Relativitas Ruang dan Waktu

Menurut teori relativitas, ruang dan waktu adalah suatu sistem yang terpadu dan mengubah gagasan ruang dan waktu sebagai suatu entitas yang berbeda. Ruang dan waktu dapat berubah dari sistem inertial yang satu ke sistem inestial yang lain. Sehingga ruang dan waktu akan bersifat relatif terhadap seorang pengamat yang melakukan pengamatan.
Sifat relatif ruang dan waktu dipengaruhi oleh gerak yang relatif. Waktu tidak dapat dipisahkan dengan gerak, sebagaimana halnya juga dengan ruang. Suatu gerak relatif yang mendekati kecepatan cahaya akan mempengaruhi observasi bagi seorang pengamat di mana mereka akan mencatat waktu yang berbeda. Implikasinya adalah semakin cepat suatu obyek bergerak, maka akan dicatat waktu yang pendek, atau waktu akan bergerak lebih lambat dibandingkan dengan obyek diam relatif. Suatu arloji yang jarumnya bergerak tampaknya berjalan lambat, bila dibandingkan dengan arloji yang sama dalam keadaan diam relatif. Perlambatan arloji itu akan semakin besar jika obyek bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya. 

Ruang

Ruang diekspresikan dalam bentuk tiga dimensi. Dalam pembicaraan sehari-hari bagi awam, ruang mungkin diartikan sebagai sesuatu yang terdapat dalam satuan volum. Memiliki tinggi, lebar dan panjang. Kita bisa meletakan dan menentukan posisi suatu materi di dalam ruang tersebut dengan mengetahui titik tinggi, lebar dan panjang materi tersebut dengan batas acuan ruang ukuran ruang itu. Dan sebenarnya pula, suatu materi yang kita tempatkan dalam ruang tersebut, juga berposisi sebagai ruang bagi materi yang terdapat di dalamnya. Mungkin bisa kita sebut sebagai sub ruang. Penilaian itu bisa terus berlangsung sampai pada sub ruang yang paling kecil, yaitu atom.
Pemahaman seperti di atas, akan menjawab persoalan tentang ruang karena ada pembatasan. Titik acuannya pun jelas dan statis, yaitu batas ruang yang melingkupi sub ruang itu. Padahal dalam kenyataannya, kita berdiam pada sesuatu yang bergerak. Bumi bergerak, matahari bergerak dan alam semesta terus mengembang. Sekarang, bagaimanakah kita bisa menentukan titik suatu materi di dalam ruang alam semesta yang terus mengembang?
Einstein sendiri pernah bertanya mengenai persoalan tersebut. Mungkinkah menentukan tempat sesuatu dalam ruang? Dan mungkinkah dibuktikan dengan cara yang mutlak dan pasti bahwa sesuatu benda dan benda lain tidak bergerak?
Jika kita menetapkan matahari sebagai acuan terhadap posisi kita, padahal matahari bersama tata surya juga bergerak dalam galaksi Bimasakti mengelilingi pusatnya. Atau juga jika kita menentukan galaksi Bimasakti sebagai pedoman, tetapi ternyata galaksi Bimasakti dengan galaksi lain pun bergerak mengelilingi pusatnya membentuk suatu cluster. Menurut Einstein, pengukuran tersebut sia-sia dan berujung pada hasil yang relatif.
Aplikasi sederhana adalah seperti ketika kita mengamati dua buah pesawat jet identik bentuk dan ukuran di ruang angkasa yang dimana salah satunya terbang mendekati yang lain. Untuk menandai, salah satu pesawat diberi warna merah dan satunya berwarna biru. Kondisi angkasa pada waktu itu dalam keadaan ideal tanpa ada bintang atau sesuatupun yang kita jadikan sebagai acuan. Pada kondisi itu kita tidak dapat membedakan pesawat mana yang mandekati mana. Kesulitan kita untuk menentukan mana pesawat yang bergerak, yang merah atau yang biru, dikarenakan kita tidak memiliki benda sebagai titik acuan untuk mengamati peristiwa tersebut.
Keadaan alam semesta yang mengembang dikemukakan oleh Edwin P. Hubble (Inggris, 1889-1953) dari Observatorium Mount Wilson di California pada tahun 1925. Dia menemukan kenyataan bahwa galaksi-galaksi yang selalu dalam keadaan gerak itu, selain berotasi juga bergerak ke arah semakin menjauhi bumi. Kenyataan lain, bahwa kecepatan dalam melakukan gerakan menjauhi tersebut juga semakin bertambah. Hingga dalam suatu kecepatan yang pernah diukur mencapai 100.000 kilometer per detik atau kira-kira mencapai sepertiga kecepatan cahaya. Dalam teorinya “The Expanding Universe”, Hubble menyatakan bahwa seluruh ruang alam semesta dengan milyaran galaksi berada dalam keadaan mengembang saling menjauhi satu sama lain denan kecepatan yang sangat tinggi.
Jika kita membuat titik-titik pada sebuah balon karet dan meniupkan udara kedalamnya, maka titik-titik tersebut akan saling menjauhi satu sama lain terhadap titik pusatnya. Proses tersebut mirip dengan kejadian alam semesta ini dalam keadaannya yang terus mengembang.
Pandangan ini sangat bertentangan dengan pendapat Newton. Hipotesis Newton menyatakan harus ada sesuatu benda yang benar-benar diam dan terletak jauh sekali serta tidak dikenal. Benda tersebutlah yang dijadikan sebagai acuan untuk membandingkan gerak hakiki. Newton sendiri tidak bisa membuktikan keberadaan dan wujud benda tersebut. Selanjutnya untuk mempertahankan hipotesanya, Newton lalu menganggap bahwa yang tetap itu adalah alam semesta itu sendiri dengan menyandarkan semuanya pada dasar-dasar keagamaan.
Dan perlu menjadi catatan juga bahwa ruang semesta berbentuk melengkung. Memang agak sulit mempercayai bahwa ruang angkasa yang begitu luas “tak terbatas” dan tampaknya tak terbentuk itu ternyata melengkung. Pengukurannya menggunakan berkas cahaya. Menjadi catatan penting juga, bahwa dalam ruang lingkup planet yang kita tempati yaitu bumi, cahaya merupakan ukuran yang paling jitu, melebihi ketelitian dari sebuah mistar, untuk melakukan pengukuran suatu garis lurus dalam geometri Euklides.
Mengenai bentuk lintasan cahaya yang melengkung ini bahkan sempat di uji coba pada 29 Mei 1919, pada saat Gerhana Matahari Total oleh astronom Inggris Dr. A.C.D. Crommelin dan Profesor Arthur S. Eddington (Inggris, 1882-1944). Pemotretan dilakukan pukul 1.30 siang tepat setelah sebelumnya diguyur hujan. Pengamatan melalui obsevatorium di Pulau Principe, Brazil ini menghasilkan suatu kenyataan di luar dugaan yang menunjukan bahwa cahaya bintang di sekitar matahari ke arah dalam, menuju matahari saat melewati medan gravitasi matahari sebesar 1,64 detik busur, angka nyaris tepat seperti apa yang diramalkan oleh Einstein melalui teori relativitasnya sebesar 1,75 detik busur. Hasil pengamatan itu disampaikan dalam sebuah pertemuan yang dihadiri oleh pakar-pakar fisika dan astronomi di salah satu ruang Royal Society, London, Inggris.
Eksperimen itu sendiri sebenarnya memang dirancang untuk menguji ramalan Einstein tentang pembelokan cahaya. Kesimpulan yang dapat ditarik dari hasil pengamatan ini adalah, bila garis melengkung itu diangkat ke dalam suatu bentuk ruang, di mana ia sekaligus berfungsi sebagai garis yang pendek antar dua titik, maka ruang angkasa itu sendirilah pasti berbentuk melengkung.
Sebelumnya tahun 1914, Ekspedisi Freundlich ke Krimea gagal karena ditangkap tentara Rusia pada saat Perang Dunia I.

Waktu
 

Sebagaimana halnya ruang, waktu juga berkaitan erat dengan gerak. Semakin cepat suatu benda bergerak, maka waktu pada arloji yang berlaku bagi benda itu akan berjalan lebih lambat dibandingkan dengan waktu yang berlaku bagi benda yang berada pada posisi diam. Perlambatan yang terjadi bukan karena selisih detik pada arloji diperlambat. Namun perlambatan berlaku pada seluruh sistem yang turut bergerak, baik itu arloji bahkan jika benda itu adalah manusia.
Dalam keadaan dengan kecepatan yang biasa sebagaimana yang kita alami sehari-hari perlambatan tidak akan terasa karena sangat kecil, namun perlambatan akan semakin besar jika kecepatan yang ditempuh semakin mendekati cepat rambat cahaya (c = 300.000 km/detik).
Sebelum membicarakan lebih jauh, dalam penggunaan keseharian kita mungkin hanya mengetahui waktu itu berarti penunjukan jarum arloji yang berputar dalam skala detik, menit, jam, hari, bulan dan tahun. Perhitungan tersebut pada dasarnya adalah penggambaran peredaran bumi, planet yang kita tempati, dalam berotasi terhadap sumbunya dan berevolusi mengelilingi pusat tata surya, matahari. Pada dasarnya perhitungan itu hanyalah merupakan istilah sebagai kedudukan dalam hal tempat. Satu jam berarti peredaran bumi mengitari sumbunya sebesar 15˚, satu hari merupakan peredaran penuh sebesar 360˚, dan satu tahun adalah satu putaran penuh bumi mengitari matahari.
Pedoman yang digunakan dalam sistem waktu kita disesuaikan dengan peredaran sistem matahari, tetapi ingat, perhitungan ini hanya berlaku di bumi dan bukanlah satu-satunya sistem perhitungan waktu yang bisa diterapkan ketika kita berada di luar bumi. Misalkan saja ketika kita berada di planet Merkurius, waktu yang diperlukan untuk berputar dalam sumbunya adalah 88 hari. Sama dengan waktu yang dibutuhkan Merkurius untuk berevolusi mengitari matahari. Artinya jika dibandingkan dengan waktu Bumi, sehari di Merkurius sama dengan setahun di Bumi. Pengertian ini jelas sangat berbeda dengan hari dan tahun yang berlaku di Bumi. Apalagi jika kita melakukan pengukuran waktu di planet Neptunus.
Sama halnya jika kita mengistilahkan “sekarang, nanti, sebelum, sesudah, lama, sebentar, besok, kemarin” selalu membutuhkan suatu sistem referensi sebagai acuan. Istilah tersebut sangatlah pribadi. Waktu-ku akan bisa berbeda dengan waktu-mu. Waktu sendiri sebenarnya tidak dapat diukur. Kita hanya bisa mengukur selisih waktu (∆t). Misalnya jika kita menunjuk sesudah jam 5, artinya adalah ketika jarum arloji menunjuk pada angka setelah angka 5. Kita hanya bisa melakukan pengukuran waktu dengan mencari selisih waktu sebelum dan sesudah. Kita dapat mengukur waktu selama 2 jam yang dibutuhkan perjalan ke suatu tempat, jika selisih waktu antara pada saat berangkat dan ketika sampai adalah 2 jam. Untuk membatasi istilah waktu tersebut diperlukan dua peristiwa sebagai penanda.
Selain itu waktu bersifat lokal hanya berlaku pada satu sistem referensi, dan tidak berlaku pada dua sistem. Jika seseorang menelpon dari Indonesia ke temannya di Paris pada jam 10.00, kita bisa mengatakan dua orang yang sedang berbicara dengan telepon pada waktu yang sama. Hal itu disebabkan karena mereka menggunakan berbicara dalam sistem astronomi dan referensi penggunaan waktu dan planet yang sama. Kejadian tersebut tidak bisa kita samakan ketika salah satu dari mereka berada di planet yang jauh dengan sistem astronomi yang berbeda pula, misalnya di planet Arcturus. Jarak planet Arcturus ke bumi sekitar 30 tahun cahaya. Sehingga jika “sekarang”, tahun 2036, kita menerima sinyal cahaya yang dikirimkan dari planet Arcturus, maka sebenarnya kita menerima sinyal cahaya yang dikirim 30 tahun sebelumnya, tahun 2006, di planet Arcturus.
Selanjutnya Einstein mengusulkan cepat rambat cahaya dalam ruang hampa, yang dilambangkan dengan huruf c, sebesar 299,796 kilometer/sekon, sebagai referensi universal dalam menentukan titik suatu peristiwa. Sebagaimana dikatakan di awal, ketika suatu benda bergerak dengan kecepatan setara dengan cepat rambat cahaya, maka dia akan mendapatkan perlambatan sebesar 100% untuk waktu dengan memperbandingkan pada benda yang berada pada posisi diam relatif. Jika benda tersebut manusia, maka ia akan mendapati dirinya tidak mengalami pertambahan usia sama sekali.
Jika anda bertanya apakah mungkin? Menurut teori relativitas Einstein hal itu mungkin saja terjadi, asal memenuhi syarat bergerak setara dengan kecepatan cahaya. Jadi tidak perlu mencari air keabadian seperti cerita dongeng di masa kecil. Sampai sekarang belum ada satupun benda yang dapat bergerak secepat itu, kecuali cahaya itu sendiri. Namun seringkali terjadi sesuatu yang saat ini dianggap mustahil menurut sains, bisa saja menjadi kenyataan di masa yang akan datang.