Beberapa Teori tentang Gravitasi

Oleh : Abu Yazid Raisal

Tim Peneliti OIF UMSU

Gravitasi merupakan suatu hal yang sangat dekat dengan kehidupan manusia. Sejak jaman dulu kala jauh pemikiran tentang gravitasi ini sudah muncul. Penelitian modern dalam teori gravitasi dimulai oleh Galileo Galilei di akhir abad ke-16 dan awal abad ke-17. Galileo menyimpulkan bahwa besarnya percepatan gravitasi adalah sama untuk semua objek melalui eksperimennya menjatuhkan bola dari menara Pisa. Kesimpulan Galileo menjadi dasar bagi formulasi teori gravitasi Newton.

Teori Gravitasi Newton

Johannes Kepler secara matematis menunjukkan bahwa posisi planet-planet di langit sesuai dengan model orbit yang berbentuk elips bukan lingkaran. Meskipun ini adalah prestasi yang luar biasa, Kepler tidak mampu memberi penjelasan mengapa orbit planet elips dan tidak lingkaran? Isaac Newton mendapatkan penghargaan karena dapat menjelaskan kasus Kepler. Dalam karyanya yang paling terkenal “Principia” yang terbit tahun 1687, Newton mempresentasikan ketiga hukumnya tentang gerak. Selain itu, ia juga memaparkan hukum gravitasi universal. Hukum gravitasi Newton menyimpulkan bahwa gaya tarik gravitasi yang bekerja antara dua benda sebanding dengan massa masing-masing benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua benda. Dengan menggunakan hukum ini, Newton mampu membuktikan bahwa planet-planet mengorbit Matahari karena gaya tarik gravitasi yang mereka rasakan dari Matahari.

Teori Gravitasi Einstein

Teori gravitasi Newton bertahan selama berabad-abad hingga di awal abad 20 seorang ilmuwan bernama Albert Einstein menemukan kejanggalan dalam teori tersebut. Kejanggalannya terletak pada ketidakcocokan teori gravitasi Newton dengan teori relativitas khusus yang diajukan Einstein pada tahun 1905. Dalam teori relativitas khususnya, Einstein berusaha agar teorinya konsisten dengan teori electromagnetik Maxwell. Akibatnya Einstein tiba pada kesimpulan bahwa cahaya memiliki kecepatan sebesar 299.792 km/detik dan mengatakan bahwa kecepatan ini adalah kecepatan mutlak. Artinya benda atau energi lain dapat bergerak mendekati kecepatan ini tetapi tidak akan pernah melebihi kecepatan cahaya.

Menurut Newton, sebuah benda bermasssa akan melakukan gaya tarik dengan benda bermassa lain yang berada dalam jangkauan gaya gravitasi benda yang bermassa lebih besar. Gaya tarik gravitasi tersebut bekerja dan menjelajah ruang hampa diantara dua benda tadi dalam waktu sesaat. Hal ini bertentangan dengan kesimpulan Einstein bahwa tidak ada yang bisa memiliki kecepatan melebihi kecepatan cahaya. Mengingat jangkauan gaya gravitasi yang mencapai ribuan bahkan jutaan kilometer, maka gaya gravitasi tidak mungkin menjelajah angkasa luar dalam waktu yang singkat. Semakin jauh jarak jangkauannya semakin lama waktu yang dibutuhkan.

Meskipun demikian, teori gravitasi Newton dapat memprediksikan bentuk dan orbit planet-planet dalam tata surya dengan tepat meskipun perhitungan dilakukan dengan anggapan bahwa gaya gravitasi bekerja dengan sesaat. Jika gravitasi bekerja tidak dalam waktu sesaat, sesuai dengan relativitas khusus Einstein, maka orbit planet ini harus mengalami koreksi. Tetapi jika koreksi Einstein dimasukkan, maka koreksi ini justru memberikan hasil prediksi orbit planet yang tidak sesuai dengan data astronomi. Pertimbangan ini membuat Einstein menyimpulkan adanya mekanisme dalam teori gravitasi yang belum dijelaskan oleh Newton.

Pada tahun 1916 Einstein memaparkan teori gravitasi yang didasarkan pada cara pandang terhadap ruang dan waktu yang sangat berbeda dengan cara pandang Newton. Newton memandang ruang angkasa sebagai ruang yang kosong, namun Einstein menganggap ruang angkasa tersebut terbuat dari anyaman medan ruang dan waktu. Teori gravitasi baru ini lebih dikenal dengan nama teori relativitas umum.

Dalam konsep ini, semakin besar massa benda semakin luas efek lekukan yang terjadi. Karena matahari memiliki massa yang cukup besar, maka efek lekukan medan ruang dan waktu memiliki jangkauan yang jauh menjangkau planet, asteroid atau benda-benda angkasa yang bermassa lebih kecil lainnya. Gerakan planet-planet yang mengorbit matahari bisa dimengerti bukan sebagai efek gaya tarik matahari melainkan karena planet-planet ini bergerak mengikuti kontur medan ruang dan waktu yang terlekuk di sekitar matahari.