Teori Relativitas Khusus (Special Relativity) yang dipublikasikan pada tahun 1905 mengubah pemahaman kita tentang ruang dan waktu. Teori ini berfokus pada kerangka acuan inersia (kerangka yang bergerak dengan kecepatan konstan).

1. Postulat Utama

Postulat 1: Prinsip Relativitas

Hukum-hukum fisika invarian (memiliki bentuk matematis yang sama) dalam semua kerangka acuan inersia.

• Makna Mendalam: Ini adalah generalisasi dari prinsip relativitas Galileo. Dulu, ia hanya berlaku untuk hukum mekanika Newton. Einstein memperluasnya untuk semua hukum fisika, termasuk elektromagnetisme (Hukum Maxwell). Postulat ini menghilangkan konsep “eter” (medium universal yang seharusnya membawa cahaya) karena jika hukumnya sama di mana pun, tidak ada kerangka acuan yang “mutlak diam” terhadap eter.

Postulat 2: Konstansi Kecepatan Cahaya

Kelajuan cahaya (c) dalam ruang hampa adalah konstan untuk semua pengamat, terlepas dari gerakan sumber cahaya atau pengamat.

• Makna Mendalam: Ini adalah postulat yang paling revolusioner. Dalam fisika klasik, kecepatan akan dijumlahkan. Misalnya, jika Anda melempar bola dengan kecepatan v dari kereta yang bergerak dengan kecepatan V, pengamat di luar akan melihat bola bergerak dengan kecepatan V+v. Namun, postulat ini menyatakan bahwa jika Anda menyalakan senter di kereta, kecepatannya yang diukur oleh pengamat di luar tetap c, bukan V+c. Batas kecepatan tertinggi di alam semesta adalah c.

---

2. Konsekuensi Ruang dan Waktu

Kedua postulat di atas memiliki konsekuensi langsung yang menggabungkan ruang dan waktu menjadi entitas tunggal yang disebut ruang-waktu (spacetime).

Dilatasi Waktu (Time Dilation)

Karena kecepatan cahaya adalah batas mutlak, jam yang bergerak harus berjalan lebih lambat bagi pengamat yang diam.

• Penjelasan: Untuk pengamat yang bergerak, jarak yang ditempuh cahaya dalam “jam cahaya” (sebuah perangkat hipotesis di mana cahaya memantul antara dua cermin) menjadi lebih panjang, membentuk hipotenusa dalam segitiga. Karena kecepatan cahaya harus tetap c (Postulat 2), maka waktu (t=jarak/kecepatan) harus memekar (lebih lama).
• Persamaan: Δt=1−c2v2​​Δt0​​=γΔt0​ di mana:
  • Δt = waktu yang diukur pengamat bergerak.
  • Δt0​ = waktu wajar (proper time), yang diukur oleh pengamat diam relatif terhadap jam.
  • γ = faktor Lorentz (γ>1 untuk v>0).
• Contoh Observasi: Dilatasi waktu diamati dalam peluruhan partikel μ-meson (muon) di atmosfer. Muon bergerak mendekati c dan memiliki waktu hidup yang sangat singkat. Tanpa dilatasi waktu, mereka tidak akan mencapai permukaan Bumi, tetapi karena waktu mereka memuai (melambat) dari sudut pandang kita, mereka berhasil mencapai permukaan.

Kontraksi Panjang (Length Contraction)

Jarak dan dimensi benda yang bergerak akan tampak memendek di sepanjang arah gerak bagi pengamat yang bergerak relatif.

• Penjelasan: Untuk pengamat yang bergerak sangat cepat, ruang itu sendiri tampak “menyusut” di sepanjang arah gerak. Kontraksi panjang dan dilatasi waktu saling berkaitan dan konsisten dengan c yang konstan.
• Persamaan: L=L0​1−c2v2​​=γL0​​ di mana:
  • L = panjang yang diukur pengamat bergerak (kontraksi).
  • L0​ = panjang wajar (proper length), yang diukur oleh pengamat diam relatif terhadap objek.

---

3. Konsekuensi Massa dan Energi

Kesetaraan Massa dan Energi (E=mc2)

Ini adalah hasil paling terkenal.

• Penjelasan: Relativitas Khusus menunjukkan bahwa energi total suatu benda yang bergerak mencakup tidak hanya energi kinetik klasiknya tetapi juga energi yang tersimpan dalam massanya, yang disebut energi diam (E0​). E0​=m0​c2 Persamaan ini menyatakan bahwa massa (m0​) adalah bentuk energi yang sangat terkonsentrasi. Pelepasan energi yang sangat besar dalam reaksi nuklir (fisi dan fusi) adalah contoh langsung dari konversi massa menjadi energi.

Massa Relativistik

Catatan: Dalam fisika modern, konsep “massa relativistik” (m) sering diganti dengan menggunakan momentum relativistik atau mempertimbangkan energi total (E) untuk mempertahankan massa diam (m0​) sebagai besaran invarian. Namun, secara historis:

• Konsep: Ketika suatu benda dipercepat hingga mendekati c, ia mendapatkan energi kinetik, dan Relativitas Khusus menyatakan bahwa ia juga mengalami peningkatan massa efektif (m). Peningkatan massa ini membuat percepatan lebih lanjut menuju c semakin sulit, secara matematis menegaskan bahwa c tidak dapat dicapai oleh benda bermassa.
• Persamaan (Massa Relativistik): m=1−c2v2​​m0​​=γm0​

source: https://www.scribd.com/document/268562724/Introduction-to-Special-Relativity-by-Wolfgang-Rindler