Ilmuwan di Belakang Gravitasi

Gravitasi bumi identik dengan Newton, karena memang teori gravitasi yang kita pelajari di sekolah adalah teori yang ditemukan oleh Newton. Namun, sebelum akhirnya teori gravitasi universal tercetus, ada beberapa ilmuwan sebelum Newton yang telah memikirkan fenomena gravitasi. Mari kita baca bersama-sama sejarah singkatnya.

1. Aristoteles (384-322 Sebelum Masehi)

Teori-teori yang diajukan oleh Aristoteles umumnya murni berasal dari pemikiran. Seperti misalnya penggambaran jagat raya layaknya lapisan-lapisan lingkaran dengan bumi sebagai pusatnya. Kemudian pembagian elemen yang menyusun alam semesta menjadi 4: air, api, tanah, udara.

Menurut aristoteles, setiap benda memiliki kecenderungan untuk kembali ke tempat asalnya. Sehingga alasan batu jatuh ke tanah saat dilepaskan dari ketinggian adalah karena batu mengandung lebih banyak unsur tanah. Aristoteles juga berpendapat bahwa benda yang lebih berat akan jatuh lebih cepat dibanding benda yang lebih ringan. Dalam salah satu pembuktiannya, aristoteles membandingkan kecepatan jatuh batu dan bulu. Batu terbukti lebih dulu mencapai tanah. Dari sini aristoteles mengambil kesimpulan bahwa kecepatan jatuh suatu benda bergantung pada beratnya. Selama 2000 tahun teori ini diterima luas di Eropa dan Arab.

2. Galileo Galilei (1564 - 1642)

Copernicus adalah ilmuwan pertama yang mematahkan teori aristoteles yang menyatakan bahwa bumi adalah pusat alam semesta. Menurut Copernicus, matahari adalah pusat alam semesta dan bumi bergerak mengelilinginya sambil berputar di porosnya.

Salah satu ilmuwan yang mengikuti teori Copernicus adalah Galileo. Yang menjadi misteri baginya adalah, jika bumi memang bergerak mengelilingi matahari, mengapa kita tidak merasakannya? Kemudian, karena bumi bergerak, ketika kita menjatuhkan benda dari ketinggian tertentu seharusnya benda tersebut tidak jatuh tepat di bawah titik jatuhnya melainkan agak melebar dari titik semula. Dan menurut perhitungan Galileo, benda tersebut seharusnya jatuh 0.5 mile dari titik tersebut!

Pada suatu waktu, Galileo naik ke puncak menara Pisa kemudian menjatuhkan bersamaan bola kayu dan bola logam dengan bentuk yang persis sama namun beratnya berbeda. Keduanya mencapai tanah pada waktu yang sama. Eksperimen ini menghasilkan kesimpulan bahwa perbedaan waktu jatuh di antara benda bukan karena perbedaan beratnya melainkan karena adanya tahanan udara. Makanya, saat logam dan bulu dijatuhkan bersamaan di suatu kolom vakum, keduanya mencapai dasar dalam waktu yang bersamaan.

Lalu, bagaimana dengan titik jatuh benda yang tepat di bawahnya? Menurut Galileo, saat benda jatuh, bumi bersama benda tersebut bergerak horizontal (tanpa kita rasakan). Bola bergerak pada kecepatan horizontal yang sama dengan bumi sambil tetap bergerak vertikal ke bawah sehingga jatuh tepat lurus di bawah titik dia dijatuhkan.

3. Sir Isaac Newton (1642-1727)

Buk! Ouch! An apple just hit my skull! Why did it happen? Gravity!!!! That’s it!

Mungkin bukan seperti itu kejadian aktualnya Sir Isaac Newton akhirnya berhasil menjelaskan fenomena gaya gravitasi dan pergerakan benda langit di orbitnya. Meskipun dia memang mengatakan paling tidak pada 4 orang bahwa teorinya terinspirasi dari apel yang jatuh.

Teori universal Newton tentang gravitasi dimulai dengan teori Galileo tentang benda jatuh. Newton kemudian mengaplikasikan teori itu pada bulan. "Jika gravitasi dapat menarik apel jatuh dari pohonnya, bagaimana jika pengaruh gaya tarik ini ternyata juga sampai ke langit. “Namun, mengapa bulan dapat terus menggantung di langit dan tidak jatuh ke bumi sementara batu dan benda lain jatuh?” Bulan sepertinya kebal terhadap hukum gravitasi. Namun pada akhirnya Newton sadar bahwa pada kenyataannya, bulan selalu ‘jatuh’, hanya saja selalu meleset dari bumi.

Meriam yang ditembakkan dari puncak menara, suatu saat akan jatuh ke tanah. Jika kekuatan tembak ditambah, meriam akan menghabiskan waktu lebih lama di udara sebelum akhirnya jatuh. Dan jika meriam ditembakkan dengan kekuatan yang teramat sangat besar, hingga mencapai escape velocity, meriam tidak akan pernah menyentuh tanah dan terus mengikuti kurva bumi membentuk orbit.

Newton kemudian menyadari jika memang gaya ini ada, pasti ada hukum-hukum yang mengatur gaya ini sehingga memiliki pengaruh pada materi. Dengan menggunakan hukum Kepler tentang pergerakan planet, Newton kemudian merumuskan hukum-hukum tersebut. Teori yang dihasilkannya tidak dipublikasikan hingga tahun 1678 saat ia mempublikasikan bukunya yang berjudul Philosophiae Naturalis Principia Mathematica , atau sederhananya Principia. Di dalam buku ini, Newton merumuskan hukum gravitasi universal yang menyatakan bahwa semua materi di alam menarik materi lainnya. Literatur ilmiah ini hingga sekarang masih dianggap sebagai literatur terbaik sepanjang massa.

Selain berhasil merumuskan hukum gravitasi universal, melalui percobaan meriam (di atas kertas), Newton juga berhasil merumuskan perjalanan planet di garis edarnya. Jika ilmuwan-ilmuwan terdahulu meyakini bahwa alam ini dirancang dengan sempurna dan simetris, teori Newton berkata lain. Persamaan gravitasi universalnya menunjukkan bahwa orbit benda langit berbentuk elips. Teorinya menjawab semua ketidakseimbangan dan ketidakcocokan yang masih menjadi misteri bagi para ilmuwan sebelum Newton.

Hukum Newton tentang gravitasi masih mendominasi teori yang digunakan untuk menjelaskan berbagai fenomena di alam. Sampai akhirnya di awal abad ke-20, para astronom menemukan bahwa orbit planet merkurius tidak elips sempurna namun berubah setiap tahun. Penyimpangan ini tidak dapat dijelaskan dengan hukum Newton.

4. Albert Einstein (1879 - 1955)

Albert Einstein kemudian muncul untuk menjawab misteri itu. Dia kemudian merumuskan teori yang sangat berbeda dengan teori Newton. Teori yang mengubah cara pandang kita terhadap alam semesta. Teori relativitas umum. Jika Newtonian menggambarkan bahwa alam semesta ini terdiri dari tiga dimensi, alam semesta Einsteinian terdiri dari empat dimensi (panjang, lebar, tinggi, dan waktu). Dimensi alam semesta Einstein disebut sebagai spacetime atau ruang waktu.

Pada tahun 1905, Einstein mengembangkan teori relativitas. Di masa kecilnya Einstein pernah membayangkan bagaimana bentuk sinar laser jika dapat mengejarnya. Pertanyaan inilah yang kemudian membawanya pada teori relativitas khusus. Bayangkan kita berada di sebuah mobil yang bergerak dengan 90% kecepatan cahaya. Bagi yang berada di dalam mobil, semua yang ada di depan mobil menjadi kebiru-biruan dan bagian belakang menjadi kemerah-merahan. Bagi pengamat di luar mobil, semua yang ada di dalam mobil bergerak dengan sangat lambat. Kemudian jika ada yang melihat, jam di dalam mobil seperti sama sekali tidak bergerak. Fenomena aneh lainnya adalah, bagi pengamat dari luar, semua benda yang ada di dalam mobil terlihat pipih seperti pancake. Yang ada di dalam mobil tidak merasa bentuk fisiknya berubah karena relatif terhadap mereka, yang justru bergerak dan berbentuk pipih adalah pengamat di luar. Inilah yang dinamakan teori relatif. Semua gerakan atau perpindahan di jagat raya ini sifatnya relatif terhadap benda lain.

Jika suatu benda bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya, maka waktu akan bergerak lebih lambat. Massa benda itu akan meningkat sampai tak terhingga sedangkan panjangnya akan semakin berkurang. Akibatnya energi yang dibutuhkan untuk memindahkan benda tersebut dengan kecepatan cahaya akan teramat sangat besar. Dengan demikian, hingga saat belum ada buktinya bahwa suatu benda dapt bergerak dengan kecepatan cahaya. Dibutuhkan energi yang lebih besar dari seantero jagat raya.