Percobaan Michelson-Morley Menguji Keberadaan Eter

Fenomena gelombang sering Anda jumpai dalam kehidupan sehari-hari, seperti gelombang permukaan air, gelombang tali, ataupun gelombang bunyi. Gelombang-gelombang tersebut memerlukan medium. Pada gelombang tali dan gelombang permukaan air, gangguan itu berupa bentuk yang menjalar dalam medium. Adapun pada gelombang bunyi, gangguannya adalah berupa perbedaan tekanan udara sehingga dalam ruang hampa udara kita tidak dapat berkomunikasi lewat bunyi. Ketika itu sangat sulit untuk membayangkan perambatan gelombang tanpa melalui medium. Semua gelombang yang telah dikenal ketika itu menunjukkan bahwa perambatannya melalui medium.

Apabila kita telaah gelombang bunyi berbeda dengan gelombang cahaya. Gelombang cahaya dapat merambat dalam ruang hampa udara, buktinya adalah bahwa sinar matahari yang dapat sampai ke bumi. Fenomena tersebut mendorong para pakar fisika abad ke-19 untuk menghipotesis keberadaan eter sebagai medium lain. Karena harus ada dalam ruang hampa dan juga dalam bahan tembus cahaya. Jelaslah bahwa eter tidak mungkin seperti materi biasa, yang memiliki kerapatan dan komposisi kimia. Karena tidak mungkin materi yang semacam ini berada dalam ruang hampa. Eter haruslah memenuhi seluruh ruang, bahkan sampai bintang yang terjauh sekalipun. Karena cahaya ada di mana-mana, termasuk di tempat yang terjauh.

Lalu, bagaimanakah cara kita untuk mengamati gerak eter tersebut? Caranya adalah dengan menjalarkan gelombang dalam medium (eter). Sebagai ilustrasi awal, perhatikan suatu aliran air di sungai seperti tampak pada gambar berikut.

 

Misalkan kita menjalarkan sebuah pulsa gelombang lurus di A sejajar tepi sungai. Lalu, kita mengukur waktu yangdiperlukan untuk sampai ke B yang berjarak l dari A. Kemudian, waktu yang terukur itu kita bandingkan dengan yang diperlukan oleh gelombang untuk menjalar dari B ke A. Apabila aliran air berkelajuan v sementara pulsa gelombang berkelajuan u maka waktu yang diperlukan gelombang untuk menjalar dari A ke B dan kemudian kembali lagi ke A adalah

Anda pun dapat menuliskan lagi menjadi

Lalu, kita mengirimkan pulsa gelombang ke arah tegak lurus aliran air, seperti gambar berikut.

Apabila pulsa kita kirimkan langsung ke C, pulsa ini tidak akan sampai karena akan terhanyut ke hilir. Oleh karena itu, pulsa harus kita kirimkan sedikit ke hulu. Laju relatif pulsa terhadap tanah haruslah sebesar

Setelah tiba di C pulsa akan dipantulkan dan akan sampai di A lagi. Waktu yang diperlukan pulsa dalam penjalaran bolak-balik ini adalah

selisih antara waktu t_A-B-A dan t_A-C-A adalah

Untuk kasus gerak bumi dalam eter, persamaan di atas dapat disederhanakan lebih lanjut. Dalam hal ini, laju aliran sungai di atas merupakan analogi laju eter sedangkan pulsa gelombang menyebar analogi gelombang cahaya. Laju bumi v dalam orbitnya mengelilingi Matahari jauh lebih kecil daripada laju pulsa gelombang cahaya. Dengan demikian, dapat digunakan pendekatan sebagai berikut.

             

(Bagaimana rumus pendekatan itu diperoleh? kita akan bahas pada postingan selanjutnya), maka persamaan di atas menjadi

karena v sangat kecil maka

         

Jadi persamaan di atas menjadi

Pada 1887, Michelson dan Morley melakukan percobaan untuk mengukur (t_A-B-A - t_A-C-A) pulsa gelombang cahaya. Mereka membanding waktu yang diperlukan cahaya untuk merambat bolak-balik sepanjang arah gerak eter terhadap bumi dengan waktu yang diperlukan bolak-balik tegak lurus arah ini. Jadi beda waktu yang diharapkan dpat diamati apabila memang eter ada adalah 3,7 x 10^-16 s. Bagaimana hasil itu di dapat? Kita akan bahas pada postingan berikutnya.

Selisih waktu ini sangat pendek, bagaimanakah cara mengukurnya? Michelson telah menghabiskan waktunya selama 50 tahun untuk membuat alat yang memiliki ketelitian yang sebanding dengan kecilnya selisih waktu tersebut. Alat yang dipergunakan dikenal sebagai interferometer Michelson.

Hasil percobaan Michelson bahwa laju cahaya bersifat isotropik, artinya tidak bergantung pada arah pengamatan. Pengukuran laju cahaya, yang dilakukan dalam arah manapun, tetap akan memberikan hasil yang sama. Dengan kenyataan itu, laju cahaya dikatakan merupakan besaran mutlak. Karena pengukurannya tidak bergantung pada kerangka zacuan yang dipilih. Pernyataan ini telah dijadikan Einstein sebagai postulat pertama prinsip relativitas khusus.

Konsekuensi lain dari fakta tersebut adalah apabila memang ada maka eter haruslah dalam keadaan diam dalam kerangka acuan bumi. Akan tetapi, kerangka acuan serupa ini tidak ada keistimewaannya.Karena tidak akan mempengaruhi pengukuran-pengukuran yang kita lakukan. Dengan demikian, konsep eter itu tidak perlu ada dan para pakar fisika sekarang yakin bahwa eter itu memang benar tidak ada. Perlu juga catatan tambahan, bahwa fenomena elektromagnetik (cahaya) tidak bersesuaian dengan prinsip relativitas Galileo. Apabila kita paksakan transformasi Galileo berlaku di sini maka pengukuran kelajuan cahaya dalam kerangka acuan S dan S* haruslah memenuhi persamaan

          c’ = c - v

 dengan c adalah laju cahaya menurut kerangka acuan S. Sementara c’ adalah laju cahaya menurut kerangka acuan S*. Akan tetapi, hasil dari percobaan Michelson-Morley menunjukkan bahwa ternyata c’ = c. Jelas bahwa transformasi kecepatan Galileo tersebut tidak berlaku dalam fenomena elektromagnet.

Share :

Facebook Google+ Twitter

Related Posts :