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.
