Bingung dengan Konsep Fisika dalam Film Interstellar? Ini Penjelasan Ilmiahnya

Sedikit penjelasan ilmiah untuk film Interstellar Tags: Knowledge - Physics - Mathematics - Entertainment - Film - Activity - Controversy - Inspiring	warrenroland UserID: 5831115
Quote:Sedikit penjelasan ilmiah untuk film Interstellar Quote:SUMBER THREAD : Zenius.net Dengan sedikit perubahan. Quote:Halo guys, ada yang udah nonton film garapan terbaru Christopher Nolan yang berjudul Interstellar? Film ini baru aja keluar di Bioskop Indonesia minggu ini, dan kemungkinan akan tetap ngehits buat beberapa minggu ke depan. Buat lo yang belum nonton film ini, gua rekomen banget lo luangin waktu di akhir pekan buat nonton film ini. Gua pribadi sebenernya udah nungguin film ini keluar cukup lama karena film ini dibuat oleh salah satu sutradara favorit gue (Nolan) dan gue denger film yang satu ini digarap dengan cukup serius dari sisi sains sampai melibatkan penasihat seorang fisikawan teori dan ahli astrofisika kelas dunia seperti Prof. Kip Stephen Throne (sahabat kental Stephen Hawking & Carl Sagan). Akhirnya penantian gua berakhir juga, weekend lalu gua nonton film ini, secara keseluruhan menurut gua film ini keren banget dan sangat layak untuk ditonton. Secara garis besar, film ini menceritakan tentang upaya umat manusia untuk mencari "rumah baru" di luar sistem tata surya kita karena bumi udah kena kerusakan ekologi yang sangat parah sampai manusia bener-bener udah gak bisa berbuat apa-apa lagi. Buat lo yang belum nonton, coba deh lo tengok trailernya di bawah ini: Spoiler for Trailer: Film ini membuat gua hanyut dalam moment-moment menegangkan dalam perjalanan manusia untuk mengeksplorasi alam semesta yang penuh dengan misteri. Dari mulai saat pertama kali manusia masuk ke wormhole , menembus jarak jutaan tahun cahaya yang jauhnya tak terbayangkan. Kemudian penerapan cryosleep-system yang memungkinkan manusia memperlambat metabolisme tubuh-nya agar bisa menembus batas usia normal. Upaya manusia mencari kemungkinan apakah masih ada tempat di sudut galaxy lain yang cukup kondusif untuk menjadi rumah baru bagi manusia. Sampai gimana usaha para fisikawan teori untuk menggenapi rumus gravitasi (gabungan mekanika quantum dengan teori relativitas, disebut juga quantum gravity) agar manusia dapat menciptakan koloni ruang angkasa. Semua hal itu bikin gua bener-bener larut dalam ceritanya sampai merinding. Cuma sayangnya, perasaan takjub yang gua alami waktu nonton itu, gak bisa dirasakan oleh semua penonton di bioskop. Kalo gua perhatiin, gak sedikit penonton yang ninggalin bioskop di tengah-tengah pemutaran film ini, ada sebagian yang gua liat malah tidur dengan pulas, bahkan orang yang duduk di sebelah gua ampe nyeletuk ke temennya "sumpah gua gak ngerti ini film jalan ceritanya kemana, mereka sebenernya mau ngapain sih?". Sepulangnya abis nonton, gua penasaran sama reaksi orang-orang di twitter yang udah nonton interstellar, ternyata hal itu gak terjadi di ruang bioskop gue aja. Buat lo yang udah nonton filmnya, apakah lo mengalami kesulitan juga untuk ngerti jalan ceritanya? Okay, emang harus gua akui, film interstellar ini gak akan bisa lo nikmatin sejauh mana kerennya kalo lo gak paham tentang prinsip-prinsip dasar fisika modern dan biokimia. Ada banyak konsep fisika modern yang menjadi dasar dari plot cerita, seperti konsep relativitas umum Einstein yang menerangkan tentang konsep dilatasi waktu , intra-universe wormhole, kemudian konsep hawking radiation dalam blackhole, cryonic suspension, dan sedikit pemahaman biokimia dasar. Quote:"Widih, berat banget dong yah filmnya? Gua mana bisa paham ceritanya kalo harus ngerti konsep fisika yang serumit itu?" Sebetulnya gak seserem itu juga kok, beberapa istilah yang gua sebut di atas sebetulnya gak terlalu berat-berat banget kalo lo tau konsep dasarnya, apalagi kalo target lo cuma untuk sekedar paham jalan cerita film Interstellar. Gue sendiri sebetulnya gak mendalami fisika secara mendalam, paling-paling pemahaman fisika gue sebatas dari apa yang gua dapet di pelajaran SMA sama sedikit-banyak baca beberapa buku sains populer + nonton film-film dokumenter sains buat ngisi waktu. Jadi pemahaman gua sendiri akan konsep fisika itu sebatas "kulit luar" hasil dari baca-baca artikel science-populer doang, tapi itu semua udah lebih dari cukup kok untuk bisa nikmatin film keren ini. So, dengan ngeliat ada begitu banyak yang curhat di social media karena gak ngerti film Interstellar, gua jadi gemes sendiri pengen nulis artikel ini. Rasa kok sayang banget cuma gara-gara gak paham pengetahuan dasar sains populer, terus lo malah gak bisa nikmatin film sekeren Interstellar secara total. Nah, di artikel ini gua akan coba mengupas beberapa penjelasan ilmiah dibalik cerita film Interstellar. Dari beberapa hal yang akan gua bahas di bawah ini, gua upayakan untuk membahas sisi sains terlepas dari jalan ceritanya, tapi tetap saja artikel ini kemungkinan akan mengandung SPOILER. Jadi buat lo yang belum nonton filmnya dan gak suka kena spoiler, gua saranin lo nonton dulu baru abis itu baca artikel ini. Tapi buat yang gak masalah sama spoiler, bisa langsung baca artikel ini dan gua jamin lo tetep bisa nikmatin film-nya karena bahasan gua kali ini lebih fokus pada sisi ilmiah daripada ngebahas jalan cerita. Okay, sebelum bahas lebih lanjut gua mau tekenin dulu kalo gak semua hal yang berkaitan dengan sains pada film Interstellar gua bahas secara detail. Kenapa? soalnya topik science pada film ini luas banget dan artikelnya nanti malah jadi kepanjangan kalo gua bahas secara detail. So,di artikel ini, gua cuma akan bahas satu konsep yangmenerangkan tentang konsep dilatasi waktu, intra-universe wormhole, kemudian konsep hawking radiation dalam blackhole, cryonic suspension, dan sedikit pemahaman biokimia dasar. Nah, setelah gua coba sempet nanyain ke beberapa temen, dari sekian banyak hal yang bikin mereka gak ngerti film Interstellar, ternyata yang paling sering bikin mereka bingung dan gak ngerti sama film-nya itu adalah konsep dilatasi waktu. Quote:Kenapa waktu Cooper menjalankan misinya di luar angkasa, orang di Bumi cepet banget jadi tua, sementara Cooper dan astronot yang lain gak nambah tua? Masih inget sebelum ninggalin bumi, Cooper cerita ke putrinya si Murphy, kalo kemungkinan pada saat dia kembali, umur mereka jadi sama. Terus si Cooper ngasih jam ke si Murphy buat dicocokin berapa selisih waktunya begitu kelak nanti dia kembali ke Bumi. Nah, mungkin lo mikir ini si Cooper lagi mabok atau gimana kok bisa ngomongnya ngelindur kayak gitu. Sampai akhirnya ada adegan di Planet Miller, itu lho yang planet isinya aer semua terus ada tsunami gede. Misi mereka di planet itu adalah ngikutin sinyal koordinat yang ditinggalin astronot sebelumnya untuk dapetin data buat nyari tau apakah planet itu bisa ditinggalin atau nggak. Nah, begitu para astronot itu masuk ke atmosfer planet Miller, mendadak nuansanya jadi tegang. Cooper ampe bilang mereka harus kerja secepat mungkin dan gak boleh buang-buang waktu karena 1 jam di Planet Miller = 7 tahun di bumi. Sayangnya gara-gara kena tsunami, pesawat mereka butuh waktu cukup lama untuk ngeringin mesin sebelum akhirnya balik ke pesawat induk. Abis mereka balik ke pesawat induk Endurance, mereka ngeliat si Romilly (awak yang tinggal di pesawat induk) tiba2 udah jadi tua, terus Cooper dapet banyak pesan video dari bumi selama 23 tahun sampai si Murphy (anak ceweknya Cooper) umurnya udah sama dengan Cooper. Lho kok bisa gitu yah? Emang beneran bisa gitu? Yup, hal ini emang udah terbukti dalam fisika modern baik secara teoritis maupun secara pengamatan, namanya dilatasi waktu . Konsep ini didasarkan pada teori relativitas khusus Einstein yang menjelaskan bahwa waktu bersifat relatif berdasarkan acuan pengamatan, dan satu-satunya yang kecepatan yang konstan dari pengamatan adalah kecepatan cahaya. Dalam illustrasinya Einstein secara singkat menjelaskan bahwa jika ada sepasang anak kembar, katakanlah bernama Sabda dan Wisnu, terus misalnya si Sabda berangkat ke luar angkasa dengan pesawat ruang angkasa yang sangat cepat hingga mendekati kecepatan cahaya lalu kembali ke bumi setelah setelah beberapa jam di luar angkasa. Pada saat mereka ketemu, waktu di bumi udah berjalan bertahun-tahun sehingga umur si Wisnu yang tinggal di bumi jadi jauh lebih tua daripada Sabda. "Lho kok bisa gitu? Tetep gak masuk akal banget buat gue. Apa gue harus sejenius Einstein dulu baru bisa ngerti? Wah otak gua gak nyampe dong kalo gitu, ya udah deh terima2 aja deh.." Eit jangan nyerah dulu gitu dong. Emang konsep waktu dilatasi ini susah dibayangkan karena kita udah terbiasa sehari-hari mengalami waktu yang (seakan-akan) konstan, baik lo yang ada di ujung dunia manapun, satu detik ya berasanya satu detik. Jadi emang wajar aja kalo kita sebagai manusia yang hidup pada "ekosistem" yang sama jadi sulit buat ngebayangin waktu yang relatif itu. Tapi walaupun sulit buat dibayangin, kita tetep bisa coba paham konsep waktu yang relatif dengan penurunan rumus yang sederhana kok. Yuk kita coba sama-sama telusuri konsep yang kesannya ajaib ini dengan pemahaman rasional kita. Okay, lo masih inget kan jam tangan yang dikasih Cooper ke Murphy yang jadi indikator perbedaan waktu antara mereka. Nah, sekarang coba lo bayangin kalo jam tangan analog itu diganti dengan sebuah alat indikator waktu yang lebih bisa dibayangin secara matematis, yang gua kita namain aja sebagai jam cahaya. Apaan tuh jam cahaya? Jadi gini, lo pernah gak ada di dalem lift yang cermin-nya saling berhadapan? jadinya pantulan bayangan lo saling mantul sampe lo bisa ngeliat bayangan lo jadi banyak banget. Bayangan lo itu sebetulnya refleksi dari cahaya yang saling mantul antar kedua cermin dengan kecepatan cahaya = 299.792.458 m/s. Ya jelas mata lo gak bisa nangkep perubahan yang terjadi karena hal itu berlangsung secepat kecepatan cahaya jadinya keliatannya bayangan lo mantul seolah-olah sampai tak hingga. Okay, lo masih inget kan jam tangan yang dikasih Cooper ke Murphy yang jadi indikator perbedaan waktu antara mereka. Nah, sekarang coba lo bayangin kalo jam tangan analog itu diganti dengan sebuah alat indikator waktu yang lebih bisa dibayangin secara matematis, yang gua kita namain aja sebagai jam cahaya. Apaan tuh jam cahaya? Jadi gini, lo pernah gak ada di dalem lift yang cermin-nya saling berhadapan? jadinya pantulan bayangan lo saling mantul sampe lo bisa ngeliat bayangan lo jadi banyak banget. Bayangan lo itu sebetulnya refleksi dari cahaya yang saling mantul antar kedua cermin dengan kecepatan cahaya = 299.792.458 m/s. Ya jelas mata lo gak bisa nangkep perubahan yang terjadi karena hal itu berlangsung secepat kecepatan cahaya jadinya keliatannya bayangan lo mantul seolah-olah sampai tak hingga. Nah sekarang lo bayangin kalo yang gua maksud dengan jam cahaya itu adalah alat kecil sederhana berupa 2 cermin yang saling berhadapan satu sama lain, terus alat itu juga punya semacam sensor yang bisa ngitung berapa kali partikel cahaya (photon) memantul pada jam tersebut. Kenapa gua replace jam tangan analog dengan jam cahaya? Soalnya balik lagi ke postulat relativitas Einstein bahwa kecepatan cahaya itu konstan, jadi pastinya jauh lebih akurat dan enak buat dibayangin. Nah, sekarang dengan jam cahaya itu, kita bisa ngitung satuan durasi waktu dengan menghitung berapa kali partikel cahaya mantul dalam alat tersebut. Sekarang bayangin kalo Murphy sama Cooper masing-masing membawa jam cahaya yang sama. Buat lebih gampang bayanginnya, kita asumsikan mereka gak terpisah ke luar angkasa, tapi cuma terpisah dari Jakarta ke Bekasi aja (eh sama jauhnya yah?). Nah lo bayangin Cooper sama Murphy masing-masing pegang jam cahaya tersebut, cuman si Murphy berdiri dalam kondisi diam di peron stasiun kereta api Tebet Jakarta, sementara Cooper naik kereta menuju Bekasi. Pada jam cahaya si Murphy yang cuma bengong di depan stasiun (gak ikut naik kereta), kita akan melihat jam cahaya berfungsi seperti normal, partikel cahaya mantul vertikal ke atas dan ke bawah dengan jumlah tergantung berapa jarak kedua cermin itu. Sementara jam cahaya punya si Cooper ikut bergerak bersama dengan kereta dengan kecepatan konstan. Maka pantulan partikel cahaya tidak bergerak cuma vertikal ke atas ke bawah, melainkan membentuk sudut diagonal. Coba lo bayangin deh kayak gif animasi di bawah ini. Dengan ngeliat bentuk lintasan cahaya, kita sudah bisa ngeliat kalo durasi satuan waktu Cooper gak sama dengan Murphy, karena partikel cahaya pada jam cahaya Cooper harus bergerak lebih jauh daripada jam milik Murphy. Nah, itu kasusnya kalo Cooper naik kereta, sekarang kalo Cooper naik benda yang lebih cepet bergerak (misalnya pesawat luar angkasa), maka semakin kecil sudut BAC (lihat gambar di atas), artinya semakin jauh jarak yang harus ditempuh partikel cahaya untuk menyelesaikan satu kali pantulan. Nah sekarang kita coba yuk itung sama-sama berapa banyak sih bedanya waktu antara Cooper sama Murphy dengan nurunin rumus fisika sederhana. c — kecepatan pergerakan partikel cahaya = (1,08×109 km/jam) v — kecepatan pergerakan jam cahaya (kecepatan kendaraan Cooper) h — jarak 2 cermin dalam jam cahaya (jarak B ke C) d — jarak yang ditempuh cahaya untuk acuan bergerak (jarak A ke B) x — jarak yang ditempuh jam cahaya dalam kondisi bergerak (jarak A ke C) tA — satu satuan waktu untuk acuan jam si Murphy (yang diem) tB — satu satuan waktu untuk acuan jam si Cooper (yang gerak) Perlu diingat rumus dasar kecepatan. Quote:Asumsi dasar: "kita sepakatin dulu kalo satu satuan waktu pada jam cahaya dihitung mulai saat partikel cahaya meninggalkan cermin yang bawah, kena cermin atas, terus mantul balik lagi ke cermin yang bawah." Karena kecepatan partikel cahaya (c) dan jarak cermin-nya itu (h), kita bisa jadiin rumus satu satuan waktu untuk jam si Murphy (tA). Inget yah satuan waktunya itu kalo udah mantul baik ke bawah, jadi itungannya 2x Nah sekarang untuk mengetahui nilai satu satuan waktu pada jam bergerak (tB), kita perlu tahu jarak yang ditempuh cahaya (d). Caranya gimana? gampang, pake aja konsep pythagoras. Dengan nilai d diketahui, kita masukin ke satu satuan waktu untuk jam si Cooper yang bergerak (tB). Kita coba sederhanakan dengan cara kuadratkan kedua sisi-nya dulu yah... Nah sekarang tinggal susun ulang deh persamaan supaya tB waktu si Cooper di satu sisi dan tA waktu si Murphy di sisi yang lain. Eng ing eng! Akhirnya kita dapet deh persamaan rumus yang nyambungin sejauh mana perbedaan waktu relatif yang dialami Cooper sama waktu yang dialami Murphy. Nah, rumus ini sebenarnya dikenal juga dengan nama transformasi Lorentz. Bentuk yang lebih bekennya disebut dengan faktor lorentz seperti yang lo bisa lihat di bawah ini. Kenapa gua nggak langsung ngasih aja rumusnya dari tadi? Ya gua sengaja supaya lo ikut terlibat juga dalam proses pembuktian konsep dilatasi waktu. Ternyata cuma dengan konsep antara kecepatan, jarak, dan waktu, kita bisa sampai mendapatkan rumus perbandingan waktu relatif. Jauh lebih puas kan rasanya kalo kita bisa ngebuktiin rumus sendiri? Quote:Terus gimana nih nerapin rumus itu buat ngejelasin perbedaan waktu antara Cooper sama Murphy? Gini, sekarang kita anggep aja pertama si Cooper naik pesawat luar angkasa dengan kecepatan 3.000 kilometer/detik. Nah kita ketahui kalo satuan kecepatan cahaya itu tetap yaitu c = 299.792,458 kilometer/detik. Maksudnya kalo dimasukin ke rumus faktor lorentz di atas, maka kita dapet faktor Lorentznya adalah 1,00005. Terus apa artinya nih Faktor Lorentz? Artinya berdasarkan pengamatan si Murphy, dia akan melihat bahwa jam cahaya si Cooper akan bergerak 1,00005 kali lebih lambat. "Hah cuma segitu? Ya elah dikit amat, kaga ngaruh kalo cuma segitu sih!" Ya emang kalo kecepatannya cuma 3.000km/sec sih gak kerasa, tapi gimana kalo kecepatannya bisa sampai mendekati kecepatan cahaya Nah, sekarang kalo lo coba inget-inget lagi filmnya, si Cooper masuk ke atmosfer planet Miller yang ceritanya itu planet lagi ngikutin rotasi blackhole Gargantua dengan kecepatan hampir mendekati kecepatan cahaya. Di filmnya sendiri, seinget gua gak disebutin planet Miller gerak berapa % kecepatan cahaya, tapi yang jelas kalo diketahui berapa kecepatan planet itu, bisa lo itung dengan rumus yang tadi baru aja kita dapetin. Buat lebih jelasnya lo bisa lihat tabel di bawah ini. Nah, sekarang lo paham kan kalo semakin cepat Miller bergerak relatif terhadap pengamatan Murphy, maka akan semakin lambat jam Cooper dilihat dari acuan Murphy. Pada 99.99% kecepatan cahaya, jam cahaya Murphy sudah mantul sebanyak 70 kali, sedangkan jam cahaya si Cooper baru mantul 1 kali. Kalo Cooper bergerak dengan kecepatan ini secara konstan selama 1 tahun (waktu acuan Cooper), waktu yang berlalu di bumi tempat si Murphy udah berjalan 70 tahun. Nah sekarang lo beneran paham kan kenapa waktu balik ke bumi si Murphy udah tua renta sementara si Cooper masih kelihatan nampak muda? Karena pada kenyataannya, waktu itu gak seperti yang kita bayangkan cuma berjalan lurus dan berlaku dimanapun. Waktu itu relatif, massa itu relatif, dan jarak itu relatif, satu-satunya yang konstan adalah kecepatan cahaya. Itulah cara alam semesta ini bekerja, walau terkesan gak masuk akal bagi kita manusia, perlu kita sadari bahwa itu disebabkan karena pengamatan indrawi kita juga terbatas, dan bias pengamatan karena kita terbiasa dengan kondisi penalaran ruang dan waktu yang linear. Sekarang dengan lo menelusuri secara langsung konsep fisikanya, lo gak akan cuma bisa sekedar ngomong sotoy "oh gua ngerti kenapa si murphy jadi tambah tua daripada Cooper, itu karena konsep dilatasi waktu dan relativitas khusus kan?". Tapi lo sekarang bener-bener paham konsepnya, bener-bener masuk ke otak lo, dan bahkan sekarang lo juga bisa ngebuktiin sendiri konsepnya secara matematis. Sebetulnya efek dilatasi waktu di film interstellar disebabkan oleh dua hal, pertama karena tarikan gravitasi blackhole yang sangat kuat (relativitas umum), yang kedua karena planet miller itu ditarik oleh pusaran supermassive spinning blackhole yang berotasi dengan kecepatan 99,8℅ dari kecepatan cahaya. Nah, konsep dilatasi waktu yang gue jelasin di sini cuma bagian relativitas khususnya aja, yaitu dilatasi waktu yang disebabkan planet miller ikut masuk ke pusaran blackhole yang berotasi sangat cepat sampai bergerak mendekati kecepatan cahaya. Sementara itu untuk bagian relativitas umumnya, nggak kita bahas di sini. Quote:Okay, secara matematis di atas kertas emang bisa dibuktikan, tapi emang secara pengamatan konsep dilatasi waktu ini beneran kejadian di dunia nyata? Yup, pada tahun 1971, dua orang ahli fisika dan astronom bernama Joseph C. Hafele dan Richard E. Keating melakukan percobaan yang kurang lebih mirip dengan illustrasi gua di atas, nama percobaannya diambil dari nama mereka yaitu Hafele-Keating experiment. Mereka menggunakan 2 cesium-beam atomic clocks (jam dalam skala atom yang sangat presisi) lalu masing-masing dibawa oleh pesawat komersil mengelilingi dunia 2x, yang satu menuju ke arah timur, satu lagi ke arah barat. Setelah dicocokan, ternyata terdapat perbedaan waktu antara kedua jam tersebut. Yang mana yang gap waktu-nya lebih besar? Tentu aja gap waktu lebih besar pada pesawat yang ke arah barat karena kita di bumi sebagai pengamat juga gak berada dalam kondisi statis, melainkan (bumi) berotasi dari barat ke timur pada sumbunya. Tentu perbedaannya gak terlalu besar (karena pesawat komersil masih jauh lebih lambat dari kecepatan cahaya), jadi perbedaannya cuma dalam skala nano-second. Cuma dalam skala atomic level, perbedaan itu sudah bisa membuktikan bahwa konsep dilatasi waktu yang relatif adalah benar-benar terjadi secara nyata. Salah satu contoh lain yang mungkin lebih bisa lo bayangin adalah satelit GPS yang ngirim sinyal ke smartphone kamu supaya bisa ngebuka google map. Satelit-satelit GPS yang berada di atas atmosfir bergerak dengan kecepatan tinggi, jadi ada dilatasi waktu yang dialami satelit tersebut. Makanya waktu ngirim sinyal, perlu ada sedikit kalibrasi/adjustment yang memperhitungkan faktor dilatasi waktu, supaya pengiriman sinyal GPS tetap akurat diamati oleh kita yang ada di bumi.	Bingung dengan Konsep Fisika dalam Film Interstellar? Ini Penjelasan Ilmiahnya
Source: http://www.kaskus.co.id/thread/54682267c3cb172f6e8b457c/sedikit-penjelasan-ilmiah-untuk-film-interstellar	Category: Best Article