Albert Einstein merupakan sang genius yang terkenal. Dengan rambut putihnya yang serabai, Einstein merupakan antara tokoh terkemuka dalam bidang sains dan menjadi simbol kepada kebijaksanaan – a definition of genius.

Antara sebab utama kenapa Albert Einstein sering disinonimkan dengan kebijaksanaan adalah kerana hasil kerja Einstein, iaitu Teori Relativiti. Terdapat dua bentuk Teori Relativiti, iaitu Teori Relativiti Khusus (Special Relativity) dan Teori Relativiti Umum (General Relativity).

Einstein pertama kali mula mencipta nama dalam kalangan ahli sains apabila mengusulkan Teori Relativiti Khusus pada tahun 1905, namun teori tersebut tidaklah terus mendapat perhatian komuniti saintifik. Sebaliknya mereka merasa skeptikal dengan hasil kerja Einstein yang dilihat agak radikal berbanding dengan ideologi fizik klasikal yang telahpun dipertahankan semenjak zaman Sir Isaac Newton lagi.

Namun begitu, setelah Relativiti Khusus mendapat tempat, terutamanya apabila beberapa orang ahli matematik dan fizik lain seperti Hendrik Lorentz dan Henri Poincare berjaya membina kerangka matematik yang sama dengan Einstein (meskipun mereka tidak bekerja bersama), komuniti saintifik mula menerima idea yang diusulkan oleh Einstein.

Einstein kemudian meneruskan usahanya dari Teori Relativiti Khusus, dan cuba mengembangkan ideanya kepada satu bentuk idea yang lebih umum, melibatkan apa yang disebut sebagai frame of reference. Dalam Relativiti Khusus, Einstein bermain dengan idea frame of reference dalam kelajuan yang sekata, dan sewaktu Einstein meneroka idea Relativiti Umum, dia cuba mengembangkan idea frame of reference dalam keadaan yang memecut (accelerated frame of reference).

Hasil kerja Einstein siap pada tahun 1916, di mana Einstein menerbitkan Teori Relativiti Umumnya buat pertama kali dalam bentuk matematik yang lengkap. Hal itu membuka satu idea radikal baharu dalam Fizik, kerana buat pertama kalinya, graviti dipersembahkan bukan lagi dalam bentuk daya (sepertimana yang diilhamkan oleh Newton), sebaliknya graviti terhasil akibat lengkungan ruangmasa. Ruangmasa, menurut Einstein, bertindak seperti fabrik dan asbab pergerakan objek samawi adalah kerana lengkungan tersebut menyebabkan objek bergerak dalam keadaan mengorbit antara satu sama lain.

Idea Einstein kedengaran agak revolutionary, namun ia hanyalah idea di atas kertas. Kalau nak bincang idea atas kertas, sesiapa pun boleh buat, kan?

Salah satu ‘kesan’ dari idea revolutionary Einstein adalah pembengkokan cahaya (bending of light). Menurut Teori Relativiti Umum, cahaya, apabila bergerak dalam kawasan lengkungan ruangmasa (space-time curvature), akan terherot akibat lengkungan tersebut. Kesan dari herotan atau pembengkokan cahaya tersebut membolehkan objek yang berada di sebalik bintang kelihatan pada pandangan kita, meskipun ia sebenarnya tidak mampu dilihat sekiranya cahaya bergerak dalam keadaan lurus.

Maka, untuk membuktikan bahawa idea Relativiti Umumnya adalah betul, Einstein perlukan pembuktian secara fizikal. Einstein menjangkakan bahawa fenomena pembengkokan cahaya ini boleh dilihat terhasil daripada Matahari, kerana saiz Matahari yang besar (relatif kepada Bumi). Maka menurut Einstein, seharusnya bintang di sebalik Matahari yang tidak mampu kelihatan (kalua cahaya bergerak lurus), akan mampu kelihatan, akibat dari pembengkokan cahaya.

Cuma ada satu masalah: bintang tak keluar di waktu siang, dan matahari tak keluar di waktu malam.

Kerana itulah Gerhana Matahari Penuh pada tahun 1919 menjadi salah satu gerhana penting dalam sejarah hidup Einstein. Hal ini kerana sewaktu gerhana tersebut berlangsung, Matahari akan terlindung dengan Bulan, membolehkan manusia melihat kawasan di sekeliling Matahari tanpa kehadiran cahaya matahari penuh, dan pada masa yang sama, cahaya bintang juga dapat dilihat.

Hal ini dijadikan satu cabaran oleh Arthur Stanley Eddington, pengarah kepada Cambrisge Observatory. Arthur Eddington, menjadi antara orang terawal yang memahami Teori Relativiti Umum, mengambil keputusan untuk menggunakan fenomena Gerhana Matahari Penuh pada tahun 1919 untuk membuktikan hasil kerja Einstein.

Eddington bekerjasama dengan seorang lagi ahli astronomi, Sir Frank Watson Dyson, dan membina dua pasukan. Pelan asalnya adalah untuk membentuk dua pasukan ekspedisi, dengan pasukan Eddington akan bergerak ke Principe, sebuah pulau di pantai barat Afrika, dan pasukan lagi satu bergerak ke Sobral di Brazil. Mereka memilih kawasan ini kerana kawasan ini adalah antara kawasan yang dapat melihat kesan penuh Gerhana Matahari tersebut.

Pelan mereka adalah seperti ini – ambil gambar bintang di sekeliling Matahari sewaktu gerhana, dan bandingkan dengan kedudukan bintang pada waktu biasa pada malam hari.

Menurut pengiraan matematik daripada Teori Relativiti Umum, bintang yang berada pada bahagian penjuru hujung matahari akan kelihatan terubah dari kawasan asal mereka sebanyak dalam kira-kira 1.75 arcseconds.

Perbandingan pengiraan ini dengan Teori Graviti Newton pula adalah hampir separuh, di mana pengiraan matematik yang dibuat oleh seorang ahli astronomi German menganggarkan bintang tersebut akan terubah hanya separuh dari jarak yang dianggarkan oleh Einstein.

Pada hari berlakunya gerhana itu, pasukan ekspedisi Arthur Eddington menghadapi masalah kerana cuaca buruk dan ribut. Eddington hanya berjaya mengambil dua gambar (photographic plates), dan usahanya kelihatan hampir sia-sia. Namun sewaktu Arthur melihat hasil gambar tersebut, Arthur menulis kepada ibunya bahawa apa yang dia dapat adalah sama dengan apa yang Einstein jangkakan: “The one good plate that I measured gave a result agreeing with Einstein, and I think I have got a little confirmation from a second plate.”

Gambar sewaktu Gerhana Matahari Penuh. Fokus pada bulatan.

Melihat kepada keadaan Eddington yang agak teruk di Afrika, Arthur berharap agar keadaan adalah lebih baik di Brazil. Cuacanya adalah baik, namun pasukan Dyson mempunyai masalah untuk menganalisa gambar mereka, kerana teleskop 16-inci mereka berada dalam keadaan out of focus dan menghasilkan nilai yang lebih sekata dengan pengiraan kem Newton berbanding Einstein.

Namun satu teleskop 4-inci milik seorang paderi English membantu mereka, kerana hasil gambar mereka juga adalah sama seperti apa yang Eddington dapat. Dari 1919 sehingga ke hari ini, setiap kali berlakunya gerhana matahari, pemerhatian ini akan diulang dan ia sentiasa mengiyakan pengiraan Einstein.

Gambar teleskop yang digunakan oleh pasukan di Brazil. Credit: SSPL, via Getty Images

Pada 6 November, sewaktu Eddington dan Dyson mempersembahkan hasil pemerhatian mereka, media menjadi gila. “Revolution in Science,” merupakan tajuk muka depan akhbar The Times of London. “New Theory of the Universe: Newtonian Ideas Overthrown.” oleh The New York Times, disudahi dengan “Men of Science More or Less Agog.”

Eilnstein jadi selebriti selepas teorinya disahihkan oleh Eddington dan mendapat perhatian masyarakat dunia.

Selepas pengunguman yang dibuat oleh Eddington dan Dyson, nama Einstein serta merta menjadi terkenal. Einstein dianggap sebagai révolutionnaire, mengubah pemahaman kita terhadap alam semesta. Namun sudah tentulah idea Relativiti Umum tidak terus diterima oleh komuniti saintifik, lebih-lebih lagi kerana matematiknya yang amat susah. Ahli astronomi Amerika, George Ellery Hale, sewaktu menulis surat bagi meraikan kejayaan mereka (Einstein dan Eddington) mengatakan bahawa komplikasi yang terbit dari Teori Relativiti adalah amat sukar untuk dihadam.

Sehingga ke hari ini, pemerhatian boleh dibuat sewaktu gerhana bagi membuktikan Teori Relativiti Umum, hatta sekecil manapun institusi pemerhati tersebut.

Bacaan lanjut: https://thepatriots.asia/membina-teori-kenisbian-umum/

RUJUKAN:

“Einstein, Eddington and the 1919 eclipse”, Peter Coles (2019). Nature. https://www.nature.com/articles/d41586-019-01172-z

“The Eclipse That Revealed the Universe”, Dennis Overbye (2017). The New York Times. https://www.nytimes.com/2017/07/31/science/eclipse-einstein-general-relativity.html

“How the 1919 Solar Eclipse Made Einstein the World’s Most Famous Scientist”, Devin Powell (2019). Discover.

https://www.discovermagazine.com/the-sciences/how-the-1919-solar-eclipse-made-einstein-the-worlds-most-famous-scientist