadatan yang lebih kecil dibandingkan komet itu sendiri, sehingga lebih rentan terhadap tekanan radiasi matahari dibandingkan bagian utama komet. Radiasi matahari justru berhembus ke bagian ekor dan mendorongnya menjauh dari matahari. Jika bukan karena tarikan gravitasi tubuh utama komet, partikel-partikel kecil penyusun ekornya akan tersapu. Penemuan Kepler merupakan indikasi pertama bahwa radiasi – seperti cahaya – dapat memiliki gaya mekanis (dalam hal ini tolak menolak). Hal ini merupakan perubahan yang sangat penting dalam pemahaman kita tentang cahaya, karena cahaya, yang selama ini dianggap sebagai sesuatu yang non-materi, mungkin memiliki berat atau massa. Namun baru 273 tahun kemudian, pada tahun 1901, tekanan yang diberikan oleh aliran cahaya diukur. E.F. Nichols dan J.F. Hull, menyinari seberkas cahaya yang kuat ke cermin yang digantung dalam ruang hampa, mengukur perpindahan cermin sebagai akibat dari tekanan cahaya. Ini adalah analogi laboratorium tentang ekor komet yang didorong menjauh oleh sinar matahari.

Pada tahun 1864, saat mengeksplorasi penemuan Michael Faraday tentang listrik dan magnet, James Clerk Maxwell mengusulkan bahwa cahaya dan semua bentuk radiasi elektromagnetik lainnya bergerak melalui ruang sebagai gelombang dengan kecepatan tetap yang sama7. Gelombang mikro dalam oven microwave di dapur kita, cahaya yang kita gunakan untuk membaca, sinar-X yang memungkinkan dokter melihat patah tulang, dan sinar gamma yang dilepaskan oleh ledakan atom semuanya adalah gelombang elektromagnetik, hanya berbeda satu sama lain. dalam panjang gelombang dan frekuensi. Semakin besar energi radiasi, semakin pendek panjang gelombangnya dan semakin tinggi frekuensinya. Dalam semua hal lainnya mereka identik.

Pada tahun 1900, Max Planck mengajukan teori radiasi elektromagnetik yang secara fundamental berbeda dari teori sebelumnya. Sebelumnya, diyakini bahwa energi yang dipancarkan oleh benda yang dipanaskan, seperti pancaran cahaya merah dari logam panas, dipancarkan secara merata dan terus menerus. Diasumsikan juga bahwa proses radiasi berlanjut sampai semua panas benar-benar hilang dan benda kembali ke keadaan semula - dan hal ini dikonfirmasi sepenuhnya dengan mendinginkan logam yang dipanaskan hingga suhu kamar. Namun Planck menunjukkan bahwa situasinya benar-benar berbeda. Energi tersebut tidak dipancarkan dalam aliran yang seragam dan kontinyu, namun dalam porsi yang terpisah, seolah-olah logam panas membara melepaskan panasnya, memuntahkan aliran partikel panas yang sangat kecil.

Planck mengajukan teori yang menyatakan bahwa partikel-partikel ini mewakili satu bagian radiasi. Dia menyebutnya “kuanta”, dan dari sanalah mekanika kuantum lahir. Karena setiap radiasi bergerak dengan kecepatan yang sama (kecepatan cahaya), kecepatan pergerakan kuanta harus sama. Meskipun kecepatan semua kuanta sama, tidak semuanya memiliki energi yang sama. Planck mengusulkan bahwa energi sebuah kuantum individu sebanding dengan frekuensi osilasinya saat ia bergerak melintasi ruang angkasa, seperti bola karet kecil yang terus berkontraksi dan mengembang saat ia terbang sepanjang lintasannya. Dalam rentang yang terlihat, mata kita dapat mengukur frekuensi denyut kuantum, dan kita menyebutnya ukuran warna. Hal ini disebabkan oleh emisi energi yang terkuantisasi sehingga suatu benda yang sedikit dipanaskan mulai bersinar merah, kemudian, ketika suhu naik, ia mulai memancarkan warna lain dari spektrum yang sesuai dengan energi dan frekuensi yang lebih tinggi. Pada akhirnya, radiasinya berubah menjadi campuran semua frekuensi, yang kita anggap sebagai warna putih benda panas.

Dan di sini kita mengalami paradoks - teori yang sama yang menggambarkan cahaya sebagai aliran partikel yang disebut kuanta, secara bersamaan menggambarkan energi cahaya menggunakan frekuensi (lihat Gambar 1). Namun frekuensi dikaitkan dengan gelombang, bukan partikel. Selain itu, kita mengetahui bahwa kecepatan cahaya selalu konstan. Namun apa jadinya jika benda yang memancarkan cahaya, atau pengamat yang mendeteksi cahaya tersebut, bergerak sendiri? Apakah kecepatannya akan ditambah atau dikurangi dengan kecepatan cahaya? Logikanya memberitahu kita bahwa ya, itu harus ditambah atau dikurangi, tetapi kecepatan cahaya tidak akan konstan! Tekanan yang diberikan cahaya pada ekor komet atau pada cermin dalam eksperimen Nichols-Hull berarti adanya perubahan momentum (disebut juga momentum) cahaya saat menyentuh permukaan. Karena alasan inilah setiap benda bergerak memberikan tekanan pada rintangan tersebut. Aliran air dari selang menggerakkan bola di tanah karena air mempunyai massa dan massa ini mempunyai kecepatan yang berubah menjadi nol pada saat aliran mengenai bola. Dalam hal ini, momentum air ditransfer ke bola dan bola menggelinding kembali. Definisi momentum (momentum) sebagai hasil kali massa (t) atau berat suatu benda dan kecepatan geraknya (v), atau mv, mensyaratkan bahwa cahaya yang bergerak mempunyai massa. Entah bagaimana, partikel-partikel cahaya yang mirip gelombang ini mempunyai massa, meskipun tidak ada jejak material yang tertinggal di permukaan tempat cahaya jatuh. Setelah cahaya “menyala” di permukaan, tidak ada lagi “kotoran” yang tersisa untuk dibersihkan. Hingga saat ini, kami masih mencoba menciptakan teori terpadu yang dapat menjelaskan sepenuhnya fenomena cahaya dan radiasi lainnya.

Bersamaan dengan kajian tentang sifat energi pancaran, dilakukan pula penelitian yang berkaitan dengan perambatan cahaya. Tampaknya logis bahwa karena cahaya dan bentuk radiasi elektromagnetik lainnya, dalam arti tertentu, adalah gelombang, maka mereka memerlukan semacam media di mana gelombang ini dapat merambat. Gelombang diyakini tidak dapat merambat dalam ruang hampa. Sama seperti suara memerlukan zat material tertentu, misalnya udara, untuk membawa energinya yang berbentuk gelombang, demikian pula cahaya sepertinya memerlukan zat khusus untuk merambatkannya. Pada suatu waktu, ada anggapan bahwa Alam Semesta harus diisi dengan media yang tidak terlihat dan tidak berwujud, yang menjamin transfer energi radiasi melalui luar angkasa - misalnya, cahaya dan panas dari Matahari ke Bumi. Media ini disebut eter, yang seharusnya mengisi ruang hampa sekalipun.

Postulat tentang perambatan cahaya melalui eter memungkinkan untuk menjelaskan paradoks keteguhan kecepatannya. Berdasarkan penjelasan ini, cahaya harus bergerak dengan kecepatan konstan, bukan terhadap sumber cahaya atau pengamat, namun terhadap eter yang ada di mana-mana. Bagi seorang pengamat yang bergerak melalui eter, cahaya dapat bergerak lebih cepat atau lebih lambat tergantung pada arah pergerakannya relatif terhadap arah cahaya, namun relatif terhadap eter yang diam, kecepatan cahaya harus tetap konstan.

Beras. 1.

Hal yang sama berlaku untuk perambatan suara. Suara merambat melalui udara tenang di permukaan laut dengan kecepatan konstan sekitar 300 meter per detik, terlepas dari apakah sumber suara bergerak atau tidak. Suara seperti ledakan yang dihasilkan pesawat saat melintasi penghalang suara sebenarnya adalah hasil dari gelombang suara yang ditabrak pesawat saat menyusulnya, yang melaju dengan kecepatan lebih dari 300 meter per detik. Dalam hal ini, sumber bunyi, yaitu pesawat terbang, bergerak lebih cepat daripada bunyi yang dihasilkannya. Sifat ganda cahaya adalah jika kita menempatkan lubang berdiameter kecil di jalurnya, cahaya akan berperilaku persis seperti gelombang laut yang melewati pintu masuk pelabuhan yang sempit. Baik cahaya maupun gelombang laut, setelah melewati lubang tersebut, menyebar secara melingkar di sisi lain lubang tersebut. Di sisi lain, jika cahaya menyinari permukaan suatu logam, ia berperilaku seperti aliran partikel kecil yang membombardir permukaan tersebut. Cahaya menjatuhkan elektron dari logam satu per satu dengan cara yang sama seperti pelet kecil yang mengenai sasaran kertas akan merobek potongan kertas darinya, satu potongan per pelet. Energi gelombang cahaya ditentukan oleh panjangnya. Energi partikel cahaya tidak ditentukan oleh kecepatannya, tetapi oleh frekuensi partikel cahaya - foton - berdenyut saat bergerak dengan kecepatan cahaya.

Ketika para ilmuwan membahas sifat-sifat eter, yang belum ditemukan, tidak ada yang menduga bahwa perjalanan waktu ada hubungannya dengan pergerakan cahaya. Namun penemuan ini baru saja terjadi.

Pada tahun 1887, Albert Michelson dan Edward Morley menerbitkan hasil upaya mereka untuk mengamati secara eksperimental kelanjutan teori eter8. Mereka membandingkan total waktu yang dibutuhkan cahaya untuk menempuh jarak yang sama bolak-balik dalam dua arah – sejajar dan tegak lurus terhadap orbit Bumi mengelilingi Matahari. Karena Bumi bergerak dalam orbitnya mengelilingi Matahari dengan kecepatan kira-kira 30 kilometer per detik, diasumsikan bahwa bumi bergerak dengan kecepatan yang sama relatif terhadap eter. Jika radiasi cahaya mematuhi hukum yang sama yang mengatur semua gelombang lainnya, maka pergerakan bumi relatif terhadap eter seharusnya mempengaruhi waktu tempuh cahaya yang diukur dalam eksperimen mereka. Efek ini seharusnya tidak berbeda dengan efek angin kencang yang membawa suara.

Yang mengejutkan semua orang, Michelson dan Morley tidak mencatat sedikit pun dampak dari kecepatan 30 kilometer per detik ini. Eksperimen awal, serta versi eksperimen yang sama yang secara teknis lebih maju, menghasilkan kesimpulan yang sama sekali tidak terduga - pergerakan bumi tidak berpengaruh pada kecepatan cahaya.

Hal ini menyebabkan kebingungan. Kecepatan cahaya (c) selalu 299.792,5 kilometer per detik, terlepas dari apakah sumber cahaya atau pengamat bergerak atau diam. Selain itu, berkas cahaya yang sama berperilaku sebagai gelombang dan partikel, bergantung pada cara pengamatannya. Seolah-olah kami sedang berdiri di dermaga dan menyaksikan ombak bergulung dari lautan, dan tiba-tiba, dalam sekejap mata, puncak ombak yang biasa dan parit di antara keduanya akan berubah menjadi aliran bola-bola air. , bergerak, berdenyut, di udara di atas permukaan laut. Dan saat berikutnya bola-bola itu akan menghilang dan ombak akan muncul kembali.

Pada tahun 1905, di tengah kebingungan ini, Albert Einstein muncul di kancah ilmiah dengan teori relativitasnya. Pada tahun itu, Einstein menerbitkan serangkaian makalah yang benar-benar mengubah pemahaman umat manusia tentang alam semesta. Lima tahun sebelumnya, Planck telah mengajukan teori kuantum cahaya. Dengan menggunakan teori Planck, Einstein mampu menjelaskan sebuah fenomena menarik. Cahaya yang mengenai permukaan beberapa logam melepaskan elektron, sehingga menghasilkan arus listrik. Einstein mendalilkan bahwa efek “fotolistrik” ini dihasilkan dari kuanta cahaya (foton) yang secara harfiah menjatuhkan elektron dari orbitnya di sekitar inti atom. Ternyata foton mempunyai massa ketika bergerak (ingat bahwa mereka bergerak dengan kecepatan cahaya c), tetapi “massa diam” mereka adalah nol. Foton yang bergerak memiliki sifat-sifat sebuah partikel - setiap saat ia berada pada titik tertentu dalam ruang dan juga memiliki massa, dan oleh karena itu, seperti yang pernah dikemukakan Kepler, ia dapat bekerja pada benda-benda material, misalnya ekor komet; pada saat yang sama, ia memiliki sifat gelombang - ia dicirikan oleh frekuensi osilasi yang sebanding dengan energinya. Ternyata materi dan energi berhubungan erat dalam foton. Einstein menemukan hubungan ini dan merumuskannya dalam persamaan yang dikenal luas. Einstein menyimpulkan bahwa persamaan ini berlaku untuk semua jenis massa dan bentuk energi. Ketentuan tersebut menjadi dasar teori relativitas khusus.

Persepsi terhadap ide-ide ini tidak sesederhana itu dan membutuhkan usaha mental yang besar. Sebagai contoh, mari kita ambil sebuah objek tertentu. Massa (yang biasa kita sebut "berat") suatu benda diam, dalam istilah ilmiah disebut massa diam. Sekarang mari kita dorong objek ini dengan kuat. Ia akan mulai bergerak dengan kecepatan tertentu dan, sebagai hasilnya, akan memperoleh energi kinetik, semakin besar kecepatannya. Namun karena e dalam E=mc2 mengacu pada semua bentuk energi, maka energi total suatu benda adalah jumlah energi diamnya (berhubungan dengan massa diam) dan energi kinetiknya (energi geraknya). Dengan kata lain, persamaan Einstein mengharuskan massa suatu benda bertambah seiring bertambahnya kecepatannya.

Jadi, menurut teori relativitas, massa suatu benda berubah seiring dengan perubahan kecepatannya. Pada kecepatan rendah, massa benda praktis tidak berbeda dengan massa diam. Itulah sebabnya dalam aktivitas kita sehari-hari uraian Newton tentang hukum alam ternyata cukup akurat. Namun untuk galaksi yang melaju melintasi ruang angkasa, atau untuk partikel subatom yang berada dalam akselerator, situasinya sangat berbeda. Dalam kedua kasus tersebut, kecepatan benda-benda ini mungkin hanya sebagian kecil dari kecepatan cahaya, dan oleh karena itu perubahan massanya bisa sangat, sangat signifikan.

Pertukaran antara massa dan energi ini dibahas dengan sangat fasih oleh Steven Weinberg dalam bukunya The First Three Minutes dan Nachmanides dalam komentarnya tentang Genesis. Keduanya berbicara tentang dualisme massa-energi ketika menggambarkan menit-menit pertama kehidupan Alam Semesta.

Teori relativitas khusus didasarkan pada dua postulat: prinsip relativitas dan keteguhan kecepatan cahaya. Prinsip relativitas yang didalilkan oleh Galileo Galilei 300 tahun lalu disempurnakan oleh Einstein. Prinsip ini menyatakan bahwa semua hukum fisika (yang tidak lebih dari hukum alam) berlaku sama dalam semua sistem yang bergerak tanpa percepatan, yaitu seragam dan lurus. Dalam bahasa fisikawan, sistem seperti itu disebut kerangka acuan inersia.

Kerangka acuan menentukan hubungan pengamat dengan dunia luar. Prinsip relativitas memberi tahu kita bahwa, karena berada dalam kerangka acuan inersia, kita tidak dapat, dengan menggunakan hukum fisika, menentukan apakah sistem itu sendiri bergerak, karena pergerakannya sama sekali tidak mempengaruhi hasil pengukuran yang dilakukan di dalam sistem. . Inilah sebabnya mengapa kita tidak merasakan adanya pergerakan saat kita terbang dengan kecepatan konstan dalam cuaca tenang. Namun, sambil berayun di kursi goyang, kita menemukan diri kita berada dalam kerangka acuan non-inersia; Karena kecepatan dan arah pergerakan kursi goyang terus berubah, kita bisa merasakan gerakan kita.

Kita semua pernah menjumpai contoh ketidakmungkinan mengukur gerak absolut. Misalnya, kita sedang berdiri di depan lampu lalu lintas, dan mobil di depan kita mulai bergerak mundur perlahan. Atau apakah kita sedang bergerak maju? Pada awalnya sulit untuk memahami siapa sebenarnya yang bergerak. Kereta kami perlahan dan lancar mulai bergerak di sepanjang peron. Bangun dari tidur kami, kami memperhatikan bahwa kereta yang berdiri di jalur yang berdekatan mulai bergerak mundur secara perlahan. Atau setidaknya menurut kami memang demikianlah masalahnya. Sampai kerangka acuan kita - mobil atau kereta api - mulai bergerak dengan percepatan (tidak lagi menjadi kerangka inersia), tidak jelas apa yang bergerak dan apa yang diam.

Tampaknya ada kontradiksi di sini: Einstein mengajarkan kita bahwa massa suatu benda adalah fungsi dari kecepatannya, dan sekarang kita menyatakan bahwa kita tidak dapat menentukan gerak dengan mengukur bagaimana massa berubah di bawah pengaruhnya. Namun ada perbedaan yang sangat halus di sini. Di dalam kerangka acuan inersia, semua besaran tetap tidak berubah. Jika diukur dari sistem acuan lain yang bergerak relatif terhadap sistem acuan pertama, nilai ukuran dan massa akan berubah. Jika seluruh bagian alam semesta bergerak secara merata dan seragam, teori relativitas tidak akan ada hubungannya dengan topik penelitian kita. Namun hal ini tidak terjadi. Kemampuan untuk mengamati peristiwa yang sama dari kerangka acuan yang berbedalah yang memainkan peran penting dalam analisis kosmologi alkitabiah yang kita lakukan.

Elemen kedua dari landasan relativitas khusus bahkan lebih sulit untuk dipahami. Bahkan ada yang mengatakan bahwa dia tidak dapat dipahami secara ekstrim. Ia menyatakan bahwa kecepatan cahaya, c, merupakan besaran konstan (c = 2,997925 x 108 meter per detik dalam ruang hampa – selalu) dan sama di semua kerangka acuan. Fakta tersebut terungkap dari hasil percobaan Michelson-Morley. Jika Anda memikirkan arti pernyataan ini, Anda akan bisa menghargai keberaniannya. Einstein sendiri menyatakan bahwa, terlepas dari kecepatan pergerakan pengamat menuju atau menjauhi sumber cahaya, kecepatan cahaya tetap sama c. Tidak ada bentuk gerak lain (seperti gelombang suara) yang mempunyai sifat ini. Tampaknya hal ini sangat tidak masuk akal.

Jika seorang pelempar melempar bola ke arah penangkap dengan kecepatan 90 mil per jam, penangkap akan melihat bola datang ke arahnya dengan kecepatan 90 mil per jam. Sekarang, jika, bertentangan dengan semua aturan, penangkap berlari menuju pelempar dengan kecepatan 20 mil per jam, kecepatan bola relatif terhadap penangkap akan menjadi 110 mil per jam (90 + 20). Kecepatan bola relatif terhadap pelempar akan sama seperti sebelumnya, 90 mil per jam. Kali berikutnya, alih-alih melempar bola, pelempar menunjukkan gambar bola tersebut kepada penangkap. Ia bergerak menuju penangkap dengan kecepatan cahaya (c), yaitu kurang lebih 300 juta meter per detik. Penangkap yang berkaki cepat, pada gilirannya, bergegas menuju kendi dengan kecepatan yang setara dengan sepersepuluh kecepatan cahaya, yaitu 30 juta meter per detik. Dan apa yang akan dilihat oleh penangkap kita ini? Gambar bola mendekatinya dengan kecepatan 330 juta meter per detik? TIDAK! Inilah tepatnya paradoks cahaya - menimbulkan kebingungan, menjengkelkan, bahkan terkadang membuat marah, namun sekaligus membebaskan kita.

Penangkap melihat bayangan bola mendekatinya dengan kecepatan persis cahaya, 300 juta meter per detik, meskipun ia berlari ke arah bola tersebut dan dengan demikian menambah kecepatannya sendiri pada kecepatan cahaya. Cahaya, berapapun kecepatan gerak pengamat terhadap sumber cahaya, selalu bergerak dengan kecepatan c. Selalu. Dan berapa kecepatan gerak bayangan bola yang dicatat oleh seorang pelempar yang berdiri tak bergerak? Itu benar, juga s. Bagaimana dua orang pengamat, yang satu bergerak dan yang lainnya diam, mencatat kecepatan cahaya yang sama? Logika dan akal sehat mengatakan hal itu mustahil. Namun relativitas mengatakan bahwa ini adalah kenyataan. Dan kenyataan ini dikonfirmasi dalam eksperimen Michelson-Morley.

Kedua pengamat mencatat kecepatan cahaya yang sama, karena fakta perubahan massa, ruang, dan waktu - betapapun sulitnya kelihatannya - adalah hukum dasar mekanika relativistik dan Alam Semesta tempat kita hidup. Undang-undang yang mengatur perubahan ini dibuat sedemikian rupa sehingga tidak ada sesuatu pun yang terjadi dalam suatu sistem yang tampak tidak masuk akal. Orang yang berada di dalamnya tidak melihat adanya perubahan. Namun, dengan mengamati sistem lain yang bergerak melewati kita, kita melihat bahwa dimensi benda sepanjang arah geraknya mengecil dibandingkan dengan dimensi yang sama dari benda saat diam. Terlebih lagi, jam yang menunjukkan waktu yang tepat ketika mereka diam, bergerak, mulai tertinggal dari jam “diam” dalam kerangka acuan kita.

Kombinasi keteguhan kecepatan cahaya dan prinsip relativitas pasti menyebabkan pelebaran waktu. Pelebaran waktu dapat ditunjukkan dengan menggunakan eksperimen pemikiran yang serupa dengan yang digunakan Einstein ketika ia mengembangkan prinsip dasar relativitas. Contoh eksperimen pemikiran semacam itu diberikan oleh Taylor dan Wheeler dalam buku klasik mereka "Fisika Ruang dan Waktu"0.

Mari kita perhatikan dua sistem referensi, yang satu diam dan yang lainnya bergerak. Sistem stasioner adalah laboratorium fisik biasa. Sistem kedua adalah roket yang bergerak dengan kecepatan tinggi, sepenuhnya transparan dan permeabel, di dalamnya terdapat awak yang terdiri dari ilmuwan yang benar-benar transparan dan permeabel. Roket, karena transparansi dan permeabilitasnya yang lengkap, dapat melewati laboratorium kami tanpa berinteraksi dengan roket dan isinya. Di laboratorium, dari titik A (Gbr. 2) terjadi kilatan cahaya yang bergerak secara diagonal menuju cermin yang terletak di titik M. Cahaya yang dipantulkan dari cermin juga melintas secara diagonal menuju titik B. Waktu tibanya roket ke laboratorium ditentukan sedemikian rupa sehingga pada saat titik nyala A roket bertepatan dengan titik A laboratorium. Misalkan kecepatan roket sedemikian rupa sehingga titik A roket tersebut bertepatan dengan titik B laboratorium tepat pada saat kilatan cahaya mencapai titik B. Bagi pengamat di dalam roket, akan terlihat bahwa cahaya dikirim dari titik A pada roket langsung menuju titik B M dan kembali lagi ke titik roket A. Karena kecepatan roket konstan (merupakan sistem inersia), orang-orang di dalam roket tidak mengetahui bahwa roket tersebut sedang bergerak.

Jarak yang ditempuh cahaya menurut persepsi penumpang roket adalah 2y (dari titik A ke titik M dan sebaliknya). Jalur cahaya yang sama, yang terlihat oleh orang-orang di laboratorium, adalah jumlah dari dua sisi segitiga - dari titik A ke titik M dan dari titik M ke titik B. Jelasnya, jalur ini harus lebih besar dari jalur yang terlihat oleh penumpang roket. Kita dapat menghitung selisih keduanya secara akurat menggunakan teorema Pythagoras. Dengan demikian, kami menyimpulkan bahwa jalur cahaya yang diamati dari roket lebih pendek dibandingkan jalur cahaya yang diamati dari laboratorium.

Beras. 2.

Ingatlah bahwa kecepatan cahaya pada kedua sistem adalah sama. Ini adalah salah satu prinsip dasar teori relativitas yang sudah mapan. Diketahui juga bahwa dalam semua kasus, waktu yang dihabiskan untuk bergerak sama dengan jarak yang ditempuh dibagi dengan kecepatan gerakan. Waktu yang diperlukan untuk menempuh jarak 100 mil dengan kecepatan 50 mil per jam adalah dua jam. Karena kecepatan cahaya baik ilmuwan di laboratorium maupun ilmuwan yang bergerak dengan roket sama dengan c yang sama, dan jarak yang ditempuh cahaya di laboratorium lebih besar daripada jarak yang ditempuh cahaya di dalam roket, maka selang waktu antara kilatan cahaya di titik A harus lebih banyak dan kedatangan cahaya di titik B di laboratorium dibandingkan di roket.

Hanya satu peristiwa yang terjadi. Hanya ada satu kilatan cahaya, dan cahaya yang diamati dalam dua kerangka acuan menyelesaikan perjalanannya satu kali. Namun durasi peristiwa ini berbeda jika diukur dalam dua kerangka acuan yang berbeda.

Perbedaan waktu terukur ini disebut pelebaran waktu relativistik, dan pelebaran inilah yang secara meyakinkan menyelaraskan enam hari Penciptaan dengan 15 miliar tahun kosmologi.

Konsep-konsep yang mendasari relativitas umum merupakan pengembangan gagasan dari relativitas khusus, namun lebih kompleks. Relativitas khusus berkaitan dengan sistem inersia, sedangkan relativitas umum berkaitan dengan sistem inersia dan non-inersia (dipercepat). Dalam sistem non-inersia, gaya eksternal – seperti gaya gravitasi – mempengaruhi pergerakan benda. Sifat relativistik khusus gravitasi, yang berhubungan langsung dengan masalah yang kita pelajari, adalah bahwa gravitasi - seperti halnya kecepatan - menyebabkan pelebaran waktu. Jam yang sama di Bulan berjalan lebih cepat dibandingkan di Bumi karena gravitasi Bulan lebih lemah. Seperti yang akan kita lihat, gravitasi memainkan peranan penting dalam menyelaraskan Penciptaan dan Big Bang.

Gaya tarik-menarik gravitasi dirasakan dengan cara yang sama seperti gaya yang menyebabkan percepatan. Misalnya, dalam lift yang sedang naik, kita merasakan gaya yang menekan lantai pada kaki kita; dia benar-benar mendorong kami ke atas bersama dengan lift. Hal ini dianggap sebagai gaya yang akan kita rasakan saat berdiri di dalam lift yang tidak bergerak jika tarikan gravitasi bumi tiba-tiba meningkat. Einstein beralasan bahwa karena gravitasi dianggap sama seperti gaya lain yang menyebabkan perubahan gerak, maka gravitasi juga akan menghasilkan hasil yang sama. Karena gaya percepatan menyebabkan perubahan gerak dan pelebaran waktu, perubahan gravitasi juga menyebabkan pelebaran waktu.

Karena aspek dilatasi waktu dalam teori relativitas sangat penting bagi masalah penyatuan kalender kosmologis dan alkitabiah, maka sangat penting untuk menunjukkan bahwa dilatasi waktu benar-benar ada. Bagaimanapun, perubahan relativistik menjadi nyata hanya ketika kecepatan relatif gerak mendekati kecepatan cahaya. Bahkan pada kecepatan 30 juta meter per detik, sepersepuluh kecepatan cahaya, pelebaran waktu kurang dari satu persen.

Kecepatan yang mendekati kecepatan cahaya jarang terjadi dalam kehidupan sehari-hari, namun umum terjadi dalam kosmologi dan fisika energi tinggi. Namun, perlu dicatat bahwa kemungkinan nyata untuk mengukur pelebaran waktu tidak membuat gagasan itu sendiri lebih mudah dipahami. Meski demikian, hal ini memungkinkan kita untuk memindahkannya dari kategori konsep teoritis murni ke ranah fakta empiris. Aktivitas manusia yang cukup beragam - mulai dari eksperimen di laboratorium fisika energi tinggi hingga penerbangan reguler maskapai penerbangan komersial - memungkinkan kita mendemonstrasikan pelebaran waktu.

Salah satu dari sekian banyak partikel elementer yang muncul selama percobaan di laboratorium fisika adalah mu meson. Ia memiliki waktu paruh satu setengah mikrodetik. Namun, meson mu muncul tidak hanya di laboratorium fisika energi tinggi, tetapi juga di lapisan atas atmosfer bumi ketika sinar kosmik bertabrakan dengan inti atom gas atmosfer. Karena energi radiasi kosmik sangat tinggi, mu meson pada saat pembentukannya memperoleh kecepatan yang hampir sama dengan kecepatan cahaya. Pada kecepatan setinggi itu, terjadi pelebaran waktu yang dapat diukur. Bahkan ketika bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya, mu meson memerlukan waktu 200 mikrodetik untuk menempuh jarak 60 kilometer dari lapisan atmosfer tempat asalnya ke permukaan bumi. Karena mu meson mempunyai waktu paruh satu setengah mikrodetik, waktu transit 200 mikrodetik mencakup 133 waktu paruhnya. Mari kita ingat bahwa selama setiap setengah periode, setengah dari partikel yang tersisa meluruh. Setelah 133 setengah siklus, fraksi mu-meson yang harus bertahan dan mencapai permukaan bumi akan sama dengan "/2 x 1/2 x"/2 dan seterusnya sebanyak 133 kali, yaitu sepersejuta dari sejuta dari sepersejuta miliar jumlah mu-meson yang memulai perjalanannya ke permukaan bumi. Jumlah ini sangat kecil sehingga hampir tidak ada mu meson yang mencapai Bumi. Sebagian besar dari mereka akan hancur dalam perjalanannya. Namun, jika kita membandingkan jumlah mu meson yang dihasilkan di lapisan atas atmosfer dengan jumlah mu meson yang mencapai permukaan bumi, kita terkejut menemukan bahwa "/8 dari jumlah awalnya berhasil sampai di tujuannya. "Kelangsungan hidup" 1/8 muon berarti bahwa hanya tiga setengah periode yang diselesaikan selama perjalanan sejauh 60 km. Jadi, untuk mu meson yang bergerak mendekati kecepatan cahaya, waktu yang berlalu (relativistik) hanya tiga setengah siklus - 4,5 mikrodetik (3 x 1,5 mikrodetik) Bagi seorang pengamat di permukaan bumi, setidaknya 200 mikrodetik akan berlalu - waktu minimum yang diperlukan untuk menempuh jarak 60 kilometer dari lapisan atas atmosfer ke permukaan. interval waktu - 4,5 mikrodetik dalam kerangka acuan mu-meson yang bergerak cepat dan 200 mikrodetik dalam kerangka acuan pengamat yang berdiri di permukaan. Ingatlah sekali lagi bahwa kita berbicara tentang satu peristiwa. Namun karena pengamat dan benda yang diamati bergerak relatif satu sama lain, maka untuk peristiwa yang satu ini terdapat dua periode waktu yang berbeda. Dan keduanya benar sekali!

Tapi mu meson adalah partikel yang cukup eksotik, dan orang yang skeptis mungkin akan tertawa dan menggelengkan kepala karena tidak percaya. Lagi pula, tidak ada pengamat yang dapat melakukan perjalanan bersama muon. Kami hanya mengandalkan waktu paruhnya sebagai jam yang bergerak bersamanya.

Bagaimana dengan jam sungguhan dan seseorang yang bergerak bersamanya serta mengukur pelebaran waktu dengan cara yang paling langsung? Hal ini jelas akan terlihat lebih meyakinkan. Dan hal inilah yang dilaporkan dalam jurnal bergengsi Science oleh Hafele dan Keating12 dari Universitas Washington dan Laboratorium Angkatan Laut AS. Mereka mengirimkan empat set jam cesium ke pesawat Boeing 707 dan Concorde milik TWA dan Pan Am serta melakukan penerbangan komersial reguler ke seluruh dunia. Jam tangan ini dipilih karena sangat akurat.

Bumi berputar dari barat ke timur. Jika kita melihat Bumi dari luar angkasa, ketika berada di atas kutub utaranya, kita akan melihat bahwa ketika terbang ke timur, kecepatan pesawat bertambah dengan kecepatan Bumi. Seperti yang diperkirakan oleh teori relativitas, jam di dalam pesawat berada di belakang jam yang sama yang terletak di Laboratorium Angkatan Laut AS di Washington, D.C. (semua jam yang digunakan dalam percobaan ini disediakan oleh laboratorium). Saat terbang ke barat, kecepatan pesawat dikurangi dari kecepatan rotasi bumi dan, sepenuhnya sesuai dengan teori relativitas, jam di pesawat ini telah bergerak maju. Menurut Haefele dan Keating, “Dalam sains, fakta empiris yang relevan lebih kuat dibandingkan argumen teoretis. Hasil ini memberikan solusi empiris yang jelas terhadap paradoks jam yang terkenal."3

Tidak hanya persepsi waktu, tetapi perjalanan waktu sebenarnya juga berubah bergantung pada pergerakan relatif pengamat. Dalam kerangka acuan apa pun, semuanya tampak normal. Namun ketika dua sistem pertama-tama dipisahkan dan kemudian dihubungkan kembali dan pembacaan jam dibandingkan, perjalanan waktu di dalamnya ternyata berbeda (“penuaan”) yang sebenarnya.

Aspek yang sangat menarik dari eksperimen dilatasi waktu Hefele-Keating adalah eksperimen tersebut menguji relativitas khusus dan umum. Menurut relativitas umum, perbedaan kekuatan gravitasi mempengaruhi durasi dengan cara yang sama seperti perbedaan kecepatan relatif, sebagaimana didalilkan oleh relativitas khusus. Pengaruh medan gravitasi pada suatu benda berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antar benda. Saat jarak bertambah dua kali lipat, gaya tarik gravitasi berkurang empat kali lipat. Semakin jauh suatu benda dari Bumi, semakin lemah daya tarik Bumi terhadapnya. Karena pesawat terbang berada jauh di atas permukaan bumi (ketinggian penerbangan khas Boeing 707 adalah 10 km, dan Concorde adalah 20 km), efek gravitasi Bumi pada jam tangan di dalam pesawat berbeda dengan efek pada jam tangan di pesawat. jam tangan yang ada di permukaan bumi di laboratorium Angkatan Laut. Perubahan waktu jam yang dicatat dalam eksperimen tersebut konsisten dengan prediksi relativitas umum (yang memperhitungkan pengaruh gerak dan gravitasi).

Eksperimen ini, seperti eksperimen serupa lainnya, membuktikan bahwa teori relativitas khusus dan umum Einstein dengan tepat menggambarkan karakteristik alam semesta kita yang sebenarnya. Relativitas bukan lagi teori murni. Relativitas adalah fakta yang terbukti dan terbukti secara empiris. Dengan kata lain teori relativitas telah menjadi hukum relativitas.

Dan sekarang, berdasarkan hukum ini, berdasarkan salah satu ilmu pengetahuan alam yang menggambarkan Alam Semesta, kita dapat terus membahas enam hari pertama Penciptaan - periode di mana ilmu pengetahuan alam dan teologi, pada pandangan pertama, saling bertentangan.

Mari kita perhatikan perubahan hubungan antara Sang Pencipta, Alam Semesta, dan manusia yang terjadi sejak saat yang kita sebut “permulaan”. Pada saat yang sama, kita tidak boleh melupakan sejenak bahwa perbedaan perjalanan waktu hanya dapat dicatat jika kita membandingkan pengamatan peristiwa yang sama dari dua sistem referensi yang berbeda. Namun ini tidak cukup - gaya gravitasi dalam kedua sistem referensi ini juga perlu berbeda secara signifikan satu sama lain, atau kecepatan relatif pergerakannya mendekati 300 juta meter per detik, yaitu kecepatan cahaya. Di dalam setiap sistem, terlepas dari kecepatan relatifnya atau gaya gravitasi yang bekerja di dalamnya, segala sesuatu terjadi sepenuhnya sesuai dengan hukum Newton, yaitu segala sesuatu tampak normal dan logis, sama seperti di Bumi, meskipun kita melaju dengan kecepatan tinggi ruang angkasa.

Sang Pencipta telah dan masih mempunyai kepentingan tertentu dalam menciptakan Alam Semesta. Kita dapat mengasumsikan hal ini berdasarkan fakta bahwa Alam Semesta itu ada. Namun, kami tidak tahu apa kepentingannya. Namun, kita dapat menemukan beberapa petunjuk tentang hal ini dengan menganalisis interaksi antara Sang Pencipta dan Alam Semesta sepanjang masa penciptaan dan keberadaannya. Teologi tradisional berpendapat bahwa jika Sang Pencipta ingin menciptakan alam semesta dalam satu gerakan, Dia pasti akan melakukannya. Namun jelas dari catatan Alkitab bahwa rencananya bukanlah menciptakan alam semesta yang terbentuk sempurna melalui satu tindakan saja. Untuk beberapa alasan, metode pengembangan bertahap dipilih. Dan dua bab pertama dari buku “Kejadian” dikhususkan untuk menggambarkan tahap demi tahap pembentukan Alam Semesta.

Jika kita mengikuti aturan yang berlaku di Alam Semesta saat ini - dan aturan ini adalah hukum fisika yang kita ketahui - maka perkembangan bertahap Alam Semesta dari substansi utama yang ada pada saat Big Bang mutlak diperlukan untuk kemunculannya. dari lelaki. Namun Bumi sendiri dan segala sesuatu yang ada di atasnya bukanlah produk langsung dari Big Bang. Kita diberitahu dengan jelas bahwa pada mulanya Bumi belum berbentuk dan kosong, atau dalam bahasa Ibrani gohu dan bohu. Fisikawan partikel nuklir terkemuka kini menyebut T dan B (tohu dan bohu) sebagai dua “batu bata” asli tempat semua materi terbentuk. Kekuatan Big Bang benar-benar memampatkan GiB ini menjadi hidrogen dan helium - pada saat itu hampir tidak ada unsur lain yang terbentuk. Dan hanya alkimia kosmos yang kemudian menciptakan semua unsur lain dari hidrogen dan helium purba ini.

Bumi dan seluruh tata surya adalah kumpulan materi yang mencapai kita setelah siklus kompresi super yang tak terhitung jumlahnya di kedalaman bintang. Tekanan ini memampatkan hidrogen dan helium begitu erat sehingga inti-intinya bergabung dan terpisah lagi, membentuk unsur-unsur yang lebih berat seperti karbon (zat kehidupan), besi, uranium, dan 89 unsur lain yang menyusun Alam Semesta. Bintang-bintang kemudian meledak dan memuntahkan unsur-unsur baru mereka ke alam semesta, yang dengan rakus menyerapnya, menggunakannya untuk menciptakan bintang-bintang lain. Kelahiran bintang-bintang dan kematiannya diperlukan untuk mengubah hidrogen dan helium yang terbentuk pada saat-saat pertama setelah Big Bang menjadi unsur-unsur yang diperlukan untuk menciptakan kehidupan dalam bentuk yang kita kenal. Dalam interpretasi mereka terhadap Alkitab, komentator seperti Maimonides dan Rashi menjelaskan bahwa Tuhan menciptakan dan menghancurkan banyak dunia dalam proses penciptaan kehidupan di Bumi. Namun di sini saya tidak mengandalkan Maimonides; Saya memperoleh informasi di atas dari astrofisikawan Woosley dan Phillips.

Jadi, jika kita punya segalanya untuk dilakukan dalam enam hari sebelum Adam muncul, bagaimana kita bisa memasukkan semua siklus pembentukan dan kehancuran dunia ke dalam periode waktu tersebut? Para komentator Alkitab yang kami andalkan dengan jelas menyatakan bahwa enam hari pertama Penciptaan adalah enam hari yang masing-masing terdiri dari 24 jam. Artinya seseorang yang mencatat waktu kemudian harus mencatat perjalanan 24 jam yang sama sehari. Namun siapa yang bisa hadir saat itu untuk mengukur perjalanan waktu? Sampai saat Adam muncul setelah enam hari, hanya Tuhan Allah yang dapat melacak jam. Dan itulah intinya.

Ketika Alam Semesta kita diciptakan - hingga saat manusia muncul - Tuhan tidak berhubungan erat dengan Bumi. Selama satu atau dua hari pertama dari enam hari Penciptaan, Bumi bahkan belum ada! Meskipun Kejadian 1:1 menyatakan bahwa “Pada mulanya Allah menciptakan langit dan bumi”, ayat berikutnya menyatakan bahwa Bumi kosong dan tidak berbentuk. Ayat pertama kitab Kejadian sebenarnya merupakan pernyataan yang sangat umum, yang berarti bahwa pada mulanya suatu zat utama diciptakan, yang darinya, selama enam hari berikutnya, langit dan bumi akan terbentuk. Di bawah ini, dalam ayat 31:17 kitab “Keluaran”, hal ini dikatakan lebih jelas: “…dalam enam hari Tuhan menciptakan langit dan bumi…”. Langit dan bumi “terbuat dari” apa selama enam hari ini? Dari substansi yang tercipta “di awal” enam hari itu. Karena tidak ada Bumi di alam semesta awal, dan karena tidak ada kemungkinan hubungan erat atau interpenetrasi sistem referensi, tidak ada kalender umum untuk Tuhan dan Bumi.

Hukum relativitas telah mengajarkan kita bahwa Tuhan tidak mungkin memilih kalender yang adil untuk seluruh bagian alam semesta, atau setidaknya untuk sejumlah bagian tertentu, yang berperan dalam kemunculan umat manusia. Hukum relativitas, salah satu hukum dasar Alam Semesta yang ditetapkan pada saat penciptaannya, tidak memungkinkan adanya kerangka acuan umum bagi Sang Pencipta dan bagi setiap bagian dari totalitas materi yang pada akhirnya berubah menjadi umat manusia dan planet ini. Bumi tempat ia tinggal.

Kita tahu bahwa, sesuai dengan hukum relativitas, di Alam Semesta yang mengembang, tidak mungkin menggambarkan waktu yang mencakup rangkaian peristiwa tertentu di satu bagian Alam Semesta sedemikian rupa sehingga sama dengan waktu terjadinya peristiwa yang sama. diamati dari bagian lain alam semesta. Perbedaan gerak dan gaya gravitasi antar galaksi atau bahkan bintang di galaksi yang sama mengubah waktu absolut menjadi fenomena lokal semata. Waktu mengalir secara berbeda di berbagai belahan alam semesta.

Alkitab adalah buku panduan yang menggambarkan perjalanan umat manusia melalui kehidupan dan waktu. Untuk menanamkan dalam diri manusia apresiasi terhadap keajaiban fisik Alam Semesta, panduan ini mencakup penjelasan tentang proses yang membawa kita dari Alam Semesta yang kosong dan tak berbentuk menuju sebuah rumah di mana umat manusia dapat hidup. Namun hampir tidak mungkin memilih satu kerangka waktu untuk menggambarkan proses ini, karena terlalu banyak faktor yang secara langsung mempengaruhi kecepatan waktu. Faktor-faktor ini termasuk gaya gravitasi di banyak bintang, di dalamnya hidrogen dan helium purba diubah menjadi unsur-unsur yang mendasari kehidupan, dan pergerakan gas antargalaksi, yang mengembun dalam proses pergerakan di nebula, dan kemudian menjadi bintang, dan supernova. ledakan , menandai kematian dan kelahiran kembali bintang-bintang yang membentuk Bima Sakti dan massa Bumi. Perjalanan waktu adalah salah satu aspek kehidupan yang, sebelum pemahaman Einstein, kita secara keliru mengira bahwa hal itu tidak dapat diubah. Tidak realistis, tidak, mustahil bagi jam yang sama di segala abad untuk mengukur usia semua substansi kosmik yang menyusun kita.

Pengembaraan materi dari substansi Big Bang hingga keadaannya saat ini terlalu rumit, terlalu beragam untuk mengukur perjalanan waktu di dalamnya dengan jam yang sama. Siapa yang bisa mengatakan sekarang berapa banyak galaksi atau supernova mana yang pada akhirnya memunculkan unsur-unsur yang membentuk tubuh fisik kita? Kita manusia dan segala sesuatu di tata surya, termasuk Matahari dan planet-planet, adalah pecahan bintang yang telah lama hilang. Kami benar-benar terbuat dari debu bintang. Atom karbon, nitrogen, atau oksigen manakah yang dimaksud dalam kalimat ini? Ke atom Anda atau ke atom tetangga Anda? Yang merupakan bagian dari partikel kulitmu, atau yang ada dalam setetes darahmu? Kemungkinan masing-masing dari mereka dimulai di kedalaman bintang yang berbeda, dan oleh karena itu masing-masing dari mereka memiliki usia yang unik. Transformasi materi kosmik yang terjadi sebelum terbentuknya Bumi terjadi di berjuta-juta bintang, secara bersamaan dan berurutan. Setiap bintang, setiap supernova memiliki gravitasinya sendiri dan kecepatan pergerakannya sendiri, dan oleh karena itu kerangka acuan ruang-waktunya sendiri.

Miliaran jam kosmik terus berdetak (dan masih terus berdetak), masing-masing dengan kecepatannya sendiri-sendiri yang sesuai dengan kondisi setempat. Mereka semua mulai berdetak pada satu saat – momen Big Bang, dan mereka semua secara bersamaan mencapai periode waktu ketika Adam muncul. Namun waktu lokal absolut yang berlalu dari "permulaan" hingga saat masing-masing partikel materi ini berkontribusi pada penciptaan umat manusia sangat berbeda untuk setiap bintang dan setiap partikel. Meskipun transformasi materi dimulai dan berakhir pada waktu yang sama, teori Einstein menyatakan bahwa usia setiap partikel materi berbeda secara signifikan dari usia partikel materi lain yang akhirnya bersatu, membentuk tata surya, dan lalu kemanusiaan. Penalaran kita tidak lebih atau kurang canggih daripada, katakanlah, mendeteksi 200 mikrodetik dalam 4,5 mikrodetik yang berlalu ketika mu meson, yang terbentuk di bagian atas atmosfer akibat dampak radiasi kosmik, mencapai permukaan bumi. Dalam 4,5 mikrodetik, 200 mikrodetik berlalu. Fakta yang telah terbukti ini dapat dipahami lebih baik melalui eksperimen pemikiran Einstein, di mana para ilmuwan yang menggunakan roket berkecepatan tinggi dan para ilmuwan di laboratorium stasioner mencatat dua periode waktu berbeda untuk peristiwa yang sama. Situasi ini tidak ada hubungannya dengan pernyataan mendiang W.K. Fields, yang mengatakan bahwa pada suatu malam yang panjang dia tinggal di Philadelphia selama seminggu penuh15. Pernyataannya berkaitan dengan ranah sensasi emosional; dalam kasus kita, kita berhadapan dengan fakta fisik. Ketika kita berbicara tentang satu miliar tahun, kita tidak bermaksud bahwa kita mengalaminya sebagai satu miliar tahun. Satu miliar tahun telah benar-benar berlalu! Jika dalam enam hari yang sama ada sebuah jam di bagian Alam Semesta yang sekarang ditempati oleh Bumi, maka jam tersebut belum tentu mencatat 15 miliar tahun. Di awal alam semesta, kelengkungan ruang dan waktu di tempat ini kemungkinan besar sangat berbeda dengan sekarang.

Untuk menggambarkan perkembangan Alam Semesta yang konsisten, perlu ditemukan semacam kompromi. Sebagai kompromi seperti itu, Sang Pencipta memilih kerangka acuannya sendiri sebelum kemunculan Adam, di mana seluruh Alam Semesta dianggap sebagai satu kesatuan.

Penciptaan Adam secara kualitatif berbeda dari semua peristiwa lain yang menyertai penciptaan alam semesta. Ini menandakan perubahan mendasar dalam hubungan Tuhan dengan alam semesta. Kita tahu bahwa semua benda di Alam Semesta, organik dan anorganik, hidup dan mati, tersusun dari materi, yang asal usulnya dapat ditelusuri kembali ke penciptaan purba. Dalam hal ini, umat manusia tidak terkecuali. Dijelaskan dengan jelas kepada kita bahwa sumber materi asal usul kita adalah “debu tanah”. Semua makhluk hidup (Kejadian 1:30), termasuk manusia (Kejadian 2:7), diberikan jiwa yang hidup (nefesh dalam bahasa Ibrani). Namun, hanya Adam yang diberi sesuatu yang baru, unik untuk seluruh Alam Semesta – nafas hidup dari Tuhan (Kejadian 2:7).

Dan pada saat inilah, ketika Tuhan menghembuskan nafas kehidupannya ke dalam Adam (dalam bahasa Ibrani, neshamah), baik Sang Pencipta maupun ciptaannya menjadi saling terkait erat satu sama lain. Pada saat inilah dari miliaran jam yang mungkin, hanya satu yang dipilih secara tidak dapat ditarik kembali, yang mulai sekarang harus diukur jalannya semua peristiwa di masa depan.

Dalam jargon fisikawan relativistik, pada saat kemunculan Adam, bagian Alam Semesta yang menjadi habitat manusia itu mulai berfungsi dalam kerangka acuan ruang-waktu yang sama dengan Penciptanya. Mulai dari titik ini, kronologi Alkitab dan aliran waktu di Bumi menjadi satu - hubungan ruang-waktu umum antara Tuhan dan manusia selanjutnya ditetapkan.

Hasil dari hubungan baru ini terlihat jelas pada pandangan pertama pada teks Alkitab. Ada paralelisme antara tanggal yang disebutkan dalam Alkitab tentang peristiwa-peristiwa yang terjadi setelah penciptaan Adam, dan perkiraan arkeologis yang sesuai mengenai kronologi peristiwa-peristiwa yang sama. Zaman Perunggu dalam kalender Alkitab dan Zaman Perunggu dalam bidang arkeologi memang bertepatan. Menurut Alkitab, Hazor dihancurkan oleh Yosua 3.300 tahun yang lalu; arkeologi, ternyata setelah penelitian mendetail, memperkirakan peristiwa ini terjadi pada periode yang sama. Bagian dari kalender Alkitab yang dimulai dengan penciptaan Adam tampaknya cukup logis di mata kita, dan penemuan Gulungan Laut Mati membuktikan bahwa Alkitab dengan tepat menggambarkan peristiwa-peristiwa ribuan tahun sebelum temuan arkeologi modern mengkonfirmasi hal tersebut. Jika kita tidak mengetahui hukum relativitas dan jika kita mencoba menentukan tanggal peristiwa yang terjadi di Bumi pada masa setelah Adam dari titik lain di Alam Semesta, kita sekarang akan bertanya-tanya mengapa dalam persepsi kita waktu lampau berbeda dengan apa yang tercatat. oleh jam di Bumi.

Dalam enam hari pertama keberadaan Alam Semesta kita, Jam Abadi berukuran 144 jam. Kita sekarang tahu bahwa jangka waktu ini belum tentu bertepatan dengan jangka waktu yang sama yang diukur di bagian lain alam semesta. Sebagai penghuni Alam Semesta ini, kita mengevaluasi perjalanan waktu dengan bantuan jam yang terletak di kerangka acuan lokal kita; Jam tersebut mencakup penanggalan radioaktif, data geologi, dan pengukuran kecepatan dan jarak di alam semesta yang mengembang. Dengan jam tangan inilah umat manusia melakukan perjalanan melintasi ruang dan waktu.

Ketika Alkitab menggambarkan bagaimana alam semesta kita berkembang hari demi hari selama enam hari pertama setelah Penciptaan, sebenarnya yang dimaksud adalah enam hari yang masing-masing terdiri dari 24 jam. Namun kerangka acuan yang digunakan untuk menghitung hari-hari ini mencakup seluruh Alam Semesta. Minggu pertama Penciptaan ini sama sekali bukan dongeng yang dirancang untuk memuaskan keingintahuan seorang anak untuk kemudian dibuang karena tidak perlu, dengan munculnya kebijaksanaan orang dewasa. Justru sebaliknya - ini berisi petunjuk tentang peristiwa-peristiwa yang baru mulai dipahami umat manusia.

Para ahli Alkitab telah lama memperingatkan bahwa pemahaman kita tentang peristiwa enam hari pertama Penciptaan tidak akan sesuai dengan pemahaman kita tentang alam setelah kemunculan Adam. Mereka memahami hal ini dari gambaran istirahat Sabat yang terkandung dalam Sepuluh Perintah Allah. Jika kita membandingkan teks dalam Keluaran 20:11 dengan teks dalam Zakharia 5:11 dan 2 Samuel 21:10, kita melihat bahwa kedua teks tersebut menggunakan kata istirahat yang sama, namun dengan nuansa yang berbeda. Dari penggunaan kata tersebut di sana, dapat disimpulkan bahwa Tuhan sebenarnya tidak “beristirahat” pada hari Sabat pertama. Sebaliknya, Sang Pencipta berhenti sejenak dari pekerjaannya untuk mengamati Alam Semesta yang diciptakan dalam enam hari pertama. Persepsi kita mengenai jeda ini, menurut Maimonides, adalah bahwa setiap saat, mulai dari Sabat pertama ini, hukum alam, termasuk perjalanan waktu, akan berfungsi secara “normal”. Sebaliknya, jalannya peristiwa yang terjadi pada enam hari pertama bisa jadi terkesan tidak logis, seolah-olah telah terjadi pelanggaran terhadap hukum alam dan waktu. Seperti yang bisa kita lihat, prediksi orang bijak bahwa kita akan menganggap gambaran alkitabiah dan ilmiah tentang alam semesta awal sebagai hal yang bertentangan satu sama lain sebenarnya telah menjadi kenyataan.

Sabtu pertama menandai awal kalender, yang dimulai dengan penciptaan Adam. Dan bagian kalender inilah yang sesuai dengan persepsi kita yang berdasarkan logika tentang realitas. Berkat fakta relativitas waktu yang luar biasa, hukum relativitas Einstein, kalender alkitabiah benar mengenai enam hari ini. Tidak perlu menjelaskan penemuan fosil dengan mengatakan bahwa Sang Pencipta sengaja menempatkannya di tempat ditemukannya untuk menguji keimanan kita terhadap tindakan Penciptaan atau untuk memuaskan keingintahuan kita. Laju peluruhan radioaktif pada bebatuan, meteorit, dan fosil dengan tepat mencerminkan perjalanan waktu, namun perjalanan waktu ini telah dan terus diukur dengan jam yang terletak dalam kerangka acuan bumi kita. Waktu yang dicatat oleh jam-jam ini dulu dan sekarang hanya relatif, yaitu hanya secara lokal, benar. Jam lain, yang terletak di sistem referensi lain, mengaitkan peristiwa yang terjadi di Bumi dengan momen waktu yang berbeda, namun tidak kalah tepat. Dan akan selalu demikian selama alam semesta mematuhi hukum alam.

LITERATUR

• 1. Rashi. "Komentar tentang Kitab Kejadian." 1:1.
• 2. Nachmanida. "Komentar tentang Taurat". Kejadian 5:4.
• 3. “Studi Arkeologi dan Perjanjian Lama.” Ed. Tomas. (Thomas, ed., Studi Arkeologi dan Perjanjian Lama).
• 4.Newton. "Prinsip matematika filsafat alam". (Newton, Prinsip Matematika Filsafat Alam).
• 5. Einstein. "Relativitas: teori khusus dan umum". (Einstein, Relativitas: Teori Khusus dan Umum).
• 6. Cohen. "Kelahiran Fisika Baru". (Cohen, Lahirnya Fisika Baru).
• 7. Halaman. "Simetri sempurna." (Halaman, Simetri Sempurna).
• 8. Shankland. "Eksperimen Michelson-Morley". (Shankland, “Eksperimen Michelson-Morley,” American Journal of Physics, 32 (1964):16).
• 9. Jerman. "Asal Usul Teori Kuantum" (1899-1913). (Hermann, Kejadian Teori Kuantum (1899-1913)).
• 10. Taylor dan Wheeler. "Fisika Ruang-Waktu". (Taylor dan Wheeler, Fisika Ruangwaktu).
• 11. Haefele dan Keating, “Jam Atom Keliling Dunia: Pengamatan Pergeseran Waktu Relativistik.” (Hafele dan Keating, “Jam atom keliling dunia: mengamati perolehan waktu relativistik.” Science, 117 (1972): 168).
• 12. Woosley dan Phillips, “Supernova 1987A1.” (Woosley dan Phillips, “Supernova 1987A!” Sains, 240 (1988): 750).
• 13. Maimonida. “Mentor yang Ragu-ragu,” bagian 1, bab. 67.

Teori relativitas diperkenalkan oleh Albert Einstein pada awal abad ke-20. Apa esensinya? Mari kita perhatikan poin-poin utama dan jelaskan TOE dalam bahasa yang jelas.

Teori relativitas secara praktis menghilangkan inkonsistensi dan kontradiksi fisika abad ke-20, memaksa perubahan radikal dalam gagasan struktur ruang-waktu, dan secara eksperimental dikonfirmasi dalam berbagai eksperimen dan penelitian.

Dengan demikian, TOE menjadi dasar dari semua teori fisika fundamental modern. Faktanya, ini adalah ibu dari fisika modern!

Pertama-tama, perlu diperhatikan bahwa ada 2 teori relativitas:

• Teori relativitas khusus (STR) – membahas proses fisik pada benda yang bergerak beraturan.
• Relativitas umum (GTR) - menjelaskan percepatan objek dan menjelaskan asal mula fenomena seperti gravitasi dan keberadaan.

Jelas bahwa STR muncul lebih awal dan pada dasarnya merupakan bagian dari GTR. Mari kita bicarakan dia dulu.

STO dengan kata sederhana

Teori ini didasarkan pada prinsip relativitas, yang menyatakan bahwa hukum alam adalah sama terhadap benda yang diam dan bergerak dengan kecepatan konstan. Dan dari pemikiran sederhana ini dapat disimpulkan bahwa kecepatan cahaya (300.000 m/s dalam ruang hampa) adalah sama untuk semua benda.

Misalnya, bayangkan Anda diberi sebuah pesawat luar angkasa dari masa depan yang jauh yang dapat terbang dengan kecepatan tinggi. Meriam laser dipasang di haluan kapal, mampu menembakkan foton ke depan.

Dibandingkan dengan kapal, partikel-partikel tersebut terbang dengan kecepatan cahaya, tetapi dibandingkan dengan pengamat yang tidak bergerak, tampaknya partikel-partikel tersebut terbang lebih cepat, karena kedua kecepatan tersebut dijumlahkan.

Namun, kenyataannya hal ini tidak terjadi! Pengamat luar melihat foton bergerak dengan kecepatan 300.000 m/s, seolah-olah kecepatan pesawat ruang angkasa tidak ditambah dengan foton tersebut.

Anda perlu ingat: relatif terhadap benda mana pun, kecepatan cahaya akan konstan, tidak peduli seberapa cepat ia bergerak.

Dari sini muncul kesimpulan yang menakjubkan seperti pelebaran waktu, kontraksi longitudinal dan ketergantungan berat badan pada kecepatan. Baca lebih lanjut mengenai konsekuensi paling menarik dari Teori Relativitas Khusus pada artikel pada link di bawah ini.

Inti dari relativitas umum (GR)

Untuk memahaminya dengan lebih baik, kita perlu menggabungkan dua fakta lagi:

• Kita hidup di ruang empat dimensi

Ruang dan waktu adalah manifestasi dari entitas yang sama yang disebut “kontinum ruang-waktu.” Ini adalah ruang-waktu 4 dimensi dengan sumbu koordinat x, y, z dan t.

Kita manusia tidak dapat memahami 4 dimensi secara setara. Intinya, kita hanya melihat proyeksi objek nyata empat dimensi ke dalam ruang dan waktu.

Menariknya, teori relativitas tidak menyatakan bahwa benda berubah ketika bergerak. Objek 4 dimensi selalu tidak berubah, tetapi dengan pergerakan relatif, proyeksinya dapat berubah. Dan kami menganggap ini sebagai perlambatan waktu, pengurangan ukuran, dll.

• Semua benda jatuh dengan kecepatan konstan dan tidak mengalami percepatan

Mari kita lakukan eksperimen pemikiran yang menakutkan. Bayangkan Anda sedang menaiki lift yang tertutup dan berada dalam kondisi tanpa bobot.

Situasi ini dapat muncul hanya karena dua alasan: Anda berada di luar angkasa, atau Anda jatuh bebas bersama kabin di bawah pengaruh gravitasi bumi.

Tanpa melihat ke luar stan, sangat mustahil untuk membedakan kedua kasus ini. Hanya saja dalam satu kasus Anda terbang secara seragam, dan di kasus lain dengan akselerasi. Anda harus menebaknya!

Mungkin Albert Einstein sendiri sedang memikirkan tentang elevator imajiner, dan dia mempunyai satu pemikiran yang menakjubkan: jika kedua kasus ini tidak dapat dibedakan, maka jatuh karena gravitasi juga merupakan gerakan beraturan. Pergerakan hanyalah seragam dalam ruang-waktu empat dimensi, tetapi dengan adanya benda masif (misalnya), gerakan tersebut melengkung dan gerakan seragam diproyeksikan ke dalam ruang tiga dimensi biasa dalam bentuk gerakan dipercepat.

Mari kita lihat contoh kelengkungan ruang dua dimensi yang lebih sederhana, meskipun tidak sepenuhnya benar.

Anda dapat membayangkan bahwa setiap benda besar menciptakan semacam corong di bawahnya. Kemudian benda lain yang terbang melewatinya tidak akan dapat melanjutkan pergerakannya dalam garis lurus dan akan berubah lintasannya sesuai dengan lekukan ruang yang melengkung.

Ngomong-ngomong, jika tubuh tidak punya banyak energi, maka pergerakannya bisa jadi tertutup.

Perlu dicatat bahwa dari sudut pandang benda yang bergerak, mereka terus bergerak dalam garis lurus, karena mereka tidak merasakan apapun yang membuatnya berputar. Mereka hanya berakhir di ruang melengkung dan tanpa disadari memiliki lintasan non-linier.

Perlu dicatat bahwa 4 dimensi itu bengkok, termasuk waktu, jadi analogi ini harus diperlakukan dengan hati-hati.

Jadi, dalam teori relativitas umum, gravitasi bukanlah suatu gaya sama sekali, melainkan hanya akibat kelengkungan ruang-waktu. Saat ini, teori ini merupakan versi kerja tentang asal usul gravitasi dan sangat sesuai dengan eksperimen.

Konsekuensi mengejutkan dari relativitas umum

Sinar cahaya dapat dibelokkan saat terbang di dekat benda masif. Memang, benda-benda jauh telah ditemukan di ruang angkasa yang “bersembunyi” di belakang benda lain, namun sinar cahaya membelok di sekelilingnya, sehingga cahaya tersebut sampai ke kita.

Berkat Albert Einstein Anda dapat memahami lokasi perpustakaan atau toko terdekat.

Dan yang terakhir, relativitas umum memprediksi keberadaan lubang hitam di mana gravitasinya begitu kuat sehingga waktu berhenti begitu saja di dekatnya. Oleh karena itu, cahaya yang jatuh ke dalam lubang hitam tidak dapat keluar (memantul).

Di tengah lubang hitam, akibat kompresi gravitasi yang sangat besar, sebuah benda dengan kepadatan yang sangat tinggi terbentuk, dan hal ini tampaknya tidak mungkin ada.

Dengan demikian, relativitas umum dapat menghasilkan kesimpulan yang sangat kontradiktif, berbeda dengan , itulah sebabnya mayoritas fisikawan tidak menerimanya sepenuhnya dan terus mencari alternatif.

Namun ia berhasil memprediksi banyak hal dengan sukses, misalnya saja penemuan sensasional baru-baru ini yang membenarkan teori relativitas dan membuat kita sekali lagi teringat pada ilmuwan besar yang menjulurkan lidahnya. Jika Anda menyukai sains, bacalah WikiScience.