Memahami relativiti. (2)

Pada bahagian lepas penulis telah menerangkan secara ringkas dua postulat utama dalam teori relativiti. Dua postulat tersebut ialah:
a) Hukum alam adalah sama dalam semua bingkai rujukan (ruang)
b) Halaju cahaya adalah pemalar mutlak dalam semua bingkai rujukan

Dalam bahagian kedua penulis akan menerangkan dengan lebih lanjut apakah yang dimaksudkan dengan bingkai rujukan (English-frame of reference) dan gerakan relatif. (English-relative movement)

Untuk menerangkan dua konsep di atas, maka analogi tren akan digunakan.

Bayangkan sebuah tren bergerak meninggalkan sebuah stesen dengan halaju seragam, V. Dari sudut gerakan relatif, kita juga boleh mengatakan bahawa stesen bergerak meninggalkan tren dengan halaju seragam V pada arah bertentangan.


Rajah 1 (tren ialah kotak bertayar, sementara stesen ialah bulatan kecil tunggal) - tren meninggalkan stesen dengan halaju seragam V. Secara relatif, stesen meninggalkan tren dengan halaju seragam V pada arah bertentangan.

Bingkai rujukan adalah ruang di mana pemerhati berada. Sebagai contoh, bayangkan sebuah tren bergerak dengan halaju seragam V meninggalkan stesen (analogi yang sama sebelum ini). Terdapat dua pemerhati; satu di dalam tren dan satu lagi di stesen. Bagi pemerhati dalam tren, bingkai rujukan beliau ialah tren itu sendiri. Ini kerana beliau berada di dalam ruang tren tersebut dan bergerak bersama-samanya. Menggunakan definisi yang sama, maka bingkai rujukan bagi pemerhati di stesen tren ialah stesen itu sendiri.

Menurut relativiti, tidak ada bingkai rujukan yang bersifat pegun secara mutlak. Semua bingkai rujukan bergerak, relatif di antara satu sama lain. Ini dapat dilihat dalam analogi tren di atas. Jika diterjemah ke dalam teori relativiti, maka setiap satu bingkai rujukan yang terlibat (tren dan stesen) bergerak dengan halaju seragam antara satu sama lain.

Bingkai rujukan inersia dan kaitan dengan relativiti khas.

Teori relativiti merangkumi dua bahagian utama; teori relativiti khas dan teori relativiti am. Relativiti khas membincangkan hukum relativiti di antara bingkai-bingkai rujukan yang tidak dipengaruhi oleh sebarang daya; dengan kata lain kesemua bingkai-bingkai rujukan dalam perbincangan berkaitan teori ini adalah bingkai rujukan inersia. Sementara relativiti am pula membincangkan hukum relativiti yang melibatkan satu atau lebih bingkai rujukan yang ditindakkan oleh daya luar seperti lif yang sedang jatuh bebas dan tren yang memecut.

Bingkai rujukan inersia (English-inertial frame of reference) ialah bingkai rujukan yang tidak ditindakkan oleh sebarang daya luar. Kesemua jasad yang wujud di dalamnya berada dalam keadaan pegun jika bingkai rujukan tersebut pegun, atau bergerak bersama-sama bingkai rujukan jika bingkai rujukan tersebut bergerak dengan halaju seragam. Oleh itu seseorang yang sedang berada dalam sebuah bingkai rujukan inersia tidak akan dapat menentukan sama ada ruang yang menempatkannya itu bergerak atau tidak. Sebagai contoh dalam analogi tren di atas, kedua-dua bingkai rujukan (tren dan stesen) adalah bingkai rujukan inersia.

Jika sebuah bingkai rujukan bergerak dengan halaju tidak seragam (yakni memecut dan menyahpecut) maka bingkai rujukan tersebut bukanlah bingkai rujukan inersia. Hukum alam dalam bingkai rujukan bukan inersia akan bertindak secara luar biasa sepertimana yang berlaku pada penumpang sebuah bas jika bas tersebut memecut. Penumpang akan merasakan daya luar menolaknya ke depan atau ke belakang dan sekaligus dengan mudah menentukan bahawa ruang yang sedang menempatkannya itu sedang bergerak. Dengan kata lain, sebuah bingkai rujukan bukan inersia menerima tindakan dari suatu daya luar yang tidak diketahui. Pengiraan dan analisis untuk bingkai rujukan bukan inersia lebih kompleks dan diperjelaskan oleh Einstein dalam teori relativiti umum beliau, beberapa tahun selepas menjelaskan teori relativiti khas.

Untuk memahami bingkai rujukan inersia, bayangkan jika bumi sentiasa memecut dalam putaran atau peredarannya. Jika demikian maka kita akan sentiasa berada dalam keadaan digerakkan oleh suatu daya luar. Oleh itu bumi adalah bingkai rujukan inersia kerana tidak memecut atau menyahpecut.

-Bersambung pada bahagian ketiga-