Oleh: John Walker
Januari 2007 (Update Maret 2017)
Fourmilab

Keserempakan Bukan yang Dulu Lagi

Salah satu kesimpulan paling fundamental yang dibuat Albert Einstein dari kecepatan terbatas cahaya dalam teori relativitas khususnya adalah relativitas keserempakan—karena cahaya makan waktu terbatas untuk melintasi jarak di ruang, kita tidak mungkin menetapkan keserempakan berdasarkan jam universal yang dibagipakai oleh semua pengamat. Bahkan, murni karena lokasi mereka di ruang, dua pengamat tidak akan sependapat tentang urutan kejadian dua peristiwa yang terpisah secara ruang. Karena kecepatan cahaya begitu besar dibanding jarak yang kita kenal dalam kehidupan sehari-hari, efek ini terasa asing bagi kita. Catat, relativitas keserempakan dapat semata-mata disebabkan oleh kecepatan terbatas cahaya; walau biasanya dibahas bersama relativitas khusus dan pengamat bergerak, itu bisa teramati dalam situasi di mana tak ada efek-efek relativistik lain. Animasi berikut mendemonstrasikan efek tersebut.

(File animasi ini agak besar dan mungkin perlu beberapa lama untuk diunduh; tolong bersabar jika pengunduhannya tidak segera mulai.)

Dalam model ini kita akan perhitungkan apa yang akan dilihat oleh tiga pengamat terpisah jauh (dilambangkan dengan bola kuning, biru, dan kelabu), yang tidak bergerak terhadap satu sama lain, ketika dua lampu, satu merah dan satu hijau, bersinar pada jarak sama rata di kedua sisi pengamat kuning. Saat lampu-lampu ini menyala, front gelombang lampu hijau dan lampu merah mulai menyebar secara spheris/bundar dari mereka dengan kecepatan cahaya. (Tentu saja, front-front gelombang tersebut tampak sebagai lingkaran dalam proyeksi dua-dimensi ini. Catat juga, kita sedang mengamati peristiwa ini dari jarak besar, sama jauh dari lampu merah dan lampu hijau.)

Pada saat lampu-lampu bersinar dan front-front gelombang mulai merambat keluar dari masing-masing lampu, kita menyalakan sebuah “meteran progress” untuk tiap pengamat, di mana indikator waktu (garis kuning) memuat kode warna pengamat yang menunjukkan waktu berlalu lokal. Ketika front gelombang dari lampu merah mencapai seorang pengamat, kita mulai memplot garis merah di atas garis waktu untuk mengindikasikan bahwa pengamat tersebut kini melihat lampu merah, dan ketika front gelombang dari lampu hijau tiba, garis hijau mulai ditarik. Animasi ini berulang terus-menerus dan berhenti sejenak di bagian awal dan akhir.

Saat animasi mencapai akhir siklus, bandingkan meteran progress untuk ketiga pengamat. Murni disebabkan oleh jarak mereka dari lampu merah dan lampu hijau, masing-masing melihat lampu-lampu tersebut muncul dalam urutan berbeda: pengamat kuning melihat keduanya bersinar serempak, pengamat biru melihat lampu merah lebih dulu, pengamat kelabu melihat lampu hijau lebih dulu. Pelajaran dari kecepatan terbatas cahaya dan relativitas umum adalah bahwa bukan saja tak ada waktu universal yang berlaku di mana-mana, tapi juga para pengamat bahkan tidak bisa sepakat tentang urutan melihat peristiwa apabila jarak di antara mereka signifikan dibanding kecepatan cahaya.

Catatan teknis: beberapa fisikawan lebih suka mencadangkan istilah “relativitas keserempakan” untuk kasus-kasus di mana para pengamat bergerak relatif terhadap satu sama lain dan efek-efek relativitas khusus berlaku. Dalam kasus seperti contoh di atas, di mana semua pengamat dan sumber ada pada posisi diam terhadap satu sama lain, para pengamat yang terpisah secara ruang dapat, dengan menggunakan definisi keserempakan milik Einstein, mensinkronkan jam mereka dan menetapkan keserempakan dalam hal interval ruangwaktu antara peristiwa-peristiwa. Namun, ketika para pengamat bergerak relatif [terhadap satu sama lain], adalah mustahil, bahkan secara prinsip, untuk mensinkronkan jam mereka, jadi tak mungkin ada definisi keserempakan. Tapi bagi saya, frasa “relativitas keserempakan” mengandung arti persis sesuai namanya, terlepas ada efek relativistik atau tidak. Dalam kasus ini, tiga pengamat terhadap dua peristiwa yang sama melihat tiga urutan kejadian berbeda dari titik pandang mereka; karenanya persepsi keserempakan mereka adalah relatif walaupun itu murni disebabkan oleh waktu tempuh cahaya, alih-alih gerakan.

“Elang sudah mendarat”

Anda mungkin akrab dengan klip audio pendaratan Apollo 11 di Bulan. Ini berasal dari feed Public Affairs Officer (PAO) yang disediakan untuk media berita yang meliput pendaratan dan disiarkan ke seluruh dunia secara real time lewat televisi dan radio. Feed ini memuat uraian sesekali dari PAO, tapi selama pendaratan cuma terdengar relai “udara-ke-darat” (walau jelas-jelas tak ada udara di sekitar Bulan) dan suara CAPCOM (astronot di pusat kendali misi di Bumi yang ditunjuk untuk berbicara pada awak, dalam contoh ini Charles Duke).

File audio 1

Buzz Aldrin paling banyak bicara dalam sekuens ini. Sebagai pilot modul bulan (lunar module), dia bertanggungjawab menyediakan uraian atas angka bacaan instrumen dan indikasi status (juga disampaikan lewat relai udara-ke-darat menuju pusat kendali misi) untuk Neil Amstrong, yang sedang menerbangkan pesawat antariksa dan mencari-cari lokasi pendaratan melalui jendela. Armstrong tidak menyetem mikrofonnya sampai dia membuat transmisi pesan pasca pendaratan, “Houston, Tranquility Base di sini. Elang sudah mendarat.” (Sebetulnya, jika disimak baik-baik, Anda bisa dengar Armstrong mengkonfirmasi “Keluar dari kait” setelah Aldrin menyebut “ACA keluar dari kait” begitu mesin berhenti; suaranya tertangkap oleh mikrofon Aldrin.) Transkrip beranotasi dari sekuens ini, waktu berlalu kendaraan (vehicle elapsed time) 102:45:40 sampai 102:46:06, muncul dalam Apollo Lunar Surface Journal penting yang disunting oleh Eric M. Jones.

“Houston, uhhh…”

Setiap kali habis mendengarkan sekuens ini, saya agak bingung kenapa Armstrong mengambil jeda begitu lama antara “Houston” dan sisa transmisi pesan “Tranquility Base…”. Dia tentu heboh pada waktu itu: telemetri merekam detak jantungnya saat pendaratan adalah 150 per menit, dan kebanyakan orang (walau mungkin bukan pilot pengujicoba eksperimental berurat baja) cenderung berbicara cepat dalam situasi demikian.

Memikirkan ini, terlintas dalam kepala saya untuk bertanya apa yang Neil Armstrong dengar lewat headphonenya begitu mendarat di Bulan. Ini bukan apa yang didengar oleh pendengar di Bumi, akibat relativitas keserempakan. Pada waktu pendaratan Bulan (saya catat 20:17:43 UTC 20 Juli 1969, Hari Julian 2440423.34564, untuk kepentingan artikel ini), Bulan berjarak 385693 km dari Bumi, jarak yang makan waktu sekitar 1,2865 detik untuk ditempuh oleh cahaya. Konsekuensinya, saat mendengarkan rekaman komunikasi Apollo, Anda mendengar petugas CAPCOM di Houston serta-merta setelah dia bicara, tapi transmisi pesan dari Bulan terdengar lebih dari 1¼ detik setelah diucapkan.

Mikrofon di Bulan

Alat penyuntingan audio digital mempermudah kita (walau masih sedikit membosankan) untuk mengubah rekaman transmisi pesan dari sumber-sumber jauh ke dalam bentuk yang akan diterima di lokasi tertentu. Rincinya, dengan mengekstrak transmisi pesan modul bulan dari transmisi pesan pusat kendali misi ke dalam track-track terpisah dengan bantuan editor audio Audacity, saya dapat menggeser waktu transmisi pesan Bumi sebanyak kelambatan cahaya 1,2865 detik untuk mereproduksi apa yang didengar Buzz Aldrin dan Neil Armstrong lewat headphone mereka di dalam kabin modul bulan Eagle pada permukaan di Mare Tranquillitatis. Selama tahap pendaratan, sebuah alat perekam on-board di modul bulan menangkap suara Armstrong dan Aldrin bahkan saat mereka tidak sedang membuat transmisi pesan dengan relai udara-ke-darat. Dari sumber gaduh ini, saya telah merestorasi ucapan singkat Armstrong tersebut, yang hanya terdengar di dalam kabin. Dengan demikian ini adalah pendaratan bulan sebagaimana terdengar oleh para astronot yang melaksanakannya.

File audio 2

Sekarang jelas apa yang terjadi pada transmisi pesan pasca pendaratan milik Armstrong! Persis sebelum dia memulai panggilan, pesan Duke, yang dikirim satu seperempat detik lebih awal, tiba di Bulan. Walaupun, dari perspektif bumi, ini diucapkan jauh sebelum Armstrong bilang “Houston”, di Bulan pesan ini “menginjak” permulaan transmisi pesan Armstrong (terutama menimbang waktu tanggap manusia), dan membuatnya mengambil jeda sebelum melanjutkan pesan. Catat juga, dalam rekaman bumi, respon Duke terjadi hampir serta-merta setelah berakhirnya transmisi pesan Armstrong, tapi di Bulan, para astronot harus menunggu foton-foton lamban dari planet rumah mencapai high-gain antenna di satelit jauhnya (yaitu Bulan).

Pendaratan Bulan Apollo 11: Kalian sampai

Saya memberanikan diri menyusun track audio seluruh penurunan akhir dan pendaratan modul bulan Eagle di Bulan sebagaimana terdengar oleh para astronot dalam pesawat.

File audio 3

Dalam presentasi stereo ini, transmisi pesan Aldrin muncul di tengah-tengah, sementara ucapan Armstrong yang hanya tertangkap pada alat perekam on-board ada di kanal kiri dan transmisi pesan CAPCOM Charles Duke ada di kanal kanan. Pikirkan, sambil menyimak audio ini, selain orang-orang yang mengklik tautan di atas sebelum Anda, hanya Neil Armstrong, Buzz Aldrin, dan juru tulis sederhana ini (maksudnya adalah penulis sendiri—penj.) di segenap ruangwaktu yang pernah mendengarkan peristiwa ini dari perspektif unik permukaan bulan. Transkrip untuk sekuens ini, 102:42:25 s/d 102:47:15 waktu berlalu kendaraan (vehicle elapsed time), terdapat dalam Apollo Lunar Surface Journal.

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s