Percobaan Michelson-Morley dan Kegagalan

Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 2 156 Analogi sederhana prinsip perhitungan yang dilakukan Michelson dan Morley adalah dengan pendekatan fisika klasik. Pendekatan tersebut menganggap arah gerak relatif eter terhadap bumi sebagai aliran arus air sungai dan arah gerak cahaya sebagai gerakan perahu P dan Q yang masing-masing bergerak sejajar dan tegak lurus arus air seperti gambar 9.4 berikut. Kita asumsikan bahwa kecepatan relatif eter terhadap bumi adalah v. Dengan demikian, waktu yang ditempuh P bolak-balik untuk tetap bergerak tegak lurus arus adalah: P 2 2 2 2 2d d c t 2 c v v 1 c = = . . . 9.10 Waktu yang diperlukan Q untuk gerak bolak-balik sejajar arus adalah: t Q = d d c c v v + + t Q = d dc c v c v 1 c 2 2 2 2 2 2 = . . . 9.11 Perbandingan waktu tempuh P dan Q adalah: P Q t t = v c 2 2 1 . . . 9.12 Jika kecepatan cahaya diketahui dan perbandingan waktunya diketahui maka v dapat dihitung. Pada percobaan Michelson–Morley sinar-sinar yang dipantulkan oleh cermin M 1 dan M 2 pada interferometer akan ditangkap oleh detektor. Sinar- sinar tersebut membentuk pola interferensi bergantung pada selisih jarak Gambar 9.4 Analogi percobaan Michelson dan Morley untuk menguji kebenaran teori eter d v c P Q d v + c v – c c Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 2 157 tempuh cahaya. Jika jarak yang ditempuh cahaya dari kedua cermin ke M adalah sama maka selisih fase gelombang cahaya yang sampai adalah ct Q – ct P . Jika jarak cermin M 1 dan M 2 ke cermin M adalah d, selisih jaraknya menjadi: s = d d v v c c 2 2 2 2 2 2 1 1 s = § · ¨ ¸ © ¹ v d c 1 2 2 2 2 1 . . . 9.13 Dengan bantuan binominal Newton a + b n akan kita peroleh: s = d 2 2 v c . . . 9.14 Selisih jarak kedua sinar akan membentuk pola interferensi yang dapat dilihat pada detektor. Jika seluruh alat diputar 90 o terhadap sumbu vertikal, arah kecepatan eter v tidak berubah, tetapi sinar yang datang dari M 1 dan M 2 bertukar tempat. Hal ini menyebabkan terjadinya selisih jarak antara kedua sinar tersebut dan seharusnya mengubah pergeseran letak interferensi maksimum. Kenyataan dari hasil eksperimen ini adalah tidak pernah ditemukan pergeseran letak interferensi maksimum. Berdasarkan hasil eksperimen ini disimpulkan bahwa: 1. Teori eter alam gugur secara eksperimental. 2. Cahaya merambat ke segala arah dengan kecepatan sama, tidak tergantung pada gerak pengamat.

D. Postulat Einstein

Dari pembahasan sebelumnya diketahui bahwa teori fisika klasik tidak dapat menjelaskan gerak benda-benda yang kecepatannya tinggi. Hal ini menggugah para fisikawan untuk terus meneliti gerak benda tersebut, salah satunya adalah Albert Einstein. Pada tahun 1905 Albert Einstein mengemukakan teori relativitas khusus. Ia mengajukan dua postulat dalam teori relativitas khusus yang terkenal sebagai postulat Einstein , yaitu: 1. Hukum-hukum Newton dapat dinyatakan dalam persamaan yang berbentuk sama invarian untuk semua kerangka acuan inersial. Dalam bentuk lain postulat ini menyatakan bahwa kita tidak mungkin mengukur gerak mutlak suatu benda. Sebagai contoh, sebuah roket bergerak dengan kecepatan 100 ms mendekati bulan. Postulat Einstein Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 2 158 Transforma- si Lorentz Hal tersebut dapat dikatakan bahwa bulan bergerak mendekati pesawat dengan kecepatan 100 ms jika ditinjau dari titik acuan di roket. Sebenarnya ini merupakan perluasan dari relativitas Newton yang mencakup seluruh jenis pengukuran fisis. 2. Kecepatan cahaya untuk semua pengamat adalah sama, tidak tergantung pada keadaan gerak pengamat. Jika sebuah pesawat bergerak dengan kecepatan cahaya c mendekati pengamat yang diam di bumi maka bersamaan dengan itu ia akan melepaskan sinyal cahaya. Menurut postulat ini pengamat di bumi akan melihat laju cahaya tersebut juga dalam kecepatan c pula. Hal ini berbeda dengan konsep relativitas Newton di mana laju cahaya besarnya adalah 2c. Hal ini menuntut perlunya peninjauan kembali tentang berbagai konsep fisika klasik tentang gerak, waktu, massa, dan besaran-besaran fisis lain.

E. Transformasi Lorentz

Postulat Einstein menyebabkan peninjauan kembali tentang banyak hal. Salah satu cara peninjauan tersebut adalah dengan transformasi