Teori relativitas umum merupakan teori Einstein tentang gravitasi, ruang, dan waktu. Menurut teori ini, gravitasi merupakan efek dari kelengkungan ruang-waktu. Gravitasi bukan merupakan gaya seperti yang dikatakan oleh Newton.
Teori relativitas umum ini telah lolos berbagai eksperimen. Akan tetapi, eksperimen-eksperimen yang sudah dilakukan untuk menguji teori ini hanya terbatas dalam skala tata surya saja. Bahkan beberapa fisikawan menyatakan bahwa teori relativitas umum bisa gagal dalam skala intergalaktik. Namun kali ini, untuk pertama kalinya, sebuah penelitian telah membuktikan bahwa dalam skala besar, teori Einstein yang satu ini tetap berlaku. Apa dan bagaimana eksperimen ini bekerja? Simak penjelasan berikut ini.
Pembelokan Cahaya Bintang
Einstein terkenal sebenarnya bukan karena teorinya yang indah dan revolusioner. Seindah apapun suatu teori, apabila tidak ada bukti maka tidak mungkin bisa diterima. Setiap teori harus membuat prediksi yang bisa diuji oleh eksperimen. Salah satu prediksi yang diajukan oleh Einstein adalah pembelokan cahaya bintang di sekitar matahari. Jika gravitasi adalah gaya tarik antarbenda yang memiliki massa, maka fenomena pembelokan cahaya bintang tidak mungkin terjadi sebab cahaya tidak memiliki massa.
Tetapi jika gravitasi adalah efek dari kelengkungan ruang-waktu, cahaya bintang bisa saja membelok dikarenakan adanya lengkungan ruang yang diciptakan oleh matahari. Bintang yang seharusnya tidak terlihat karena terhalang oleh matahari menjadi bisa terlihat[1], seperti yang diilustrasikan pada gambar berikut.
Jadi yang perlu dilakukan sekarang adalah mengambil foto bintang-bintang ketika tidak ada matahari kemudian membandingkannya dengan foto ketika ada matahari di depan bintang-bintang tersebut. Masalahnya, bintang tidak akan terlihat bersamaan dengan matahari sebab cahaya bintang akan kalah terang dengan cahaya matahari. Oleh karena itu, observasi ini harus dilakukan ketika terjadi gerhana matahari total.
Inilah yang dilakukan oleh Sir Arthur Eddington, seorang astronom berkebangsaan Inggris, negara yang sedang terlibat permusuhan dengan negaranya Einstein, Jerman. Eddington melakukan ekspedisi ke Afrika untuk menguji prediksi yang dibuat oleh teori Einstein. Sempat kecewa karena ternyata langit sedang mendung, Eddington kemudian mengalami suasana yang cukup dramatis sebab awan mendung yang menghalangi matahari menyingkir saat terjadi gerhana. Hasil dari pengamatan ini ternyata positif, sesuai seperti yang diprediksi oleh teori relativitas umum. Seketika, Einstein pun menjadi ilmuwan yang paling terkenal sedunia sebab telah meruntuhkan teori gravitasi Newton.[2]
Materi Gelap, Energi Gelap, dan Cincin Einstein
Kecurigaan terhadap kemampuan teori relativitas umum dimulai ketika ilmuwan menghitung penyusun-penyusun alam semesta. Mereka menemukan hasil yang mengejutkan. Galaksi, bintang, planet, dan segala sesuatu yang sudah kita ketahui saat ini secara prediksi hanya 5% dari keseluruhan penyusun alam semesta. 26% alam semesta adalah materi gelap (dark matter) dan 69% adalah energi gelap (dark energy).[3] Istilah “gelap” disini maknanya adalah ilmuwan belum tahu apa penyusun alam semesta, seperti ungkapan “Tau Ah, Gelap”.
Ilmuwan sudah melakukan pencarian tetapi masih belum bisa menemukan. Bisa jadi alasannya sederhana yaitu karena sesuatu yang gelap tersebut tidak ada. Materi gelap dan energi gelap merupakan prediksi dari teori relativitas umum. Jika keduanya tidak ada, artinya teori relativitas umum salah. Karena itulah mulai bermunculan berbagai teori alternatif tentang gravitasi. Teori-teori alternatif ini mengatakan bahwa teori relativitas umum sudah tidak berlaku lagi dalam skala intergalaktik sehingga harus dimodifikasi.[4]
Fenomena pembelokan cahaya bintang yang telah disebutkan di atas dapat dikembangkan untuk menguji apakah teori relativitas umum masih berlaku pada skala intergalaktik. Caranya, kita cari dua buah galaksi yang berjajar lurus, satu di depan, satu di belakang. Jika galaksi yang ada di depan bentuknya bulat, ia akan membelokkan cahaya galaksi yang ada di belakangnya sedemikian rupa sehingga akan tampak menyebar melingkar seperti sebuah cincin. Fenomena ini disebut sebagai cincin Einstein (Einstein ring). Jari-jari cincin ini ditentukan oleh massa galaksi yang ada di depan.[5]
Ujian Bagi Teori Relativitas Umum
Hubungan antara jari-jari cincin Einstein dengan massa galaksi yang ada di depan ternyata dapat digunakan untuk menguji teori relativitas umum pada skala intergalaktik. Hal ini jelas karena jarak antara kedua galaksi pastilah sangat berjauhan. Yang perlu kita lakukan adalah mencari cincin Einstein kemudian mengukur jari-jarinya berserta massa galaksi yang ada di depan. Dari kedua nilai ini kita dapat menghitung sebuah parameter yang disebut dengan rasio potensial. Nilai dari parameter inilah yang penting karena menurut teori relativitas umum, rasio potensial selalu bernilai 1 dimanapun di alam semesta ini. Akan tetapi menurut teori-teori alternatif gravitasi, nilainya bergantung pada skala. Semakin jauh jarak yang kita tinjau, nilai parameter ini semakin jauh dari 1.[4]
Collet dan kawan-kawan melakukan penelitian untuk menghitung nilai rasio potensial pada skala intergalaktik. Mereka menggunakan data galaksi ESO 325-G004 yang diambil menggunakan teleskop ruang angkasa Hubble. Setelah dianalisa menggunakan program komputer, hasil yang muncul cukup menyenangkan. Kesimpulannya adalah kita tidak perlu repot-repot memodifikasi teori relativitas umum karena pada skala intergalaktik teori ini masih berlaku. Hasil yang mereka dapatkan untuk nilai rasio potensial adalah sebesar 0,97 dengan ralat 0,09. Artinya, prediksi dari teori relativitas umum adalah benar.[4]
Hasil penelitian ini mempunyai implikasi yang cukup serius. Jika teori relativitas umum pada skala intergalaktik masih berlaku, artinya prediksi tentang penyusun-penyusun alam semesta juga benar. Materi gelap dan energi gelap kemungkinan besar memang benar-benar ada. Tugas kita sekarang adalah berhenti menyangkal keberadaannya dan mulai lebih giat lagi dalam melakukan pencarian. Cepat atau lambat rahasia-rahasia yang disembunyikan oleh alam semesta pasti akan terkuak. Cepat jika kita sebagai anak bangsa ikut berpartisipasi dan lambat jika kita hanya diam dan tidak peduli.
REFERENSI:
[1] Hobson, M. P., Efstathiou, G., & Lasenby, A. N. (2006). General Relativity, An Introduction for Physicist. Cambridge: Cambridge University Press.
[2] Richard et al. 2009. 90 years on – the 1919 eclipse expedition at Principe. https://academic.oup.com/astrogeo/article/50/4/4.12/281042 diakses pada 1 Juli 2018
[3] CentenaryofCanberra. 2013. Brian Schmidt – The Accelerating Universe & the hunt for dark energy. https://www.youtube.com/watch?v=dQf82LOOm-4 diakses pada 1 Juli 2018
[4] Collet et al. 2018. A precise extragalactic test of General Relativity. Science 360, 1342–1346
[5] HyperPhysics. Einstein Ring. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Astro/einring.html diakses pada 1 Juli 2018
Mahasiswa fisika UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta