Ruang waktu dan 4 Dimensi, Bukan imajinasi!

Hampir semua paham bahwa ruang tempat kita hidup ini berdimensi tiga. Arah dimensi, atau sumbu, itu dapat dibedakan sebagai depan-belakang, kiri-kanan, dan atas-bawah. Dalam ilmu ukur ruang, dimensi atau sumbu juga disebut kordinat. Biasanya diberi notasi x untuk sumbu kiri-kanan, y untuk sumbu depan-belakang, danz untuk sumbu atas-bawah.

Kita bebas bergerak di ketiga sumbu ini, mundar mandir sesuka hati kalau tak ada yang menghalangi.

Banyak pula yang sudah menyadari bahwa dimensi yang kita alami bukan cuma tiga, tetapi empat. Sumbu yang satu lagi itu adalah waktu. Biasanya notasinya t.


Diantara yang sudah menyadari ini, kebanyakan beranggapan dimensi waktu tterpisah sama sekali dari dimensi yang tiga (x, y, z). Alasannya, kita tidak memiliki kebebasan pada dimensi t. Waktu t tidak bisa kita jelajahi sesuka hati seperti kita menjelajahi ruang x, y dan z. Kita terperangkap dalam waktu. Kita hanya dapat mengalir bersamanya pada satu arah, menuju masa depan. Berdasarkan akal sehat, hampir semua orang beranggapan bahwa waktu mengalir dengan kecepatan yang sama bagi semua orang di semua tempat. Satu jam bagi anda sama dengan satu jam bagi saya, bagi semua orang. Dan semuanya hanya menuju masa depan. Waktu tidak bisa mundur. Kita semua bareng-bareng diseret oleh waktu.

Waktu yang telah berlalu adalah kenangan, baik maupun buruk, dan waktu yang akan datang adalah angan-angan atau harapan.

Waktu akan tetap sebagai kenangan dan harapan seandainya tidak ada Einstein yang memberikan rumusan bahwa ruang dan waktu sebenarnya saling terkait, dan merupakan sistem kordinat yang menyatu. Ini sebenarnya konsep Hermann Minkowski. Kata Minkowski: “Sebenarnya, kalau hanya ada ruang saja, atau waktu saja, keduanya akan meluruh menjadi tak lebih dari sekedar bayang-bayang. Kalau keduanya menyatu, barulah ada kenyataan” (Henceforth, space by itself, and time by itself, are doomed to fade away into mere shadows, and only a kind of union of the two will preserve an independent reality). James Clerk Maxwell, Henry Poincare dan Hendrik Lorentz juga memberikan kontribusi pada rumusan Einstein.

Adalah Maxwell yang menuliskan persamaan gelombang elektromagnetik, dimana di dalamnya ada satu konstanta, yang kemudian disadari sebagai kecepatan rambat gelombang elektromagnetik di dalam vakum. Konstanta ini sekarang dinamai kecepatan cahaya c.

Einstein berpostulat bahwa c adalah konstanta (kecepatan) yang tak dapat dilampaui oleh apapun, baik bermasa (partikel) maupun tidak (photon, informasi). Bukan berarti kecepatan dengan bilangan lebih besar dari 300.000 km/detik dilarang, atau tak bermakna, atau tidak ada. Konsekuensi dari temuan Edwin Hubble, bahwa semakin jauh galaksi dari bumi semakin cepat geraknya menjauhi kita, mempunyai konsekuensi bahwa ada galaksi, karena jaraknya yang begitu jauh dari kita, maka kecepatannya dalam menjauhi kita melampaui kecepatan cahaya. Artinya, galaksi yang begini tidak mungkin kita lihat sampai kapanpun, karena sinyalnya tak akan pernah sampai ke bumi sampai kapanpun.

Sebelum Einstein mengemukakan teori relstivitas khusus mengenai kecepatan cahaya ini, Hendrik Lorentz mengemukakan teorinya mengenai panjang dan waktu yang berubah dengan kecepatan. Kalau anda melintas di depan saya dengan mobil kecepatan penuh, menurut pengukuran saya panjang mobil anda sedikit lebih pendek dari yang tertera dalam spesifikasinya. Selain itu jam anda juga berdetik lebih lambat dari jam saya. Ini yang disebut kontraksi ruang dan dilasi waktu. Ukuran panjang dan waktu (diukur oleh pihak yang diam) dipengaruhi oleh (tergantung kepada) kecepatan geraknya. Makin cepat gerakan anda, makin lambat waktu anda.

Jadi ruang dan waktu saling terkait. Makin cepat anda bergerak, makin lambat waktu anda. Kalau anda bergerak secepat c, waktu anda berhenti. Kalau anda bergerak lebih cepat dari c, waktu anda mundur, dan anda kembali ke masa lalu. Tapi yang ini kan katanya tidak boleh. Lagi pula, kalau anda bergerak dengan kecepatan yang cukup bermakna dibandingkan dengan c, maka transformasi Lorentz juga jadi bermakna, dan masa anda membesar. Kalau anda bergerak secepat c, masa anda menjadi tak berhingga. Kesimpulannya, kecepatan sama dengan c tidak mungkin dicapai oleh materi. Hanya photon yang bisa bergerak secepat c, itupun dalam vakum. Dalam medium seperti udara, air, atau kaca, kecepatan photon kurang dari c.

Waktu adalah bagian dari ruang. Einstein memperlihatkan bahwa waktu berbeda atara ruang yang bergerak dan ruang yang diam dengan visualisasi eksperimen pikiran (thought experiment) sbb.:

Dalam sebuah pesawat yang dapat bergerak dengan cepat, disiapkan alat percobaan yang terdiri atas sebuah sumber cahaya sekaligus detektor cahaya dan sebuah cermin pemantul cahaya. Keduanya diletakkan dengan jarak L.

Sebelum pesawat bergerak, eksperimen dilakukan, dan waktu tempuh cahaya dari sumber, menuju cermin, dipantulkan, sehingga kembali ke detektor adalah t = 2L/c.

Umpamakan saja kita yang berada di darat akan dapat mengamati juga eksperimen yang dilakukan di dalam pesawat yang bergerak lurus dengan kecepatan tetap. Namanya juga eksperimen pikiran.

Nah, ketika pesawat sudah bergerak lurus dengan kecepatan tetap, orang-orang di pesawat akan memperoleh hasil yang sama dengan ketika pesawat belum bergerak. t = 2L/c.

Tetapi kita yang berada di darat akan mendapatkan hal yang berbeda.

Cahaya yang dihasilkan lampu bukan hanya menempuh jarak 2L, tetapi 2L’. Sehingga waktu tempuh cahaya adalah t = 2L’/c. Sedangkan L’ lebih panjang dari L.

Jadi,menurut kita yang ada di darat, cahaya memerlukan waktu lebih lama untuk mencapai detektor, dibandingkan catatan waktu yang dibuat di dalam pesawat yang sedang bergerak.

Detak waktu di darat lebih cepat dibandingkan dengan detak waktu di dalam pesawat yang bergerak.

Waktu merupakan bagian dari ruang dimana kita berada. Ruang waktu. 4 dimensi.

Sumber: http://goo.gl/HLP7t5