mAlbert Einstein merupakan seorang fisikawan asal Jerman yang mengembangkan teori umum relativitas, Einstein terkenal sebagai bapak fisika modern, fisikawan paling berpengaruh dari abad ke-20. Albert Einstein juga terkenal karena telah memenangi Hadiah Nobel bidang fisika pada 1921 untuk penjelasan tentang efek fotolistrik.
Einstein menerbitkan ratusan buku dan artikel sepanjang hidupnya. Ia menerbitkan lebih dari 300 makalah ilmiah dan 150 makalah non-ilmiah. Pada tanggal 5 Desember 2014, beberapa universitas dan lembaga kearsipan mengumumkan penerbitan warisan Einstein yang berisi lebih dari 30.000 dokumen. Prestasi intelektual dan orisinalitasnya membuat kata “Einstein” identik dengan “jenius”. Selain karyanya sendiri, ia juga berkolaborasi dengan ilmuwan lain dalam proyek pelengkap, antara lain statistik Bose-Einstein, lemari es Einstein, dan sebagainya.
Berikut beberapa makalah yang pernah di tuliskan Einstein
Makalah annus mirabilis
Sosok einstein saat menulis makalah annus mirabilis pada tahun 1904-1905
Makalah pertama menjelaskan efek fotolistrik, yang merupakan satu-satunya penemuan spesifik yang ada dalam kutipan yang memberikan Einstein Penghargaan Nobel Fisika. Kemudian akalah kedua menjelaskan gerak Brown, yang menyebabkan fisikawan enggan menerima keberadaan atom. Makalah ketiga memperkenalkan teori relativitas khusus Einstein. Keempat makalah ini, bersama dengan mekanika kuantum dan teori relativitas umum Einstein kemudian, merupakan dasar dari fisika modern.
Mekanika statistika
Makalah pertama Einstein, yang ada pada tahun 1900 kepada jurnal Annalen der Physik adalah mengenai kapilaritas. Makalah tersebut terbit pada tahun 1901 dengan judul “Folgerungen aus den Capillaritätserscheinungen”, yang berarti “Kesimpulan dari Fenomena Kapilaritas”. Dua makalah yang terbit pada tahun 1902–1903 (termodinamika) berupaya menafsirkan fenomena atom dari sudut pandang statistika. Makalah ini adalah dasar bagi makalah tahun 1905 mengenai gerak Brown, yang menunjukkan bahwa gerak Brown merupakan bukti kuat bahwa molekul itu ada. Penelitiannya pada tahun 1903 dan 1904 umumnya berkaitan dengan efek ukuran atom terhadap fenomena difusi.
Mekanika statistik adalah penerapan teori probabilitas, yang melibatkan matematika untuk menangani populasi besar, ke bidang mekanika, yang mempelajari gerak partikel atau benda yang mengenai gaya. Hal ini memberikan kerangka kerja untuk menghubungkan sifat mikroskopis atom dan molekul individu dengan sifat makroskopis atau sebagian besar materi yang teramati sehari-hari, dan menjelaskan termodinamika sebagai produk alami statistik dan mekanika (mekanika klasik dan kuantum) pada tingkat mikroskopis. Secara khusus, mekanika statistik dapat berguna untuk menghitung sifat termodinamika bahan limbah berdasarkan data spektroskopi molekul individu.
Kemampuan untuk membuat prediksi makroskopis berdasarkan sifat mikroskopis merupakan keunggulan utama mekanika statistik dari termodinamika. Kedua teori tersebut tunduk pada hukum kedua termodinamika yang menggunakan entropi.
Teori opalesen kritis
Einstein kembali mengabdi untuk meneliti masalah fluktuasi termodinamika dan melakukan eksperimen dengan benda cair dengan kepadatan berbeda pada titik kritisnya. Variasi massa jenis sesuai dengan turunan kedua energi bebas yang terkait dengan massa jenis. Pada titik kritis, turunan ini menjadi nol sehingga menimbulkan fluktuasi yang besar. Efek fluktuasi densitas menunjukkan bahwa cahaya dari semua panjang gelombang tersebar, membuat cairan tampak putih susu. Einstein mengaitkan fenomena ini dengan hamburan Rayleigh, yang terjadi ketika besaran fluktuasi jauh lebih kecil daripada panjang gelombang, sehingga menjelaskan mengapa langit berwarna biru. Einstein menghitung opalescence kritis dari eksperimen fluktuasi kepadatan dan menunjukkan bagaimana efek Rayleigh dan hamburan muncul dari susunan atomistik materi.
Relativitas khusus
Makalah “Zur Elektrodynamik bewegter Körper”. Konsep ini mempersatukan persamaan Maxwell (hukum listrik dan magnet) dengan hukum mekanika Newton dengan memperkenalkan perubahan pada hukum mekanika. Secara pengamatan, efek perubahan ini paling tampak pada kecepatan tertinggi. Teori yang berkembang dalam makalah ini kemudian terkenal sebagai teori relativitas khusus Einstein.
Dalam makalahnya mengenai kesetaraan massa-energi, Einstein menciptakan rumus E = mc2 sebagai konsekuensi dari persamaan relativitas khusus. Einstein awalnya membingkai relativitas khusus dalam kajian kinematika (ilmu tentang benda bergerak). Pada tahun 1908, Hermann Minkowski menafsirkan ulang relativitas khusus dalam kajian geometris sebagai teori ruang waktu. Einstein menggunakan konsep Minkowski dalam mengembangkan teori relativitas umum pada tahun 1915.
Relativitas umum
Relativitas umum adalah teori gravitasi yang dikembangkan oleh Einstein antara tahun 1907 dan 1915. Menurut relativitas umum, gaya tarik gravitasi yang diamati pada massa benda diperoleh dari lengkungan ruang dan waktu oleh massa tersebut. Relativitas umum berkembang menjadi teori penting dalam astrofisika modern. Teori ini menjadi dasar bagi pemahaman mengenai lubang hitam, wilayah angkasa tempat daya tarik gravitasi begitu kuat sehingga cahaya pun tidak bisa lepas.
Menurut Einstein, alasan pengembangan relativitas umum berawal dari ketidakpuasannya atas preferensi gerakan inersia dalam relativitas khusus. Akibatnya, pada tahun 1907 ia menerbitkan sebuah artikel mengenai akselerasi relativitas khusus. Dalam artikel berjudul “Prinsip-Prinsip Relativitas dan Kesimpulannya”, ia berpendapat bahwa gerak jatuh bebas tergolong gerakan inersia, dan dalam pengamatan gerak jatuh bebas, aturan relativitas khusus harus ada pengaplikasian dalam kehidupan sehari-hari. Dalam artikel yang sama, Einstein juga mengemukakan fenomena dilasi waktu gravitasi, pergeseran merah gravitasi, dan defleksi cahaya.
Pada tahun 1911, Einstein menerbitkan artikel berjudul “Pengaruh Gravitasi pada Propagasi Cahaya”, yang kemudian artikel tahun 1907 mengenai perkiraan jumlah defleksi cahaya oleh benda-benda besar.
Gelombang gravitasi
Pada tahun 1916, Einstein meneliti gelombang gravitasi, riak dalam kurvatur ruang waktu yang merambat sebagai gelombang, bergerak keluar dari sumber, mengangkut energi radiasi gravitasi. Keberadaan gelombang gravitasi dibuktikan oleh relativitas umum melalui invarians Lorentz, yang menciptakan konsep interaksi fisik gravitasi dengan kecepatan perambatan terbatas. Sebaliknya, gelombang gravitasi tidak bisa dibuktikan oleh teori gravitasi Newton, yang menyatakan bahwa interaksi fisik gravitasi merambat dengan kecepatan tak terbatas.
Pendeteksian gelombang gravitasi pertama dan tidak langsung terjadi pada tahun 1970 melalui pengamatan sepasang bintang neutron yang mengorbit dekat, PSR B1913+16. Penjelasan mengenai peluruhan dalam periode orbitnya menunjukkan bahwa bintang tersebut memancarkan gelombang gravitasi. Teori Einstein pada 11 Februari 2016, ketika para peneliti di LIGO menerbitkan pengamatan pertama gelombang gravitasi, yang terdeteksi di Bumi pada tanggal 14 September 2015, tepat seratus tahun setelah prediksi Einstein.
Argumen lubang dan teori Entwurf
Ketika mengembangkan relativitas umum, Einstein mengalami kebingungan terkait ukuran invarian dalam teorinya. Ia merumuskan argumen yang membuatnya menyimpulkan bahwa teori medan dalam relativitas umum tidak ada. Einstein menyerah mencari persamaan tensor kovarians umum dan mulai mencari persamaan invarian dalam transformasi linear umum.
Pada Juni 1913, teori Entwurf (‘sketsa’) lahir sebagai hasil investigasi lanjutan. Sesuai namanya, teori ini adalah sketsa dari sebuah teori, kurang elegan dan lebih sulit daripada relativitas umum, dengan persamaan gerak yang dilengkapi dengan kondisi pengukuran tambahan. Setelah lebih dari dua tahun meneliti secara intensif, Einstein menyadari bahwa argumen lubang tersebut keliru dan berhenti mengembangkan teori ini pada November 1915.
Kosmologi fisik
Pada tahun 1917, Einstein menerapkan teori relativitas umum pada struktur alam semesta secara keseluruhan. Ia menemukan bahwa persamaan medan umum memprediksi semesta yang dinamis, baik yang berkontraksi maupun mengembang. Karena bukti pengamatan semesta yang dinamis tidak dikenal pada saat itu, Einstein memperkenalkan istilah baru, konstanta kosmologis, hingga persamaan medan, memungkinkan teorinya memprediksi semesta yang statis. Persamaan medan Einstein memprediksi semesta statis pada kurvatur tertutup, sesuai dengan pemahaman Einstein tentang prinsip Mach pada tahun-tahun tersebut.
Setelah adanya resesi nebula oleh Edwin Hubble pada tahun 1929, Einstein berhenti meneliti model statis semesta, dan mengembangkan dua model dinamis kosmos, yakni semesta Friedmann-Einstein pada tahun 1931 dan semesta Einstein–de Sitter pada tahun 1932. Dalam masing-masing model ini, Einstein mengabaikan konstanta kosmologis, mengklaim bahwa “teori tersebut tidak memuaskan”.
Di sebagian besar biografi Einstein, Einstein menyebut konstanta kosmologis pada tahun-tahun berikutnya sebagai “kesalahan terbesarnya”. Astrofisikawan Mario Livio baru-baru ini meragukan pernyataan ini, mengungkapkan bahwa pernyataan tersebut berlebihan.
Pada akhir 2013, sebuah tim dengan pimpinan dari fisikawan Irlandia Cormac O’Raifeartaigh menemukan bukti bahwa tak lama setelah mempelajari pengamatan Hubble tentang resesi nebula, teori Einstein sebagai model keadaan tetap semesta. Dalam naskah yang saat ini terabaikan, kemungkinan pada awal 1931, Einstein mengeksplorasi model semesta yang mengembang ketika densitas materi tetap bersifat konstan akibat penciptaan materi berkelanjutan, suatu proses yang ia kaitkan dengan konstanta kosmologis.
Dengan demikian, terbukti bahwa teori Einstein sebagai teori keadaan tetap mengenai semesta mengembang selama bertahun-tahun sebelum Hoyle, Bondi dan Gold. Tetapi, teori keadaan tetap Einstein mengandung cacat mendasar dan ia tidak menyelesaikan teori tersebut.
Pseudotensor momentum energi
Relativitas umum mengkaji ruang waktu dinamis, sehingga sulit untuk mengetahui cara mengidentifikasi energi dan momentum konservasi. Teorema Noether memungkinkan kuantitas ini melalui teori Lagrangian dengan translasi invarian, tetapi kovarians umum membuat translasi invarian menjadi semacam simetri ukuran. Energi dan momentum yang berasal dari relativitas umum melalui rumus Noether tidak menghasilkan tensor nyata dalam kasus ini.
Einstein berpendapat bahwa metode tersebut benar dengan alasan medan gravitasi dapat menghilang melalui pemilihan koordinat. Ia menyatakan bahwa pseudotensor momentum energi nonkovarian merupakan penggambaran terbaik dari distribusi momentum energi dalam medan gravitasi. Pendekatan ini bersal dari Lev Landau, Evgeny Lifshitz, dan ilmuwan lainnya, dan telah menjadi standar dalam bidang terkait.
Lubang cacing
Pada tahun 1935, Einstein berkolaborasi dengan Nathan Rosen menciptakan model lubang cacing, yang juga terkenal dengan jembatan Einstein-Rosen. Motivasinya adalah untuk memodelkan partikel elementer bermuatan sebagai solusi dari persamaan medan gravitasi, sejalan dengan program yang diuraikan dalam makalah “Apakah Medan Gravitasi Berperan Penting dalam Pembentukan Partikel Elementer?”. Solusi ini memotong dan menempelkan lubang hitam Schwarzschild untuk membuat jembatan antara dua tambalan.
Jika salah satu ujung lubang cacing bermuatan positif, ujung lainnya akan bermuatan negatif. Penemuan ini membuat Einstein meyakini bahwa pasangan partikel dan antipartikel dapat dijelaskan melalui metode ini.
Teori Einstein–Cartan
Untuk menggabungkan partikel titik berpintalan ke dalam relativitas umum, koneksi afin perlu digeneralisasi untuk menyertakan bagian antisimetrik, yang disebut torsi. Modifikasi ini dikembangkan oleh Einstein dan Cartan pada 1920-an.
Persamaan gerak
Teori relativitas umum memiliki hukum dasar — persamaan medan Einstein, yang menjelaskan bagaimana ruang melengkung. Persamaan geodesi, yang menjelaskan bagaimana partikel bergerak, merupakan hasil turunan dari persamaan medan Einstein.
Karena persamaan relativitas umum bersifat nonlinear, segumpal energi yang terbuat dari medan gravitasi murni, seperti lubang hitam, akan bergerak pada lintasan yang ditentukan oleh persamaan medan Einstein, bukan oleh hukum fisika baru. Jadi, Einstein mengusulkan bahwa garis edar tunggal, seperti lubang hitam, ditetapkan sebagai geodesi relativitas umum. Teori ini diciptakan oleh Einstein, Infeld, dan Hoffmann untuk meneliti objek mirip titik tanpa momentum sudut, dan oleh Roy Kerr untuk objek berpintalan.
Teori kuantum lama
Dalam sebuah makalah tahun 1905, Einstein menyatakan bahwa cahaya terdiri dari partikel lokal (kuanta). Kuanta cahaya Einstein secara umum ditolak oleh semua fisikawan, termasuk Max Planck dan Niels Bohr. Gagasan ini baru diterima secara universal pada tahun 1919, setelah adanya eksperimen terperinci Robert Millikan mengenai efek fotolistrik, dan dengan mengukur penyebaran Compton.
Einstein menyimpulkan bahwa setiap gelombang frekuensi f terkait dengan kumpulan foton dan energi hf, dengan h adalah konstanta Planck. Einstein tidak banyak berpendapat, karena ia tidak yakin bagaimana partikel-partikel tersebut terkait dengan gelombang. Tetapi ia menyatakan bahwa gagasan ini akan menjelaskan hasil eksperimen tertentu, terutama efek fotolistrik.
Referensi
Michio Kaku (2023), Alberh Einstein https://www.britannica.com/biography/Albert-Einstein "Scientific Background on the Nobel Prize in Physics (2011). The accelerating universe" https://web.archive.org/web/20120516052710/https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2011/advanced-physicsprize2011.pdf Kuepper, Hans-Josef. "List of Scientific Publications of Albert Einstein” https://web.archive.org/web/20130508071317/http://www.einstein-website.de/z_physics/wisspub-e.html Levenson, Thomas (9 September 1997). "Einstein's Big Idea Einstein, A (June 1916). "Näherungsweise Integration der Feldgleichungen der Gravitation" North, J.D. (1965). The Measure of the Universe: A History of Modern Cosmology. New York: Dover. hlm. 81–83. Einstein, Albert & Rosen, Nathan (1935). "The Particle Problem in the General Theory of Relativity"
Baca Tulisan Sebelumnya:Mengenal Biografi dan Perjalanan Hidup Albert Einstein
