Pengenalan Kerelatifan Khas

Pada hujung abad ke 19, ahli-ahli fizik sudah mula melihat akan keunikan kelajuan cahaya, c. Kelajuan ini muncul dalam persamaan gelombang bagi gelombang elektromagnet dan ahli-ahli fizik mendapati bahawa kelajuan ini adalah sama dengan kelajuan cahaya yang telah pun berjaya diukur dengan jitu. Hal ini telah membawa kepada satu konklusi, cahaya adalah gelombang elektromagnet.

Pada tahun 1887, satu eksperimen telah dijalankan oleh dua orang ahli fizik dari Amerika iaitu A.A. Michelson dan E.W. Morley untuk mencari ‘aether’; suatu medium yang diteorikan sebagai medium bagi cahaya. Eksperimen ini membuktikan bahawa aether tidak wujud dan membawa kepada satu perspektif baharu yang amat penting dan unik bagi cahaya; kelajuan cahaya sentiasa sama dalam apa jua pergerakan kita relatif kepada sumber cahaya tersebut.

Michelson (kanan) dan Morley (kiri)

Perspektif baharu ini dilihat seperti tidak masuk akal. Sebagai contoh, jika anda berada didalam sebuah kereta yang bergerak ke hadapan pada halaju 100 km/j dan menembak peluru ke hadapan pada halaju 1000 km/j relatif kepada kereta, maka rakan anda yang berada pegun di luar kereta akan melihat halaju bagi peluru tersebut pada 100 + 1000 = 1100 km/j. Bagaimanapun eksperimen Michelson-Morley ini menunjukkan bahawa jika anda berada di dalam sebuah roket dan bergerak ke hadapan dengan halaju 0.1c, kemudian anda menghalakan laser ke hadapan, rakan anda yang berada pegun di luar roket akan melihat cahaya laser tersebut bergerak pada halaju c dan bukan 1.1c seperti eksperimen menggunakan peluru.

Teori kerelatifan khas dikemukakan oleh Albert Einstein pada tahun 1905 untuk membahaskan berkenaan dengan status bagi kelajuan cahaya. Teori ini mempunyai rangka bentuk matematik yang membolehkan kita untuk meluaskan hukum-hukum fizik sedia ada daripada halaju rendah (halaju yang sangat sedikit dibandingkan dengan kelajuan cahaya, juga dikenali sebagai ketakrelatifan) kepada halaju sangat tinggi yang setanding dengan kelajuan cahaya (kerelatifan).

Dua unsur penting dalam teori ini ialah:

1.    Kelajuan cahaya, c, adalah kelajuan yang paling maksimum dalam alam semesta dan kelajuan cahaya adalah sama bagi semua pemerhati tanpa mengira pergerakan mereka. Einstein meluaskan lagi kenyataan ini kepada prinsip kerelatifan: Hukum-hukum fizik adalam sama bagi semua pemerhati yang tidak berada dalam pecutan.

2.      Tidak ada rangka rujukan mutlak dalam alam semesta, setiap pemerhatian yang dilakukan adalah relatif kepada rujukan pemerhati.