Gravity Probe-B - Fisika Dasar Jilid 1 Mekanika

Menurut Gravity Probe B merupakan

eksperimen terlama dalam sejarah. Eksperimen ini memakan waktu 47 tahun, dan memakan dana 750 juta dollar.

Teori Einstein, materi menimbulkan kelengkungan. Benda yang berotasi, memelintir ruang waktu. Bayangkan sebuah bola di atas lembaran karet, kemudian diputar, maka karet itu terpelintir. Begitu juga terjadi pada Bumi. Bumi yang berotasi memelintir dan menggeser ruang waktu di sekitarnya. Josef Lense dan Hans ir- ring telah menggagas keberadaan fenomena ini sejak 1918, tetapi baru pada 1960-an George Pugh dari Departemen Pertahanan AS dan Leonard Schiﬀ dari Stanford Uni- versity secara terpisah menemukan ide untuk mengukur pergeseran tersebut menggunakan giroskop.

Pada Presisi versus presesi.

Istilah presisi terkait dengan ketilitian.

Pengukuran dengan presisi tinggi artinya ketilitiannya tinggi. Sementara istilah presesi terkait dengan perubahan orientasi sumbu putar benda yang berotasi.

tahun 1959, Leonard Schiff bertemu dengan koleganya, William Fairbank dan Robert Cannon di kolam renang Stanford University. Mereka duduk di pinggir kolam dan membicarakan rencana peluncuran giroskop itu agar mengorbit Bumi dan mengukur efek presesi dan puntiran ruang waktu di sekitar Bumi. Namun, efek geodesik yang diramalkan sangat kecil nilainya. Ibarat mengukur tinggi koin dari jarak 62 mil. Schiff meyakini pengukuran yang menuntut kepresisian tinggi ini tetap mungkin untuk dikerjakan. Pada tahun 1960, Schiff mempublikasikan artikelnya terkait cara melakukan pengukuran ini [9].

Pada 1962, Schiﬀ mengajukan proposal kepada NASA agar mendanai 1 juta dollar untuk eksperimen yang diberi namaGravity Probe B ini. Awalnya, para penggagas memperkirakan eksperimen ini akan selesai dalam tiga tahun. Gravity Probe Bsebenarnya sangat sederhana, hanya teleskop, giroskop, dan sebuah bintang. Na- mun, setelah dilakukan kajian yang lebih mendalam, teknologi yang dibutuhkan untuk menjalankan eksperimen ini sangatlah tinggi, sehingga untuk rancang bangun peranti dibutuhkan waktu yang sangat panjang. Semua peranti riset harus diran- cang sendiri dan sepresisi mungkin. Salah satu penemuan besar dalam eksperimen ini adalah giroskop ultrasensitif yang terbuat dari kuarsa dan dilapisi niobium, dapat dilihat pada Gambar 2.1 pada awal bab ini. Giroskop tersebut tidak memiliki tan- da skala secara sik. Untuk memantau perubahan orientasi giroskop ini digunakan konsep superkonduktivitas, dan dideteksi dengan menggunakan detektorSupercon- ducting Quantum Interference Device(SQUID).

Teleskop pelacak bintang juga harus dibuat sepresisi mungkin. Teleskop tersebut dibuat dari bahan kuarsa (Gambar 2.16). Metode Eksperimen Gravity Probe B ini sangat sederhana, yang tidak sederhana adalah riset untuk merancang alat eksperimen ini. Awalnya "pesawat" ruang angkasa yang terdiri atas kelengkapan giroskop, teleskop, dan lainnya diluncurkan dan mengorbit Bumi pada jarak 640 km di atas permukaan Bumi. Kemudian teleskop pelacak bintang mengunci posisi bintang IM Pegasi (HR 8703) sebagai acuan secara presisi. Pesawat dipastikan selalu ke bintang IM Pegasi tersebut, diarahkan dengan penggerak sejenis roket yang berbahan bakar helium, disebutmicrothruster.

Gambar 2.16: Teleskop pelacak bintang. Kotak hitam kecil pada gambar adalah fotodetektor dengan ketepatan tinggi untuk mengunci posisi bintang tertentu (einstein.stanford.edu).

Giroskop berada di dalam tempatnya, dibuat mengambang di ruang vakum. Giroskop tersebut berputar dengan sumbu putar sejajar sumbu simetri pesawat. Cara memutar giroskop adalah dengan pom- pa helium, yang kemudian dihisap kembali untuk memastikan tidak ada torka dan arus lain kecuali dari niobium giroskop. Giroskop berputar, detektor SQUID membaca data orientasi giroskop [12]. Selesai. Pada kenyataannya, eksperimen ini tidak semulus yang diingin- kan. Proyek ini sudah hampir dibatalkan oleh NASA sebanyak 9 kali. Apakah pengukuran sepresisi ini tetap akan bisa diwujudkan? Pesawat

Gravity Probe Bdiluncurkan 20 April 2004. Pengambilan data dimulai 28 Agustus 2004 dan berakhir 14 Agustus 2005. Pada awal pengambilan data, seluruh tim eksperimen berduka. Giroskop mengalami gun- cangan yang tidak diperkirakan sebelumnya. Untuk membersihkan data, dibutuhkan dana jutaan dollar. NASA telah munghentikan pen- danaan eksperimen ini. Namun, sumber dana lain berdatangan. Setelah mendapat sumbangan dari beberapa pihak di luar NASA, termasuk salah satunya Richard Fairbank (anak salah satu penggagas eksperimen ini--William Fair- bank), eksperimen ini tetap dilanjutkan dan memperoleh hasil yang dekat dengan perkiraan dan ralatnya cukup kecil. Presesi

Aspek-aspek sis yang lebih rinci mengenai Gravity Probe B akan dibahas lebih lanjut pada bab Gravitasi.

geodesik didapatkan 6602 ± 18 milidetik/tahun, sementara perhitungan secara teori adalah6606milidetik/tahun. Per- geseran kerangka diperoleh37, 2 ± 7, 2milidetik/tahun dari yang diprediksi39, 2 milidetik/tahun [4]. Setelah bersusah payah hampir setengah abad, hanya sepasang hasil pengukuran tersebutlah yang didapatkan. Hal itu mengarah pada kesimpulan, "Sejauh ini, teori Einstein masih benar".

Eksperimen Eötvös

Eksperimen Eötvös adalah pengukuran perbedaan antara massa inersial dan massa gravitasi. Hipotesisnya adalahkesamaan massa gravitasi dan massa inersial. Ekspe- rimen ini sebenarnya telah dilakukan oleh Newton dan kemudian oleh Bessel. Ro- land von Eötvös mulai melakukan eksperimen ini pada 1885 dengan alat yang lebih akurat. Alat yang digunakan adalah neraca puntir.

Hasil pengukuran oleh Eötvös dipaparkan di Hungarian Academy of Sciences pada 20 Januari 1889. Teks asli yang memuat eksperimen ini berjudulÜber die Anzi- ehung der Erde auf verschiedene Substanzendalam jurnalMathematische und Natur- wissenschaliche Berichte aus Ungarnyang terbit pada 1890 [11]. Dalam tulisannya tersebut, Eötvös memperoleh hasil bahwa massa gravitasi dan massa inersia dapat dianggap sama dengan ketidakpastian hingga2 × 10− _{, namun ia tidak menyata-}

kan perhitungan yang menunjukkan cara ia mendapatkan ketidakpastian itu. Pada tahun 1922, terbit artikel dengan nama Eötvös, Pekár dan Fekete yang berjudulBe- iträge zum Gesetz der Proportionalität von Trägheit und Gravität. Dalam artikel ter-

2.14 Pengukuran adalah Pacuan

69

sebut, ketidakpastian kesamaan massa gravitasi dan inersial adalah2 × 10− _{. Hasil}

ini lebih teliti dari eksperimen sebelumnya [1].

Eksperimen yang lebih teliti dilakukan oleh Roll, Krotov dan Dicke pada tahun 1961. Massa inersial dikatakan proporsional dengan massa gravitasi dengan orde 10− _{. Kemudian Braginskij dan Panov melakukan eksperimen yang lebih teliti pada}

Newton “membuang” waktunya selama 11 tahun untuk membangun kalkulus, dan dengan kalkulus itulah hukum-hukum Newton tentang gerak dan tentang gravitasi memperlihatkan taringnya, semisal menjabarkan hukum- hukum Kepler atau meramalkan kedatangan sebuah komet yang di kemudian hari disebut komet Halley. Pada era dan di tempat yang lain, Albert Einstein harus berkelana menemui para matematikawan, mulai dari Marcel Grossmann hingga akhirnya David Hilbert. Di tempat terakhir itulah persoal- an penurunan persamaan medan Einstein menemukan jawabannya. Ternyata gagasan Einstein tentang gravitasi harus mengambil geometri semi-Riemannan sebagai kerangkanya. Lembaran sejarah nan mashur itu memberi pelajaran penting bagi kita bahwa teori yang hebat selalu memerlukan matematika lanjut untuk dijadikan sebagai kerangkanya. Oleh karena itu, keberadaan matematika dalam sika merupakan keniscayaan. Dalam bab ini, kita akan berbicara tentang beberapa konsep matematika yang penting yang akan memainkan pe- ran penting dalam pembahasan di bab-bab selanjutnya. Konsep-konsep itu ia- lah vektor dan aljabar vektor serta kalkulus vektor. Tentang matematika lanjut yang dibutuhkan dalam pembahasan teori-teori sika lanjut dapat dipelajari dalam buku yang sesuai.

Fisika Dasar Jilid I

Rosyid, Firmansah, Prabowo

Peranti

Dalam dokumen Fisika Dasar Jilid 1 Mekanika - Farchani Rosyid (Halaman 80-84)