Sederhana...: PRINSIP RELATIVITAS (Dalam Pengertian Terbatas)

Dengan tujuan untuk mencapai kejernihan yang paling memungkinkan, Kita tinjau mengenai kereta api yang sedang berjalan dengan keepatan tetap atau seragam. Kita akan menyebut gerak seperti ini sebagai translasi seragam (“seragam” karena gerak tersebut mempunyai kecepatan dan arah yang tetap/konstan, “tanslasi” karena meskipun kereta api itu berubah posisinya relative terhadap tanggul rel tetapi tidak berotasi dalam geraknya). Mari kita membayangkan seekor burung gagak terbang melintas di udara dalam suatu cara sehingga gerakan burung tersebut, sebagaimana teramati dari tanggul rel, adalah seragam dan dalam lintasan lurus. Jika kita hendak mengamati si burung gagak yang sedang terbang itu dari dalam kereta api yang juga sedang bergerak, kita akan menemukan bahwa gerakan si burung memiliki kecepatan dan arah yang berbeda, tetapi tetap seragam dan berlintasan lurus. Dinyatakan secara abstak , kita bisa mengatakan : Jika sebuah massa m bergerak secara seragam dalam lintasan garis lurusterhadap suatu system koordinat K , maka ia juga akan bergerak secara seragam dan berlintasan lurus relative terhadap system koordinat kedua K’ dengan catatan bahwayang terakhir ini (K’) juga sedang menjalani gerak translator seragam terhadap K. Berkenaan dengan pembicaraan pada bagian sebelumnya, diketahui bahwa :

“Jika K adalah suatu system koordinat Galileian, maka semua system koordinat K’ yang lain adalah juga merupakan system koordinat Galileian, apabila dalam hubungannya dengan K ia berada dalam kondisi gerak translasi yang seragam. Relatif terhadap K’ ,hokum-hukum mekanika Galilei-Newton berlaku dengan baik dan pasti seperti mereka juga berlaku terhadap K.”

Kita maju maju selangkah lebih jauh dalam generalisasi kita apabila kita menyatakan prinsip tersebut demikian : Jika relative terhadap K , K’ adalah system koordinat yang bergerak secara seragam sama sekali bukan rotasi, maka fenomena alam menjalankan ajaranya terhadap K’ menurut hukum-hukum yang pasti sama seperti seperti terhadap K. Pernyataan ini disebut sebagai prinsip relativitas (dalam pengertian terbatas).

Selama diketahui cukup meyakinkan bahwa semua fenomena alam dapat direpresentasikan dengan bantuan mekanika klasik, tidak perlu adanya meragukan kesahihan (validitas) prinsip relativitas ini. Akan tetapi dari sudut pandang elektrodinamika dan optika yang telah berkembang hingga baru-baru ini, menjadi lebih terang bahwa mekanika klasik tidak lagi mampu memberikan pondasi yang cukup untuk deskripsi fisika dari semua fenomena alam. Pada titik ini pertanyaan mengenai validitas dari prinsip relativitas menjadi matang untuk dibahas, dan bukan mustahil nampaknya bahwa jawaban dari pertanyaan tersebut mungkin saja didapati negative.

Namun demikian, ada dua fakta umum yang pada awalnya berbicara banyak mendukung kesahihan prinsip relativitas. Sebab walaupun mekanika klasik tidak menyediakan bagi kita dasar yang cukup luas untuk presentasi teoretis dari semua fenomena fisika, tetap saja kita harus mengakuinya dengan ukuran “kebenaran” yang sangat besar. Ini karena mekanika klasik menyediakan bagi kita gerakan-gerakan actual benda-benda mulia (benda tidak sebenarnya) lengkap dengan detalinya yang nikmat dan sangat hebat. Oleh karena itu, prinsip relativitas harus berlaku dengan akurasi yang sangat besar di dalam bidang mekanika. Akan tetapi bahwa sebuah prinsip dengan keumuman yang demikian luas yang dituntut berlaku dengan kepastian yang begitu tinggi didalam satu ranah/bidang fenomena, sementara ia tidak begitu valid di dalam bidang yan lain, secara teori tidaklah sangat memungkinkan. Sekarang kita lanjutkan pada argument yang kedua, di belakang nanti kita akan kembali pada argument ini untuk membahasnya lebih banyak. Jika prinsip relativitas (dalam pengertian terbatas) tidak berlaku, maka koordinat Galileian K, K’, K”, dst., yang bergerak seragam relative satu terhadap yang lainya, akan menjadi tidak sepadan (ekuivalen) untuk mendeskripsikan fenomena alam. Dalam kasus ini kita akan terpaksa mempercayai bahwa hokum-hukum alam adalah mampu dirumuskan dalam cara sederhana tertentu, dan tentu saja hanya pada keadaan dimana dari antara semua system koordinat Galileian yang mungkin, kita mesti memilih salah satu (K_o) dari suatu keadaan gerak tertentu sebagai benda acuan kita. Kemudian kita mendapatkan pembenaran (karena manfaatnya untuk mendeskripsikan fenomena alam) dalam menyebut system ini “secara absolut dalam keadaan berhenti”, dan semua system Galileian K yang lain “di dalam keadaan bergerak”. Jika misalnya tanggul rel tadi adalah system K_o maka kereta api akan menjadi suatu system K , relative terhadap system dimana hukum-hukum yang kurang sederhana akan berlaku terhadap K_o. Berkurangnya kesederhanaan ini disebabkan oleh fakta bahwa kereta api Kakan berada dalam gerakan (yakni “sesungguhnya”) terhadap K_o. Didalam hukum alam umum yang telah dirumuskan dengan mengacu kepada K, arah dan besarnya kecepatan kereta api akan memainkan peranan penting. Kita bisa berharap, misalnya bahwa nada yang dikeluarkan oleh sebuah organ pipa (alat music) yang ditempatkan dengan porosnya sejajar dengan arah perjalanan akan menjadi berbeda dari nada yang dikeluarkan jika poros organ tersebut ditempatkan tegak lurusnterhadap arah perjalanan ini.

Sekarang dalam kebaikan gerakannya dalam suatu orbit sekeliling matahari, bumi kita dapat diperbandingkan dengan kereta api yang berjalan dengan kecepatan sekitar 30 km/s . JIka prinsip relativitas tidak valid maka kita akan berharap bahwa arah gerakan bumi pada setiap saat akan masuk kedalam hukum-hukum alam, dan juga bahwa system-sistem fisika dalam tingkah lakunya akan bergantung kepada orientasi dalam ruang dengan mengacu terhadap bumi. Sayangnya arah kecepatan revolusi bumi dalam satu tahun selalu berubah-ubah dan berselang-seling, hal ini membuat bumi tidak bisa selalu berada dalam keadaan yang tertentu relative terhadap system hipotetis K_o sepanjang satu tahun penuh. Bagaimanapun, observasi yang paling seksama sekalipun hingga saat ini belum pernah mengungkapkan sifat-sifat yang begitu anisotropic dalam ruang fisika terrestrial (kebumian), yaitu sifat non-ekuivalen fisika dari arah-arah yang berbeda. Hal ini merupakan argument yang sangt kuat untuk mendukung prinsip relativitas.