Gelombang Gravitasi (Gravitational Waves)

Gelombang Gravitasi

by : Aria Ratmandanu 

                    Gelombang gravitasi atau dalam bahasa jawa nya (Gravitational Waves) itu ya gelombang, coba sebutkan gelombang apa aja yang kalian ketahui ?, misalnya, Gelombang Tsunami, Gelombang Elektromegnetik dan Gelombang Kamehameha (yang ini cuma penggemar film kartun Dragon Ball aja yang tau), Oke yang tadi serius, sekarang bercanda, sebenernya apa sih gelombang gravitasi yang bikin heboh dunia sains dan baru ditemukan oleh detektor BICEP2 di benua Antartika dan LIGO di Amerika beberapa tahun yang lalu ?. 

                             Well, paling mudah membayangkan gelombang gravitasi itu sebagai ombak di ruang-waktu kita, Pernah liat ombak di laut ? Permukaan air laut yang tenang jika diberi gangguan seperti tiupan angin atau gempa di dasar laut akan menimbulkan riak/gelombang/Ombak, Nah jika Ombak adalah air yang bergelombang, kalau Gelombang gravitasi itu ruang-waktu yang bergelombang, bagaimana caranya membuat ruang-waktu bergelombang ?, Kok bisa ruang-waktu bergelombang ?, sebelum sampai kesitu, mari kita bahas dulu perbedaan konsep ruang menurut Newton dan menurut Einstein.

Konsep Ruang menurut Newton Vs Einstein

                             Mari kita mulai membahas konsep ruang menurut Sir Isaac Newton. Newton yang hidup pada abad ke 17 banyak terpengaruh oleh para filusuf, sehingga dia berfilsafat mengenai hakikat ruang, "Ruang" menurut newton merupakan sebuah arena tempat segala hal terjadi, Ruang bersifat kaku dan absolut (tidak bisa bengkok, melengkung apalagi berjerawat), Intinya jika semua benda di alam semesta dihilangkan, Ruang Newton masih tetap ada sebagai wadah. Jika sebuah bola berputar, maka ia berputar relatif terhadap ruang absolut Newton. 

                          Einstein memodifikasi konsep ruang newton pada tahun 1915 melalui teori relativitas umum nya, dalam teori einstein, ruang-waktu ibarat sebuah bentangan kain, Jika kita menaruh sebuah Bola diatas kain tersebut, maka permukaan kain akan terdistorsi/melengkung, jika kita taruh bola yang lebih kecil diatas kain tersebut maka bola bola kecil itu akan menggelinding mengikuti kelengkungan kain menuju Bola besar (seolah olah tertarik oleh gaya, padahal menggelinding mengikuti kelengkungan permukaan kain), dari situ einstein menyimpulkan bahwa gaya gravitasi itu sebenarnya adalah kelengkungan ruang waktu yang ditimbulkan karena adanya massa, yang akan saya tampilkan pada gambar dibawah ini.. 

Gambar 1. Kelengkungan ruang-waktu akibat massa 

                           Nah jika ada aktivitas massa yang sangat besar dan hiperaktif, contohnya dua bintang neutron yang saling mengorbit satu sama lain, atau keruntuhan Bintang yang sangat besar menjadi sebuah black hole, hal itu akan menimbulkan riak/gelombang dalam ruang-waktu yang merambat dengan kecepatan cahaya yang disebut gelombang gravitasi. Gelombang gravitasi mempunyai energi positif, itu artinya suatu sistem yang memancarkan gelombang gravitasi akan kehilangan energinya, dalam kasus dua bintang neutron yang saling berotasi, maka periode rotasinya akan berkurang akibat memancarkan gelombang gravitasi. Gelombang gravitasi jauh lebih lemah dari gelombang elektromagnetik, oleh karenanya butuh detektor supersensitif untuk mendeteksi gelombang gravitasi. 

                           Teori tentang keberadaan gelombang gravitasi hadir sekitar 100 tahun sebelum  gelombang gravitasi ditemukan. Saat itu Einstein mencoba mencari solusi eksak dari persamaannya, perlu diketahui bahwa persamaan gravitasi einstein adalah persamaan non linear, sehingga solusi analitis nya sulit dicari, mungkin bisa dengan metode numerik, atau dengan syarat syarat keadaan khusus, Einstein saat itu mencoba mendapatkan persamaan linear dari persamaan non linearnya dengan memecah 16 komponen tensor metrik ruang waktu menjadi metrik minkowski (ruang waktu tanpa gravitasi) ditambah tensor rank 2 untuk gangguan terhadap tensor metrik minkowski, 

persamaan nonlinear einstein adalah

dengan tensor Riemann adalah

 

dari tensor Riemann, kita masih harus mencari tensor Ricci untuk memasukkan syarat medan gravitasi lemah kedalam persamaan non linear Einstein, saya rangkum hasilnya,

tensor Levi-Civita untuk medan gravitasi lemah

tensor Riemann untuk medan gravitasi lemah

 Sehingga persamaan Einstein untuk medan gravitasi lemah adalah

Kini Persamaan gravitasi Einstein menadi Linear dan dapat dicari solusi eksaknya, Persamaan dibawah ini identik dengan persamaan gelombang elektromagnetik Maxwell, bedanya adalah Maxwell adalah persamaan Vektor potensial, sedangkan Persamaan linear Enstein adalah persamaan tensor, hadirnya operator De-Alembert mengindikasikan bahwa tensor metrik gangguan merambat sebagai gelombang, atau yang kita sebut gelombang gravitasi.

dalam kondisi vakum dan tanpa sumber persamaan diatas menjadi,

Solusi dari persamaan diatas adalah gelombang berjalan dengan bentuk 

hehe.