BAB 1 PENDAHULUAN Perkembangan fisika teoritik melalui Teori Relativitas Umum (TRU) yang dikemukakan oleh Albert Einstein sudah sangat pesat dan cukup baik dalam mendeskripsikan ataupun memprediksi fenomena-fenomena yang terjadi di jagad raya. Salah satu fenomena yang berhasil diprediksi adalah terjadinya pembelokan cahaya bintang di sekitar matahari. 1.1 Latar Belakang Masalah Teori Relativitas Umum Einstein telah meruntuhkan pandangan kita tentang ruang dan waktu serta mengarahkan kita pada dunia yang sebelumnya tidak bisa dibayangkan. Gagasan mengenai tidak terpisahnya waktu dari ruang merupakan gagasan baru yang diajukan oleh TRU, yang telah membuat kita harus merubah pandangan kita tentang ruang dan waktu. Hal ini diterangkan oleh dua prinsip yang membangun TRU itu sendiri, yakni prinsip kesetaraan massa dan prinsip kovariansi umum. Lebih lanjut, penerapan kedua prinsip tersebut menuntun kita pada konsep baru bahwa ruang dan waktu dapat melengkung. Hadirnya materi menyebabkan terjadinya pelengkungan tersebut, sehingga benda yang sedang melintas di dekat materi itu akan membentuk lintasan lengkung. Inilah yang disebut dengan efek gravitasi sebagaimana ditunjukkan oleh fenomena Pembelokan Cahaya Bintang di Sekitar Matahari. Yang berarti bahwa, membeloknya cahaya bintang tersebut bukan disebabkan oleh tarikan gravitasi bumi melainkan oleh medan gravitasi yang ditimbulkan matahari. Medan gravitasi ini selanjutnya disebut sebagai medan gravitasi Einstein.
Sejauh ini, berbagai kajian teoritis mengenai medan gravitasi Einstein pada TRU telah banyak dilakukan dan dipublikasikan. Salah satu kajian menyebutkan, medan gravitasi yang dikemukan pertama sekali oleh Newton didefenisikan sebagai hasil gaya tarik-menarik dua benda bermassa terhadap kuadrat jarak antara keduanya. Dalam perkembangan selanjutnya diketahui bahwa medan gravitasi Newton tidak sepenuhnya dapat menjelaskan semua fenomena yang terjadi di jagad raya. Sebab seperti cahaya, tidak semua benda memiliki massa di jagad raya ini. Karenanya Einstein mengemukakan idenya tentang medan gravitasi melalui TRU dibuktikan dengan kebenaran keberadaan fenomena pembelokan cahaya bintang di sekitar matahari dengan besar sudut pembelokan yang dapat diperhitungkan. Dalam kajian lainnya dinyatakan, ruang dan waktu bersifat saling bergantung dan membentuk satu kesatuan ruang-waktu 4 dimensi (Ruang-Waktu Minkowski). Dan medan gravitasi Einstein hadir sebagai konsekuensi kelengkungan ruang-waktu 4 dimensi tersebut karena adanya distribusi massa dalam ruang waktu tersebut. Untuk itu, persamaan medannya dapat ditentukan baik dalam keadaan vakum maupun dengan kehadiran materi. Kajian-kajian tersebut secara luas telah menjelaskan medan gravitasi Einstein serta kaitannya terhadap peristiwa pembelokan cahaya bintang di sekitar matahari. Namun demikian, belum ada kajian yang membahas secara khusus masalah medan gravitasi Einstein yang diperhitungkan secara matematis untuk menjelaskan fenomena fisis yang ditinjau tersebut. Jika dalam teori gravitasi Newton, gaya gravitasinya dinyatakan melalui hukum gaya gravitasi maka dalam TRU yang secara geometri adalah teori tentang geometri ruang-waktu lengkung, medan gravitasinya dinyatakan melalui komponenkomponen tensor metrik dari kuadrat jarak ds 2. Dalam skripsi ini, medan gravitasi Einstein ditinjau dalam ruang-waktu Minkowski sehingga metrik yang digunakan adalah metrik Minkowski. Pada dasarnya, medan gravitasi Einstein ini dapat ditentukan dengan beberapa cara, yakni dengan metode tensor klasik dan metode Lagrangian. Dan disini, metode tensor klasik dipilih penulis untuk menentukan medan gravitasi Einstein. Dimana Medan gravitasinya dirumuskan menggunakan formulasi simbol Christoffel jenis pertama dan jenis kedua
dengan α, β, γ, masing-masing memiliki nilai 1, 2, 3, 4. Hasil perhitungan menunjukkan harga dan yang bervariasi pada sembarang α, β, γ, dan sebagai bentuk medan gravitasi Einsteinnya. Hasilnya, fenomena pembelokan cahaya bintang di sekitar matahari tersebut dapat dijelaskan secara matematis dan secara jelas pula memperlihatkan kaitan antara ruang-waktu dengan medan gravitasi Einstein. 1.2 Batasan Masalah Ruang lingkup penelitaian ini akan dibatasi pada: 1. Penjelasan Teori Relativitas Umum tentang peristiwa pembelokan cahaya bintang di sekitar matahari. 2. Medan gravitasi Einstein ditinjau dalam ruang-waktu Minkowski 4 dimensi. 3. Formulasi medan gravitasi Einstein dengan simbol Christoffel jenis I dan II. 1.3 Tujuan Penelitian Adapun tujuan dari penelitian ini adalah: 1. Untuk memahami konsep Teori Relativitas Umum dalam menjelaskan peristiwa pembelokan cahaya bintang di sekitar matahari 2. Untuk meninjau medan gravitasi Einstein pada ruang-waktu Minkowski 4 dimensi. 3. Untuk memformulasikan medan gravitasi Einstein menggunakan simbol Christoffel jenis I dan II. 1.4 Manfaat Penelitian Memberikan analisis secara matematis dengan menggunakan geometri diferensial dan tensor untuk dapat memahami suatu peristiwa terjadinya pembelokan cahaya bintang
di sekitar matahari dan memberikan informasi mengenai fenomena tersebut yang berguna dalam proses pembelajaran Teori Relativitas Umum. 1.5 Metodologi Penelitian Metode kajian pustaka dipilih dalam penelitian ini dengan menggunakan beberapa literatur dari berbagai sumber pustaka terkait. Kegiatan studi penelitian ini diuraikan secara lebih rinci di bawah ini: 1. Studi Literatur Merupakan tahap pengumpulan literatur mengenai: teori relativitas umum, ruang-waktu Minkowski, analisis tensor, medan gravitasi Einstein. 2. Pengkajian Literatur Merupakan tahap penyesuaian dengan permasalahan yang akan dibahas dalam penelitian sehingga didapat informasi yang diinginkan. 3. Pengolahan Informasi Merupakan tahap untuk menganalisa informasi sehingga didapatkan informasi yang dapat digunakan untuk menyelsaikan permasalahan dalam penelitian. 4. Merangkum Kesimpulan Merupakan jawaban dari setiap permasalahan yang akhirnya menghadirkan suatu fakta ilmiah mengenai fenomena yang ditinjau. 5. Penulisan Laporan Merupakan tahap penulisan laporan penelitian yang telah dilakukan dalam bentuk skripsi.
1.6 Sistematika Penulisan Adapun sistematika dalam penulisan Skripsi ini mencakup beberapa bab dan subbab seperti dijelaskan di bawah ini: BAB I : Pendahuluan Bab ini terdiri atas latar belakang penelitian, batasan masalah dalam penelitian, tujuan dan manfaat penelitian serta metodologi pelaksanaan penelitian dan sistematika penulisan laporan penelitian. BAB II : Tinjauan Pustaka Bab ini berisi dasar-dasar teori yang terkait kajian dan analisa dalam penelitian, yakni teori relativitas umum Einstein, ruang Minkowski, analisa tensor dan medan gravitasi Einstein. BAB III : Hasil dan Pembahasan Bab ini mencakup hasil penelitian berupa penjelasan fenomena pembelokan cahaya bintang di sekitar matahari berdasarkan teori relativitas umum, pendefenisian ruang-waktu Minkowski 4 dimensi serta rumusan perhitungan medan gravitasi Einstein. BAB IV : Kesimpulan dan Saran Bab ini berisi kesimpulan yang diperoleh dari bab sebelumnya yaitu hasil dan pembahasan terkait tujuan dari penelitian. Dan juga saran yang diberikan untuk kajian lebih lanjut dari skripsi ini.