Mbah Einstein

Teman-teman semua, kali ini kaji akan membahas tentang seorang ilmuwan fisika yang sangat terkenal yaitu Mbah Einstein. Mau tau gmn kisah hidupnya, simak dibawah ini :)

           Albert Einstein (14 Maret 1879–18 April 1955) adalah seorang ilmuwan fisika teoretis yang dipandang luas sebagai ilmuwan terbesar dalam abad ke-20. Dia mengemukakan teori relativitas dan juga banyak menyumbang bagi pengembangan mekanika kuantum, mekanika statistik, dan kosmologi. Dia dianugerahi Penghargaan Nobel dalam Fisika pada tahun 1921 untuk penjelasannya tentang efek fotoelektrik dan "pengabdiannya bagi Fisika Teoretis".

Setelah teori relativitas umum dirumuskan, Einstein menjadi terkenal ke seluruh dunia, pencapaian yang tidak bisaa bagi seorang ilmuwan. Di masa tuanya, keterkenalannya melampaui ketenaran semua ilmuwan dalam sejarah, dan dalam budaya populer, kata Einstein dianggap bersinonim dengan kecerdasan atau bahkan jenius. Wajahnya merupakan salah satu yang paling dikenal di seluruh dunia. Pada tahun 1999, Einstein dinamakan "Tokoh Abad Ini" oleh majalah Time.

Kepopulerannya juga membuat nama "Einstein" digunakan secara luas dalam iklan dan barang dagangan lain, dan akhirnya "Albert Einstein" didaftarkan sebagai merk dagang. Untuk menghargainya, sebuah satuan dalam fotokimia dinamai einstein, sebuah unsur kimia dinamai einsteinium, dan sebuah asteroid dinamai 2001 Einstein.

Masa muda dan universitas

Einstein dilahirkan di Ulm di Württemberg, Jerman; sekitar 100 km sebelah timur Stuttgart. Bapaknya bernama Hermann Einstein, seorang penjual ranjang bulu yang kemudian menjalani pekerjaan elektrokimia, dan ibunya bernama Pauline. Mereka menikah di Stuttgart-Bad Cannstatt. Keluarga mereka keturunan Yahudi; Albert disekolahkan di sekolah Katholik dan atas keinginan ibunya dia diberi pelajaran biola.

Pada umur lima tahun, ayahnya menunjukkan kompas kantung, dan Einstein menyadari bahwa sesuatu di ruang yang "kosong" ini beraksi terhadap jarum di kompas tersebut; dia kemudian menjelaskan pengalamannya ini sebagai salah satu saat yang paling menggugah dalam hidupnya. Meskipun dia membuat model dan alat mekanik sebagai hobi, dia dianggap sebagai pelajar yang lambat, kemungkinan disebabkan oleh dyslexia, sifat pemalu, atau karena struktur yang jarang dan tidak bisaa pada otaknya (diteliti setelah kematiannya). Dia kemudian diberikan penghargaan untuk teori relativitasnya karena kelambatannya ini, dan berkata dengan berpikir dalam tentang ruang dan waktu dari anak-anak lainnya, dia mampu mengembangkan kepandaian yang lebih berkembang. Pendapat lainnya, berkembang belakangan ini, tentang perkembangan mentalnya adalah dia menderita Sindrom Asperger, sebuah kondisi yang berhubungan dengan autisme.

Einstein mulai belajar matematika pada umur dua belas tahun. Ada gosip bahwa dia gagal dalam matematika dalam jenjang pendidikannya, tetapi ini tidak benar; penggantian dalam penilaian membuat bingung pada tahun berikutnya. Dua pamannya membantu mengembangkan ketertarikannya terhadap dunia intelek pada masa akhir kanak-kanaknya dan awal remaja dengan memberikan usulan dan buku tentang sains dan matematika.

Pada tahun 1894, dikarenakan kegagalan bisnis elektrokimia ayahnya, Einstein pindah dari Munich ke Pavia, Italia (dekat kota Milan). Albert tetap tinggal untuk menyelesaikan sekolah, menyelesaikan satu semester sebelum bergabung kembali dengan keluarganya di Pavia.

Kegagalannya dalam seni liberal dalam tes masuk Eidgenössische Technische Hochschule (Institut Teknologi Swiss Federal, di Zurich) pada tahun berikutnya adalah sebuah langkah mundur dia oleh keluarganya dikirim ke Aarau, Swiss, untuk menyelesaikan sekolah menengahnya, di mana dia menerima diploma pada tahun 1896, Einstein beberapa kali mendaftar di Eidgenössische Technische Hochschule. Pada tahun berikutnya dia melepas kewarganegaraan Württemberg, dan menjadi tak bekewarganegaraan.

Pada 1898, Einstein menemui dan jatuh cinta kepada Mileva Marić, seorang Serbia yang merupakan teman kelasnya (juga teman Nikola Tesla). Pada tahun 1900, dia diberikan gelar untuk mengajar oleh Eidgenössische Technische Hochschule dan diterima sebagai warga negara Swiss pada 1901. Selama masa ini Einstein mendiskusikan ketertarikannya terhadap sains kepada teman-teman dekatnya, termasuk Mileva. Dia dan Mileva memiliki seorang putri bernama Lieserl, lahir dalam bulan Januari tahun 1902. Lieserl Einstein, pada waktu itu, dianggap tidak legal karena orang tuanya tidak menikah.

Kerja dan Gelar Doktor

Pada saat kelulusannya Einstein tidak dapat menemukan pekerjaan mengajar, keterburuannya sebagai orang muda yang mudah membuat marah professornya. Ayah seorang teman kelas menolongnya mendapatkan pekerjaan sebagai asisten teknik pemeriksa di Kantor Paten Swiss pada tahun 1902. Di sana, Einstein menilai aplikasi paten penemu untuk alat yang memerlukan pengetahuan fisika. Dia juga belajar menyadari pentingnya aplikasi dibanding dengan penjelasan yang buruk, dan belajar dari direktur bagaimana "menjelaskan dirinya secara benar". Dia kadang-kadang membetulkan desain mereka dan juga mengevaluasi kepraktisan hasil kerja mereka.

Einstein menikahi Mileva pada 6 Januari 1903. Mileva adalah seorang matematikawan. Pada 14 Mei 1904, anak pertama dari pasangan ini, Hans Albert Einstein, lahir. Pada 1904, posisi Einstein di Kantor Paten Swiss menjadi tetap. Dia mendapatkan gelar doktor setelah menyerahkan thesis "Eine neue Bestimmung der Moleküldimensionen" ("On a new determination of molecular dimensions") pada tahun 1905 dari Universitas Zürich.

Di tahun yang sama dia menulis empat artikel yang memberikan dasar fisika modern, tanpa banyak sastra sains yang dapat ia tunjuk atau banyak kolega dalam sains yang dapat ia diskusikan tentang teorinya. Banyak fisikawan setuju bahwa ketiga thesis itu (tentang gerak Brownian, efek fotolistrik, dan relativitas khusus) pantas mendapat Penghargaan Nobel. Tetapi hanya thesis tentang efek fotoelektrik yang mendapatkan penghargaan tersebut. Ini adalah sebuah ironi, bukan hanya karena Einstein lebih tahu banyak tentang relativitas, tetapi juga karena efek fotoelektrik adalah sebuah fenomena kuantum, dan Einstein menjadi terbebas dari jalan dalam teori kuantum. Yang membuat thesisnya luar bisaa adalah, dalam setiap kasus, Einstein dengan yakin mengambil ide dari teori fisika ke konsekuensi logis dan berhasil menjelaskan hasil eksperimen yang membingungkan para ilmuwan selama beberapa dekade.

Dia menyerahkan thesis-thesisnya ke "Annalen der Physik". Mereka bisaanya ditujukan kepada "Annus Mirabilis Papers" (dari Latin: Tahun luar bisaa). Persatuan Fisika Murni dan Aplikasi (IUPAP) merencanakan untuk merayakan 100 tahun publikasi pekerjaan Einstein di tahun 1905 sebagai Tahun Fisika 2005.

Gerakan Brown

Di artikel pertamanya di tahun 1905 bernama "On the Motion—Required by the Molecular Kinetic Theory of Heat—of Small Particles Suspended in a Stationary Liquid", mencakup penelitian tentang gerakan Brownian. Menggunakan teori kinetik cairan yang pada saat itu kontroversial, dia menetapkan bahwa fenomena, yang masih kurang penjelasan yang memuaskan setelah beberapa dekade setelah ia pertama kali diamati, memberikan bukti empirik (atas dasar pengamatan dan eksperimen) kenyataan pada atom. Dan juga meminjamkan keyakinan pada mekanika statistika, yang pada saat itu juga kontroversial.

Sebelum thesis ini, atom dikenal sebagai konsep yang berguna, tetapi fisikawan dan kimiawan berdebat dengan sengit apakah atom itu benar-benar suatu benda yang nyata. Diskusi statistik Einstein tentang kelakuan atom memberikan pelaku eksperimen sebuah cara untuk menghitung atom hanya dengan melihat melalui mikroskop bisaa. Wilhelm Ostwald, seorang pemimpin sekolah anti-atom, kemudian memberitahu Arnold Sommerfeld bahwa ia telah berkonversi kepada penjelasan komplit Einstein tentang gerakan Brown.

TEORI RELATIVITAS EINSTEIN

A.    TEORI RELATIVITAS KHUSUS

Fisika Klasik

Fisika, awal abad ke-20, merupakan kajian teratur sebagaimana dikembangkan pada abad-abad sebelumnya. Pandangan tentang ruang dan waktu dalam fisika terutama berdasarkan karya yang dilakukan oleh Galileo dan Newton, dan karya ini diperdebatkan oleh penyingkapan rahasia baru Einstein. Di samping itu, Einstein juga membuktikan tidak adanya suatu segi keganjilan sains abad ke-19 yang dikenal sebagai “eter”.

Relativitas Awal

Karena panggung sudah ditata untuk menggambarkan keadaan fisika klasik pada peralihan abad ke-20, kita dapat mempertimbangkan sumbangan Einstein atas pemahamannya tentang relativitas khusus. Akan tetapi pertama-tama, kita seharusnya mempelajari dari mana asal mula gagasan relativitas. Einstein tidak menciptakan gagasan tetapi dia hanya memperjelas dan memperluas gagasan itu, baik secara fisika dan matematika.

Pandangan Kuno tentang Ruang dan Waktu

Kita dapat memulainya dengan pandangan tentang ruang dan waktu pada masa sebelum Renaisans, khususnya pada masa Yunani dan Romawi kuno. Pandangan pada masa itu adalah bahwa kerangka acuan alami untuk memandang dan mengukur benda. Kerangka acuan ini sederhana; keadaan diam, yaitu, keadaan tidak bergerak. Dalam pandangan dunia ini, ada kerangka acuan mutlak, yang disebut “diam absolut” dan semua pengamat setuju bahwa kerangka acuan ini ada pada keadaan diam. Kerangka acuan mutlak ini juta memiliki waktu mutlak, di mana semua waktu-waktu lainnya dapat diukur.

Pandangan Galileo tentang Relativitas

Perubahan terhadap pandangan sebelum Renaisans tentang ruang dan waktu terjadi bersamaan dengan karya Galileo Galilei pada pertengahan abad ke-17. Galileo pertama kali menjelaskan “dasar relativitas”. Gagasan ini baru terjadi ketika Galileo mempertimbangkan hukum fisika seperti apa yang dipakai oleh pengamat di dalam sebuah kapal laut yang bergerak pada kecepatan tetap dibandingkan dengan pengamat yang diam di darat. Galileo memperhatikan bahwa selama kapal itu bergerak pada kecepatan tetap, dalam satu arah, di atas lautan yang tenang tanpa gelombang atau gangguan lain, bahwa seorang pengamat di dalam kapal tidak mampu melakukan percobaan apa pun untuk membuktikan bahwa kapal sedang bergerak (kecuali melihat ke luar jendela).

Prinsip relativitas Galileo menyatakan bahwa hasil semua percobaan yang dilakukan oleh pengamat di dalam kapal akan sama dengan hasil percobaan yang dilakukan oleh pengamat di darat. Bola akan menggelinding dengan cara yang sama dan akan jatuh ke tanah dalam waktu yang sama, misalnya. Prinsipnya dapat dinyatakan dengan lebih ringkas dengan mengatakan bahwa hukum-hukum mekanis fisika dalah sama untuk pengamat yang lembam (diam atau inersia).

Newton

Hukum-hukum fisika klasik pertama kali dijelaskan oleh Sir Isaac Newton (1643-1727) pada akhir abad ke-17. Dalam karyanya pada tahun 1687, Philosophiae naturalis principia mathematica (disebut the Principa), dia menganalisis gerakan dari benda-benda di bawah bermacam-macam gaya. Hukum-hukum Newton tentang gerak memperhitungkan prinsip relativitas Galileo dan unsur utama dari teori Newton adalah gagasan bahwa suatu partikel dalam kerangka acuan diam akan bergerak dalam arah yang pasti ada kecepatan yang pasti. Newton juga menganggap bahwa waktu dalam kerangka acuan yang beragam dapat diukur berkenaan dengan waktu mutlak, sesuatu yang tidak berubah.

Persoalan-persoalan dengan Pandangan Newton dan Maxwell mengenai Alam Semesta

Pada akhir abad ke-19, baik rumusan yang rapi, elegan dari Maxwell tentang elektromagnetisme dan mekanika klasik Newton menunjukkan beberapa persoalan. Beberapa ketidakkonsistenan yang tampaknya kecil namun para ilmuwan tidak mampu menjelaskannya dengan memuaskan. Ketidakkonsistenan ini mencakup kenyataan bahwa orbit planet Merkurius di sekitar matahari sedikit berbeda dari ramalan yang dibuat oleh para ilmuwan yang mempelajari orbit. Juga, ada persoalan-persoalan dengan persamaan Maxwell, eter, dan kerangka acuan bergerak. Para ilmuwan sedang mempertimbangkan masalah-masalah yang sebelumnya telah diterima sebagai kebenaran seperti apakah kecepatan cahaya sesungguhnya pasti atau tidak.

Persamaan Maxwell yang menyatukan studi tentang listrik, magnetisme, dan optik (dengan memasukkan cahaya sebagai gelombang elektromagnetik), menunjukkan bahwa kecepatan cahaya adalah ketetapan yang pasti. Namun, keberadaan kecepatan yang pasti untuk cahaya tidak sesuai dengan pandangan Galileo dan Newton yang menyatakan bahwa kecepatan bervariasi tergantung pada pengamat. Apabila seorang pengamat yang bergerak mengukur kecepatan cahaya, hasilnya seharusnya berbeda dari kecepatan yang diukur oleh seorang pengamat yang tidak bergerak. Namun, persamaan Maxwell membutuhkan kecepatan cahaya yang pasti tidak beragam, tidak menjadi masalah siapa yang melakukan pengamatan. Hal ini tentunya sangat membingungkan namun kemudian Einstein dating untuk memberikan beberapa penjelasan.

Pemecahan Einstein

Dalam makalah tahun 1905, Einstein mengusulkan suatu solusi bagi permasalahan tentang kecepatan cahaya. Dalam makalahnya, Einstein pertama-tama mendukung prinsip dasar Galileo tentang relativitas. Pandangan Galileo tentang relativitas hanya dilakukan untuk hukum-hukum mekanika fisika. Einstein sebaliknya memperluas pernyataan awal itu dengan memasukkan hukum-hukum fisika. Pernyataan baru Einstein tentang relativitas adalah bahwa semua hukum-hukum fisika sama untuk pengamat tidak bergerak.

Dalil-dalil Relativitas Khusus Einstein

Pernyataan-pernyataan baru Einstein menunjukkan bahwa bukan hanya tidak ada percobaan mekanis yang dilakukan pengamat untuk membuktikan apakah dia bergerak atau tidak (pada kecepatan tetap), tetapi juga tidak ada percobaan optik atau elektromagnetik yang dapat dia lakukan. Einstein mengatakan bahwa kecepatan cahaya sama untuk semua pengamat tidak bergerak, dan tidak beragam atau bergantung pada sumber gerakan. Para pengamat bahkan tidak dapat menggunakan kecepatan cahaya untuk menyampaikan apakah mereka, atau sumber cahaya, bergerak atau tidak.

Dua dalil tentang relativitas khusus adalah :

1. Hukum-hukum fisika sama untuk kerangka acuan inersia apa pun.

2. Dalam kerangka acuan inersia, kecepatan cahaya (c) adalah sama apakah 

 cahaya itu dikeluarkan oleh suatu sumber yang bergerak (gerakan yang sama,  

 tidak mengalami percepatan) atau diam.

Ruang-waktu

Pandangan Galileo tentang Relativitas membuat kita melupakan gagasan tempat yang pasti pada ruang. Pandangan baru Einstein tentang relativitas menggunakan pandangan ini selangkah lebih maju. Pandangan ini tidak hanya menghilangkan gagasan yang pasti di angkasa, tetapi juga menghilangkan gagasan tentang waktu yang pasti. Peristiwa-peristiwa yang terjadi pada saat yang sama bersifat sekaligus. Einstein menunjukkan bahwa keserantakan tidak pasti dalam kerangka acuan. Peristiwa-peristiwa yang muncul bersamaan bagi seorang pengamat dapat terjadi bagi pengamat lain pada waktu yang berbeda.

Teori ini membuat waktu sebagai waktu yang tidak tetap (variabel) lain dari tempat “ruang dan waktu”. Dengan bantuan ahli matematika Jerman, Hermann Minkowski (1864-1909), Einstein menunjukkan bahwa kejadian-kejadian dipertimbangkan seperti terjadi pada suatu koordinat empat dimensi tertentu; tiga dimensi untuk lokasi ruang yang khas (seperti garis lintang, garis bujur, dan ketinggian), ditambah dimensi keempat untuk waktu. Dan persis seperti tiga posisi ruang bisa beragam sesuai dengan kerangka acuan.

                                                              

Kereta Api Relatif

Einstein menganjurkan suatu percobaan pikiran untuk membantu memahami bagaimana seorang pengamat dapat berpikir bahwa dua peristiwa bersamaan dan pengamat lain berpikir dua peristiwa itu tidak bersamaan. Bayangkan sebuah kereta api dengan seorang pengamat di atas gerbong di tengah kereta api dan pengamat lainnya di tanah. Pada suatu saat tertentu, dua pengamat itu berhadapan langsung satu sama lain, dan mencocokkan jam mereka ketika mereka melambaikan tangan sambil berlalu.

Lalu, dua ledakan petir menyambar, satu meninggalkan tanda di ujung depan kereta dan di tanah pada titik yang sama, dan satu lagi meninggalkan tanda di belakang kereta api dan pada titik yang sama pada tanah. Kedua pengamat mencatat kejadian ini.

Pengamat di darat mendapat cahaya dari kedua sambaran kilat pada saat yang sama. Dia mengukur jarak antara kedua tanda di tanah, dan menemukan bahwa dia berdiri tepat di tengah-tengah dua titik. Karena dia mengetahui bahwa kecepatan cahaya tetap, dia dapat menyimpulkan bahwa kedua sambaran kilat terjadi pada saat yang bersamaan sebab cahaya melintas pada jarak yang sama.

Pengamat di atas kereta mempunyai kesimpulan yang berbeda. Dia berdiri di tengah kereta api dan dia mengetahui bahwa jarak dari tanda yang dibuat kilat di ujung depan kereta api sama dengan jarak dari tanda yang dibuat kilat di ujung belakang kereta api. Namun, dia mendapat cahaya yang dikeluarkan oleh sambaran kilat di depan kereta sebelum cahaya dikeluarkan dari sambaran kilat di belakang kereta. Sebab dia mengetahui bahwa kecepatan cahaya tetap, dan jarak dari masing-masing tanda adalah sama, dia menyimpulkan bahwa sambaran kilat di depan kereta terjadi sebelum sambaran kilat di belakang kereta.

Bagaimana hal ini bisa terjadi? Kedua kejadian itu bersamaan bagi pengamat di darat, tetapi tidak bersamaan bagi pengamat di atas kereta api. Kita dapat memahami bagaimana hal ini terjadi dengan melihat gerakan dari pengamat di atas kereta api. Pada waktu cahaya menghampirinya dari depan dan belakang kereta api, dia bergerak bersama seluruh gerbong kereta api. Arah gerakannya adalah menghadap depan kereta api. Jadi, ketika dibandingkan dengan jarak di tanah, cahaya dari depan kereta api harus melintasi jarak yang lebih sedikit untuk menghampiri pengamat tersebut. Sementara cahaya dari belakang kereta harus melintasi jarak yang lebih besar. Perbedaan dalam lintasan waktu ini menjelaskan mengapa pengamat di atas kereta api menyimpulkan cahaya dari dua peristiwa ini tidak bersamaan.

Dengan demikian, karya awal Einstein tentang relativitas menunjukkan bahwa baik ruang maupun waktu tidak mutlak. Persepsi dari setiap ruang dan waktu tergantung pada pengamat dan kerangka acuannya. Namun, Einstein benar-benar mengganti dalil mutlak ini dengan lebih mendasar dan baru. Dalam teori baru tentang ruang dan waktu, satu-satunya yang mutlak adalah cahaya. Kecepatan cahaya adalah mutlak, bebas dari kerangka acuan.

Beberapa Teka-teki dari Relativitas Khusus

Di samping hal-hal aneh yang sebelumnya tidak pernah disinggung, dimana peristiwa-peristiwa tidak lagi bersamaan jika diukur dari kerangka acuan berbeda, relativitas khusu juga menghasilkan beberapa perilaku yang sangat aneh ketika kecepatan mendekati kecepatan cahaya. Menggali beberapa dari konsekuensi aneh ini, yang semuanya konsisten dengan pandangan Einstein tentang alam semesta, menghasilkan banyak gagasan yang menarik yang mempengaruhi jalan yang diambil oleh sains.  Diantaranya, dilatasi (pemuaian) waktu, penyusutan panjang, dan paradoks kembar.

B.     TEORI RELATIVITAS UMUM

Setelah keberhasilan relativitas khusus dalam menyatukan ruang dan waktu, Einstein mulai melakukan penelitian atas teori relativitas umum, yang akhirnya menyatukan relativitas dan gravitasi, seperti yang awalnya dikembangkan oleh Galileo dan Newton.

Relativitas Khusus Lawan Relativitas Umum

Teori relativitas khusus Einstein merombak cara para ilmuwan memandang ruang dan waktu. Cara itu menggabungkan ruang dan waktu menjadi teori ruang-waktu yang baru di mana baik waktu dan jarak adalah variabel bukannya faktor tetap. Satu-satunya jumlah tetap dalam relativitas khusus Einstein adalah kecepatan cahaya. Namun, relativitas khusus dibatasi kerangka acuan inersia (kerangka yang tidak mempercepat atau mengubah arah).

Einstein mulai melakukan penelitian segera untuk melakukan generalisasi teori relativitasnya. Dia menginginkan suatu teori yang menjelaskan apa yang terjadi bukan hanya kerangka acuan inersia tetapi juga kerangka apa pun yang menggerakkan, mempercepat, atau mengubah arah. Ketika kerangka itu dipadamkan, ada masalah lain dengan relativitas khusus, yakni relativitas khusus bertentangan dengan hukum gravitasi Newton. Dalam penelitian untuk meyatukan gravitasi dan relativitas, Einstein akhirnya menghasilkan teori relativitas umum.

Teori relativitas umum Einstein juga disebut “Hukum Gravitasi Einstein”, dan berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Galileo dan Newton tentang tarikan gravitasi. Mulai tahun 1907, Einstein memulai percobaannya untuk menggunakan gravitasi sebagai sesuatu yang tetap dalam teori gravitasi yang lebih umum, persis seperti kecepatan cahaya yang tetap dalam teori relativitas khusus.

Sebuah Kotak di Ruang Angkasa

Einstein mengajukan sebuah percobaan pemikiran seperti yang dia lakukan beberapa waktu sebelumnya untuk mempertimbangkan masalah relativitas umum. Dalam hal ini, dia membayangkan seorang pengamat dalam stasiun ruang angkasa, cukup jauh dari benda-benda lainnya sehingga tidak tunduk pada gaya gravitasi apapun. Karena tidak ada benda apapun yang cukup dekat untuk memberikan gaya gravitasi, pengamat dalam kotak itu akan mengapung di sekitarnya.

Namun, Einstein lalu mempertimbangkan apa yang terjadi jika sebuah tali diikatkan pada kotak itu, dan beberapa “keadaan” luar mulai menarik kotak itu dengan kekuatan tetap. Aktivitas ini akan menyebabkan kotak dan pengamat di dalamnya bergerak cepat ke atas menuju keadaan yang menarik tali itu. Pengamat dalam kotak tersebut tidak akan mengapung lagi tapi dia akan menuju dasar kotak dan dia harus berdiri di sana.

Pengamat tersebut juga dapat melakukan eksperimen dengan menjatuhkan benda dalam kotak atau mengelindingkan benda-benda itu dari tempat yang miring, dan mendapati bahwa benda-benda tersebut bergerak dengan cepat menuju lantai pada kecepatan tetap. Dengan demikian, pengamat itu akan menyimpulkan bahwa dia ada dalam kotak yang besar, dia mungkin akan berfikir mengapa kotak itu sendiri tidak jatuh, dan ketika dia memukuli tali itu (digunakan keadaan yang tidak terlihat) maka dia akan menyimpulkan bahwa kotak itu tergantung pada tali tersebut.

Jadi, apakah pengamat dalam kotak itu salah? Einstein menyatakan bahwa sebenarnya pandangan pengamat dalam kotak itu persis sama besarnya dengan pandangan pengamat di luar, atau seorang yang dapat melihat seluruh sistem. Yaitu, tidak ada perbedaan antara, berada dalam sebuah kotak yang berkecepatan sama (kerangka acuan), dan berada dalam medan gravitasi yang sama.

Prinsip ekuivalensi

Sebenarnya, percobaan pikiran yang sederhana ini menuju prinsip dasar relativitas umum. Ingat bahwa relativitas khusus didasarkan pada gagasan bahwa kerangka acuan inersia adalah sama, dan bahwa pengamat tidak dapat menyatakan apakah dia diam atau dalam rangka acuan bergerak pada kecepatan tetap. Relativitas umum memperluas gagasan ini. Dalam relativitas umum, kerangka acuan yang cepat sebanding dengan kerangka acuan di mana ada medan gravitasi yang sama. Gagasan ini disebut prinsip ekuivalensi Einstein, dan Einstein mengatakan bahwa penemuan gagasan ini, pada tahun 1907, adalah pemikiran yang paling membahagiakan dalam hidupnya.

Prinsip ekuivalensi Einstein mengatakan bahwa tidak ada cara untuk membedakan antara kerangka acuan percepatan dan kerangka acuan di mana ada medan gravitasi yang sama. Dengan kata lain, percepatan dan gravitasi dengan tepat menciptakan kondisi yang sama, dan pengamat dalam ruang tertutup tidak dapat melakukan percobaan apa pun untuk membedakan keduanya.

            Hasil lain dari prinsip ekuivalensi adalah

1.      pergeseran atau perubahan warna merah secara gravitasi yang dapat dijelaskan dengan efek Doppler, perubahan warna merah dan biru,

2.      waktu dan ketinggian yang dapat dijelaskan dengan jam yang bergerak cepat di atas gunung, dan dampak pada system penentuan posisi global,

3.      lengkungan ruang yang tidak mengakui geometri Euclid dan dijelaskan oleh Einstein melalui ruang yang dibelokkan,

4.      menyelesaikan masalah perihelium Merkurius.

Pembelokan Cahaya dalam Suatu Medan Gravitasi

Setelah makalahnya pada tahun 1907 tentang prinsip ekuivalensi, Kontribusi Einstein berikutnya dalam bidang relativitas umum tidak muncul hingga tahun 1911. Sebagai bagian dari prinsip ekuivalensinya, Einstein menyadari bahwa cahaya itu sendiri seharusnya dibelokkan oleh medan gravitasi. Namun, ketika mempertimbangkan ukuran bumi, Einstein berpendapat bahwa kecil kemungkinan adanya eksperimen tentang klaim seperti ini.

Meskipun demikian, dalam makalahnya tahun 1911, Einstein menyadari bahwa pembelokan cahaya dapat dilihat melalui pengamatan astronomis. Massa bintang-bintang dan galaksi, menurut dugaan Einstein, cukup luas untuk membelokkan cahaya ke tingkat yang cukup dapat diamati.

Pengukuhan Pengamatan

Ramalan Einstein yang berani bahwa cahaya dapat dibelokkan oleh medan gravitasi dengan cukup mengagumkan dikukuhkan oleh pengamatan-pengamatan yang dilakukan pada tanggal 29 Mei 1919, selama gerhana matahari total. Para ahli astronomi membuat pengukuran yang sangat seksama tentang posisi bintang-bintang dekat matahari selama gerhana terjadi. Mereka melihat bahwa posisi yang tampak dibelokkan dengan jarak dari 1,7 detik busur lingkaran, suatu jarak yang sangat kecil, tetapi merupakan jarak yang telah diramalkan oleh Einstein. Pengukuran ini menyingkirkan batas-batas ketepatan ilmiah pada waktu itu, tetapi cukup tepat untuk mengukuhkan teori Einstein.

Pengukuhan teori Einstein tahun 1919 membuat Einstein terkenal dalam waktu singkat dan mitos tentang Einstein sang genius mulai dibangun. Hanya dalam tempo enam bulan setelah akhir PD I, orang-orang mengakui bahwa ilmuwan berusia empat puluh tahun ini telah menguak tabir dengan sangat mengagumkan dalam bidang sains murni yang tidak terpengaruh oleh konflik politik atau sosial.

Pengamatan tahun 1919 tentu membuat Einstein dan relativitas umum menjadi pusat perhatian, tetapi keraguan tetap ada tentang apakah teorinya benar adanya atau tidak. Pengamatan gerhana memiliki tingkat kesalahan sampai 20%, tidak cukup tepat untuk mengesampingkan beberapa teori gravitasi yang bersaing dengan teori Einstein. Hingga akhirnya satelit Hipporcos memetakan posisi binatang dengan akurasi yang belum pernah terjadi sebelumnya, dari tahun 1989 sampai tahun 1993, para ilmuwan akhirnya mempunyai cukup bukti untuk menunjukkan bahwa ramalan Einstein benar sampai tingkat akurasi 1/10 dari 1% - satu dalam seribu. Hal ini cukup untuk meyakinkan bahkan ilmuwan yang paling skeptis sekalipun.

Bentuk Akhir Relativitas Umum

Pada tanggal 25 November 1915, setelah sejumlah awal percobaan yang keliru dan kesalahan lainnya, Einstein menyerahkan makalah, yang kira-kira berjudul “Persamaan Medan Gravitasi”, yang akhirnya memiliki persamaan medan untuk relativitas umum. Hampir semua teman Einstein pada masa itu bingung dan heran oleh serangkaian makalah cepat antara tahun 1912 dan 1915, yang masing-masing mengoreksi, mengubah, dan memperluas makalah-makalah sebelumnya.

Salah satu dari perluasan pertama relativitas umum dilakukan oleh Karl Schwarzschild (1873-1916) pada tahun 1916. Dalam makalah ini, Schwarzchild memecahkan persamaan relativitas umum dan gravitasi Einstein untuk menemukan medan gravitasi benda besar dan padat. Penelitian ini menuju pada penemuan lubang hitam, bintang neutron, dan benda-benda astronomis lainnya.

Pada bulan Maret 1916, Einstein menulis sebuah artikel yang menyimpulkan dan menjelaskan fondasi, penyokong relativitas umum dalam istilah yang lebih mudah dipahami. Artikel tersebut dan satu lagi yang dia tulis tidak lama kemudian menjadi sumber resmi untuk relativitas umum.

Tiga pernyataan penting mengenai relativitas umum adalah sebagai berikut

1. Ruang dan waktu tidak kaku. Bentuk dan struktur ruang dan waktu dipengaruhi oleh materi dan energi.
2. Materi dan energi menentukan bagaimana ruang, dan ruang waktu berbentuk kurva lengkung.
3. Ruang dan pelengkungannya menentukan bagaimana materi bergerak.

Relativitas umum benar-benar dikukuhkan dengan sangat kuat dalam bidang fisika. Hal ini membuat banyak ilmuwan yang menolak gagasan baru Einstein pada masa itu menyesal. Teori tersebut ternyata masuk akal dan beberapa tahun kemudian ketika nama besar Einstein meningkat, semakin banyak ilmuwan yang mulai mengerti dan mengembangkan teori-teori pemecahan Einstein.