Benarkah Gravitasi Lebih Lemah Dibanding Elektromagnetik?
Ini ialah salah satu yang sering didengar di kelas fisika atau dalam buku-buku pelajaran fisika. Bahkan sepertinya merupakan pengalaman yang familiar. Gaya tolak-menolak antara dua kutub yang sama dari dua magnet batang dengan gampang mengatasi gaya tarik-menarik gravitasi antar mereka.
Tapi matahari dan bumi mempunyai medan magnet juga, dan gaya tarik gravitasi antar mereka dengan gampang mengatasi interaksi magnetik mereka. Ketika Newton menurunkan Hukum Kepler perihal Gerakan Planet, beliau sama sekali tidak memperhitungkan (memang tidak perlu) medan magnet dan listrik dari matahari dan planet-planet.
Kaprikornus memang tidak begitu jelas. Elektromagnetisme mendominasi pada tingkat atom dan subatom. Tapi di tingkat planet, gravitasilah yang mendominasi.
Gaya magnet ialah hasil dari arus listrik atau muatan listrik yang bergerak. Ini ialah bab dari fenomena yang sama ibarat listrik statis, sehingga disebut sebagai elektromagnetisme. Jika Anda berada dalam kerangka teladan di mana muatan dalam keadaan diam, Anda melihat listrik. Jika Anda berada dalam kerangka teladan di mana muatan bergerak, Anda melihat magnet.
Gaya listrik statis antara dua benda bermuatan diberikan oleh aturan Coulomb, yang menyampaikan bahwa gaya antara dua muatan titik sebanding dengan hasil kali dari kedua muatan tersebut dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara mereka.
Gaya gravitasi antara dua partikel diberikan oleh aturan gravitasi Newton, yang menyampaikan bahwa gaya antara dua massa titik sebanding dengan hasil kali dari kedua massa tersebut dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara mereka.
Hukum gaya listrik dan gravitasi, keduanya ialah aturan kuadrat terbalik, sehingga jikalau kita menghitung rasio dari kedua gaya tersebut antara dua benda, jaraknya akan saling membatalkan (canceled out). Jika benda tersebut ialah elektron dan proton, maka gaya gravitasi ialah 39 kali lipat lebih lemah (10-39) dari gaya listrik. Inilah sumber dari mitos bahwa gaya gravitasi ialah gaya yang jauh lebih lemah dari elektromagnetisme.
Mengapa kita mendasarkan asumsi mengenai kekuatan relatif dari gravitasi terhadap elektromagnetisme pada dua partikel tertentu? Proton bahkan bukan partikel elementer, mereka terdiri dari quark.
Bahkan, bersama-sama tidak ada cara yang universal bagi kita sanggup memilih kekuatan mutlak dari gaya gravitasi. Konstanta G pada aturan gravitasi Newton bukan tidak berdimensi dan bukan merupakan ukuran yang baik dari kekuatan gravitasi alasannya ialah tergantung pada sistem unit apa yang kita gunakan.
Kekuatan mutlak dari gaya elektromagnetik ditentukan oleh α (alpha), sebuah parameter yang tak berdimensi yang disebut (untuk alasan historis), Fine-Structure Constant. Ini bersama-sama tidak konstan tetapi bervariasi dengan energi. Namun untuk tujuan yang paling simpel α sanggup diambil untuk mempunyai nilai 1/137.
Secara konvensional, parameter tak berdimensi α-G harus didefinisikan untuk mewakili kekuatan gaya gravitasi. Ini sebanding dengan kuadrat dari massa proton dan mempunyai nilai 23 lipat lebih lemah (10-23) dari alpha. Kaprikornus "secara resmi," gravitasi jauh lebih lemah daripada elektromagnetisme.
Namun, ibarat yang telah disebut diatas, proton bukan partikel dasar sehingga tidak masuk logika untuk menggunakannya untuk memilih kekuatan gravitasi. Satu-satunya massa natural yang sanggup dibuat dari konstanta dasar fisika ialah massa Planck, yang relatif cukup besar dalam skala mikro. Massa Planck ialah sekitar 22 mikrogram, sedangkan setitik bubuk hanya sekitar 1 mikrogram. Jika kita mendefinisikan kekuatan gravitasi yang tak berdimensi dengan memakai massa Planck, maka kita mendapat sempurna 1. Dalam masalah ini, gravitasi ialah 137 kali lebih besar lengan berkuasa dari elektromagnetisme.
Gravitasi sangat lemah pada tingkat atom dan subatom alasannya ialah massa atom dan partikel subatom yang sangat kecil. Namun gravitasi cukup besar lengan berkuasa pada skala planet alasannya ialah massa planet yang begitu besar.
Jadi, pertanyaan yang cantik bersama-sama adalah: "Mengapa massa partikel elementer sangat kecil dibandingkan dengan massa Planck?" Ini ialah teka-teki besar yang disebut sebagai Masalah Hirarki (hierarchy problem) yang hingga ketika ini masih belum terpecahkan oleh para fisikawan. Namun, perlu dicatat bahwa, dalam model standar, semua massa partikel elementer secara intrinsik ialah nol dan massa mereka ialah koreksi kecil yang dihasilkan dari prosedur Higgs dan proses lainnya. Sehingga pertanyaan yang lebih spesifik ialah "Mengapa koreksi tidak berada pada orde massa Planck?"
Tidak adanya kekuatan mutlak gravitasi tidak berarti bahwa kekuatan relatif terhadap gaya lain tidak penting. Mengubah definisi parameter kekuatan tidak mengubah rasio kedua gaya antara dua benda dalam situasi tertentu. Tapi, pada dasarnya adalah, bahwa rasio mereka tidak sama dalam semua kasus. Bahkan, sanggup bernilai berapa saja, tergantung pada massa dan muatan benda yang dibandingkan. Singkatnya, tidak masuk logika untuk bertanya seberapa besar kekuatan relatif dari gravitasi terhadap elektromagnetisme ....
Source: huffingtonpost.com
Tapi matahari dan bumi mempunyai medan magnet juga, dan gaya tarik gravitasi antar mereka dengan gampang mengatasi interaksi magnetik mereka. Ketika Newton menurunkan Hukum Kepler perihal Gerakan Planet, beliau sama sekali tidak memperhitungkan (memang tidak perlu) medan magnet dan listrik dari matahari dan planet-planet.
Kaprikornus memang tidak begitu jelas. Elektromagnetisme mendominasi pada tingkat atom dan subatom. Tapi di tingkat planet, gravitasilah yang mendominasi.
Gaya magnet ialah hasil dari arus listrik atau muatan listrik yang bergerak. Ini ialah bab dari fenomena yang sama ibarat listrik statis, sehingga disebut sebagai elektromagnetisme. Jika Anda berada dalam kerangka teladan di mana muatan dalam keadaan diam, Anda melihat listrik. Jika Anda berada dalam kerangka teladan di mana muatan bergerak, Anda melihat magnet.
Gaya listrik statis antara dua benda bermuatan diberikan oleh aturan Coulomb, yang menyampaikan bahwa gaya antara dua muatan titik sebanding dengan hasil kali dari kedua muatan tersebut dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara mereka.
Hukum Coulomb
Gaya gravitasi antara dua partikel diberikan oleh aturan gravitasi Newton, yang menyampaikan bahwa gaya antara dua massa titik sebanding dengan hasil kali dari kedua massa tersebut dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara mereka.
Hukum Gravitasi Newton
Hukum gaya listrik dan gravitasi, keduanya ialah aturan kuadrat terbalik, sehingga jikalau kita menghitung rasio dari kedua gaya tersebut antara dua benda, jaraknya akan saling membatalkan (canceled out). Jika benda tersebut ialah elektron dan proton, maka gaya gravitasi ialah 39 kali lipat lebih lemah (10-39) dari gaya listrik. Inilah sumber dari mitos bahwa gaya gravitasi ialah gaya yang jauh lebih lemah dari elektromagnetisme.
Mengapa kita mendasarkan asumsi mengenai kekuatan relatif dari gravitasi terhadap elektromagnetisme pada dua partikel tertentu? Proton bahkan bukan partikel elementer, mereka terdiri dari quark.
Bahkan, bersama-sama tidak ada cara yang universal bagi kita sanggup memilih kekuatan mutlak dari gaya gravitasi. Konstanta G pada aturan gravitasi Newton bukan tidak berdimensi dan bukan merupakan ukuran yang baik dari kekuatan gravitasi alasannya ialah tergantung pada sistem unit apa yang kita gunakan.
Kekuatan mutlak dari gaya elektromagnetik ditentukan oleh α (alpha), sebuah parameter yang tak berdimensi yang disebut (untuk alasan historis), Fine-Structure Constant. Ini bersama-sama tidak konstan tetapi bervariasi dengan energi. Namun untuk tujuan yang paling simpel α sanggup diambil untuk mempunyai nilai 1/137.
Kuadrat dari rasio muatan partikel elementer terhadap muatan Planck
Secara konvensional, parameter tak berdimensi α-G harus didefinisikan untuk mewakili kekuatan gaya gravitasi. Ini sebanding dengan kuadrat dari massa proton dan mempunyai nilai 23 lipat lebih lemah (10-23) dari alpha. Kaprikornus "secara resmi," gravitasi jauh lebih lemah daripada elektromagnetisme.
Namun, ibarat yang telah disebut diatas, proton bukan partikel dasar sehingga tidak masuk logika untuk menggunakannya untuk memilih kekuatan gravitasi. Satu-satunya massa natural yang sanggup dibuat dari konstanta dasar fisika ialah massa Planck, yang relatif cukup besar dalam skala mikro. Massa Planck ialah sekitar 22 mikrogram, sedangkan setitik bubuk hanya sekitar 1 mikrogram. Jika kita mendefinisikan kekuatan gravitasi yang tak berdimensi dengan memakai massa Planck, maka kita mendapat sempurna 1. Dalam masalah ini, gravitasi ialah 137 kali lebih besar lengan berkuasa dari elektromagnetisme.
Gravitasi sangat lemah pada tingkat atom dan subatom alasannya ialah massa atom dan partikel subatom yang sangat kecil. Namun gravitasi cukup besar lengan berkuasa pada skala planet alasannya ialah massa planet yang begitu besar.
Jadi, pertanyaan yang cantik bersama-sama adalah: "Mengapa massa partikel elementer sangat kecil dibandingkan dengan massa Planck?" Ini ialah teka-teki besar yang disebut sebagai Masalah Hirarki (hierarchy problem) yang hingga ketika ini masih belum terpecahkan oleh para fisikawan. Namun, perlu dicatat bahwa, dalam model standar, semua massa partikel elementer secara intrinsik ialah nol dan massa mereka ialah koreksi kecil yang dihasilkan dari prosedur Higgs dan proses lainnya. Sehingga pertanyaan yang lebih spesifik ialah "Mengapa koreksi tidak berada pada orde massa Planck?"
Tidak adanya kekuatan mutlak gravitasi tidak berarti bahwa kekuatan relatif terhadap gaya lain tidak penting. Mengubah definisi parameter kekuatan tidak mengubah rasio kedua gaya antara dua benda dalam situasi tertentu. Tapi, pada dasarnya adalah, bahwa rasio mereka tidak sama dalam semua kasus. Bahkan, sanggup bernilai berapa saja, tergantung pada massa dan muatan benda yang dibandingkan. Singkatnya, tidak masuk logika untuk bertanya seberapa besar kekuatan relatif dari gravitasi terhadap elektromagnetisme ....
Source: huffingtonpost.com
