Sejarah Teori Gravitasi

Aristoteles percaya kalau benda yang lebih berat akan jatuh lebih cepat dari yang lebih ringan. Ini tentu anggapan yang masuk akal, bila anda memegang sebuah bulu di satu tangan dan batu di tangan lainnya dan menjatuhkannya secara serentak dari satu ketinggian, maka batu akan menimpa jari kaki anda lebih dulu. Ini tentu saja karena hambatan udara, namun bagi Aristoteles itu jelas kalau benda berat jatuh lebih cepat.

Karya modern pada teori gravitasi dimulai dengan karya Galileo Galilei di akhir abad ke 16 dan awal abad ke17. dalam percobaan terkenalnya ia menjatuhkan bola-bola dari menara pisa, dan kemudian dengan pengukuran yang teliti pada bola yang turun pada sudut tertentu, galileo menunjukkan kalau gravitasi mempercepat semua benda pada tingkat yang sama. Ini adalah kemajuan besar dibanding keyakinan Aristoteles kalau benda berat jatuh lebih cepat. (Galileo dengan benar mengatakan kalau hambatan udara adalah alasan mengapa benda yang ringan jatuh lebih lambat dalam sebuah atmosfer.) karya Galileo memicu perumusan teori gravitasi Newton.

Sifat dari gaya gravitasi telah dipelajari oleh ilmuan bertahun-tahun dan masih diselidiki oleh fisikawan teoritis. Untuk sebuah benda seukuran pesawat terbang, penjelasannya telah diberikan tiga ratus tahun lalu oleh Sir Isaac Newton dan cukup baik. Newton mengembangkan teori gravitasinya saat ia baru berusia 23 tahun dan menerbitkan teori-teori dengan hukum geraknya beberapa tahun kemudian. Gaya gravitasi antara dua benda tergantung pada massa benda dan kebalikan kuadrat jarak antara benda. Benda yang lebih besar menghasilkan gaya yang lebih besar dan semakin jauh kedua benda, semakin lemah gaya tariknya. Newton mampu menunjukkan hubungan ini dalam satu persamaan.

F = -G Mm/r^2

Percepatan gravitasi benda di luar bumi

Dapat ditunjukkan kalau percepatan karena gravitasi di luar bola dengan kepadatan sama adalah setara dengan seluruh massa benda bila ia terkonsentrasi pada pusatnya.

Menggunakan ini kita dapat menunjukkan percepatan karena gravitasi (g') pada jari-jari (r) diluar bumi dalam bentuk jari-jari bumi (re) dan percepatan karena gravitasi di permukaan bumi (g)

g'= g re^2/r^2

Percepatan gravitasi di dalam bumi

Misal r menyajikan jari-jari sebuah titik di dalam bumi. Rumus menemukan percepatan karena gravitasi pada titik ini adalah:

g' = rg/re

dalam kedua rumus diatas, g' menjadi sama dengan g saat r = re.

Newton juga memodifikasi hukum gerak planet Keppler ketiga dengan teori gravitasinya sehingga hukum ketiga menjadi

(m₁ + m₂) P² = 3 (d₁ + d₂) = 3R

Hasil modifikasi ini ternyata lebih benar.

Setelah penemuan kalkulus tak hingga di abad ke 17, perkembangan analisis memungkinkan merumuskan hukum gerak dan kesamaan dalam prinsip variasional, berpuncak pada tafsiran variasional persamaan medan Einstein dalam relativitas umum oleh David Hilbert.

Selanjutnya Kip Thorne mempelajari mengenai big bang dan lubang hitam. Alam semesta memiliki benda dan fenomena yang terbentuk dari ruang dan waktu terlipat. Contohnya adalah lubang hitam dan singularitas big bang dari mana alam semesta lahir. Alat ideal untuk menjelajahi sisi terlipat alam semesta ini adalah radiasi yang muncul dari ruang waktu terlipat tersebut: “gelombang gravitasi”.

Gelombang gravitasi adalah golakan dalam kelengkungan ruang waktu yang dipicu dengan laju cahaya menembus ruang kosong. Massa yang bergerak adalah sumber dari gelombang gravitasi. Penemuan gelombang gravitasi akan membenarkan salah satu prediksi paling dasar relativitas umum Einstein, sekaligus memberikan jendela baru pada alam semesta.