Salah satu konsekuensi paling tidak intuitif dari teori relativitas Einstein adalah bahwa tidak ada ruang absolut atau waktu absolut. Jika Anda bertanya di mana dan kapan Anda berada, Anda akan menjawab. Tetapi jika Anda dan saya membubarkan jarak yang jauh, dan saya bertanya di mana dan kapan, seperti yang Anda pikirkan, saya, maka jawaban kita tidak harus bersamaan. Ternyata dalam teori relativitas umum tidak ada metode universal untuk menentukan ruang dan waktu (dan jarak) selain tempat di mana Anda berada. Akibatnya, kami memiliki banyak cara untuk mendefinisikan hal-hal seperti itu, dan dengan ini pertanyaan pembaca terhubung:
Saya ingin melihat penjelasan Anda tentang waktu konformal dan jarak terkait - apa itu, kapan dan bagaimana mereka digunakan dibandingkan dengan waktu dan jarak yang biasa.
Menggunakan konsep seperti "waktu" dan "jarak" dalam pidato biasa, kami membuat banyak asumsi, yang jarang kita pikirkan.
Jika Anda berpikir bahwa Anda dapat memberi tahu saya bahwa di mana saya berada, waktu hari adalah 10:05 di pagi hari, dan saya berada 700 meter dari Anda, Anda mungkin tidak mengerti atas dasar apa Anda yakin dengan perkiraan Anda. Anda berasumsi bahwa jam tangan kami berjalan dengan kecepatan yang sama, bahwa jam tersebut berasal dari tempat yang sama di mana kami menyetujui nilai waktu, dan bahwa ketika kami mengembalikan jam, mereka juga akan konsisten satu sama lain. Sederhana, bukan?
Tetapi ini hanya mungkin jika dua kondisi penting dipenuhi:
1. Tidak ada yang bergerak dalam hubungannya dengan yang lain. Jika dua objek memperoleh kecepatan relatif satu sama lain, mereka mengalami perjalanan waktu yang berbeda (dan rasa jarak). Partikel-partikel yang tidak stabil bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya tampaknya hidup lebih lama karena rentang waktu, dan para astronot di atas ISS, bergerak cepat mengelilingi Bumi, usianya sedikit berbeda dari orang-orang yang tidak bergerak di Bumi.
2. Ruang benar-benar datar, yang tidak pernah terjadi. Relativitas umum bekerja di Semesta, dan menurutnya, keberadaan materi dan energi berarti bahwa ruang melengkung, dan bahwa jam berjalan dengan kecepatan yang berbeda tergantung pada kedalaman pencelupan di medan gravitasi. Jam di bagian atas Empire State Building setiap tahun tertinggal beberapa mikrodetik dari jam di kakinya.
Pembatasan yang sama berlaku untuk jarak: pergerakan dan kelengkungan ruang membuat mustahil bagi pengamat di tempat yang berbeda untuk mengadopsi standar jarak universal. Tetapi untuk jarak yang sangat jauh, sesuatu yang lain mulai memainkan peran: fakta perluasan struktur ruang Semesta pada skala kosmik. Kita tidak bisa lagi berbicara tentang jarak antar galaksi sebagai sesuatu yang dapat diukur oleh beberapa penguasa yang disepakati, karena jarak antar galaksi meluas seiring waktu. Dan ini mengarah pada masalah ketika kita mulai berbicara, misalnya, tentang galaksi yang paling jauh di alam semesta.
Pemegang catatan ruang saat ini untuk jarak terletak pada pergeseran merah 11,1, yang berarti bahwa selama keberadaan Semesta, 13,8 miliar tahun dari Big Bang, cahayanya mencapai kita, setelah menempuh 13,4 miliar tahun. Tapi seberapa jauh galaksi ini dari kita? Anda dapat, berdasarkan waktu yang dihabiskan di jalan setapak, memutuskan bahwa jaraknya 13,4 miliar tahun cahaya - tetapi ini tidak terjadi. Ketika cahaya yang mencapai kita dipancarkan oleh galaksi ini, itu tidak lebih dari dua miliar tahun cahaya dari kita. Berkat ekspansi Semesta, kami, menggunakan standar pengukuran yang diterima secara umum, dapat mengatakan bahwa sekarang ini adalah 32 miliar tahun cahaya dari kami. Standar jarak universal sulit untuk didefinisikan dalam semesta yang mengembang, di mana jarak berubah seiring waktu.
Jadi salah satu konsep yang kami perkenalkan ketika menjawab pertanyaan pembaca adalah konsep berbagai jenis jarak. Dia bertanya kepada kami tentang salah satu dari mereka - tentang
jarak petugas . Ini adalah salah satu konsep favorit saya: ini menyiratkan bahwa jarak di alam semesta berubah karena ekspansi Hubble, sehingga tidak termasuk ekstensi dari perhitungan. Sangat mudah untuk mensimulasikan pembentukan struktur-struktur Semesta seperti bintang, galaksi, kluster, dan benang. Gravitasi, tentu saja, berkontribusi, tetapi Semesta telah berkembang selama ini. Mengetahui cara menyesuaikan jarak untuk ekspansi, kita dapat melihat bagaimana struktur besar Semesta berevolusi. Mengamati secara visual ini jauh lebih menarik daripada mengamati perluasan Alam Semesta dan mencoba untuk memahami dalam semua proses pembentukan struktur ini.
Karena ruang dan waktu terkait erat dengan konsep ruang-waktu menyatukannya, kita memerlukan konsep waktu baru, yang sesuai dengan masing-masing konsep jarak baru yang kita ciptakan. Waktu konformal akan menjadi mitra sementara dari jarak yang menyertainya. Jika kita bisa secara ajaib membekukan seluruh ekspansi Semesta di semua tempat, maka waktu konformal sesuai dengan seberapa banyak sinar cahaya membutuhkan waktu untuk melakukan perjalanan dari tempat tertentu kepada Anda.
Untuk galaksi paling jauh di Alam Semesta, waktu konformal akan menjadi 32 miliar tahun. Untuk jarak yang dirasakan dari Big Bang, itu akan menjadi 46 miliar tahun. Dan ini terlepas dari kenyataan bahwa 400 juta tahun telah berlalu dari Big Bang ke emisi cahaya oleh galaksi pertama. Pada tahap awal, ekspansi Semesta sangat cepat - dan hasilnya masih terasa sampai sekarang - bahwa perbedaan 14 miliar tahun waktu konformal berhubungan dengan perbedaan 400 juta tahun waktu "benar" (yang kita sebut "waktu").
Jika kita berbicara tentang peristiwa yang terjadi di Bumi, di mana tidak ada yang bergerak dengan kecepatan mendekati cahaya dan tidak berubah terlalu banyak di bidang gravitasi, maka berbagai jenis "jarak" dan "waktu" akan bertepatan. Tetapi jika kita berbicara tentang Semesta yang mengembang dalam skala kosmik, maka jarak yang tepat dan waktu yang tepat mungkin tidak berguna dan menarik seperti jarak yang menyertainya dan waktu yang sesuai. Dan lain kali Anda melihat simulasi Semesta dan melihat bahwa Semesta tidak terlihat mengembang, perlu diingat bahwa simulasi berlangsung menggunakan jarak yang terkait, meskipun mungkin menggunakan waktu yang tepat.
Dan ketika Anda mendengar sesuatu tentang objek yang sangat jauh, yang terletak pada jarak kurang dari 14 miliar tahun cahaya dari kami, ingatlah bahwa, kemungkinan besar, kita berbicara tentang jarak yang menyertainya. Menurut penguasa kami yang biasanya dan benar, jarak ini kemungkinan akan jauh lebih besar!