Transformasi Lorentz

Dalam fisika, transformasi Lorentz adalah seperangkat transformasi linear satu-parameter dari sistem koordinat suatu kerangka acuan dalam ruang waktu ke kerangka yang lain yang bergerak dengan kecepatan yang konstan (parameternya) relatif terhadap kerangka yang awal. Transformasi inversnya berbentuk serupa dengan parameter negatif dari kecepatan tersebut. Nama transformasi ini dinamai dari fisikawan Belanda Hendrik Lorentz.

Bentuk paling umum dari transformasi ini, dengan parameter sebuah konstanta real  melambangkan kecepatan sejajar sumbu-, dituliskan sebagai

dengan  dan  adalah koordinat suatu kejadian dalam dua kerangka, di mana salah satu kerangka diamati sedang bergerak dengan kecepatan  sejajar sumbu- menurut kerangka yang lainnya,  adalah laju cahaya, dan  adalah faktor Lorentz. Ketika kecepatan  jauh lebih kecil daripada , faktor Lorentz bisa dianggap sama dengan 1, tetapi ketika nilai  mendekati , nilai  naik tanpa batas. Nilai  selalu riil, maka karena itu nilai  (nilai  selalu lebih kecil dari ).

Jika kecepatan dilambangkan sebagai  bentuk ekuivalen dari transformasinya adalah Extract of page 21

Kerangka acuan bisa dibagi menjadi dua jenis: inersia (bergerak relatif dengan kecepatan konstan) dan non-inersia (mengalami percepatan, bergerak melengkung, gerak rotasi dengan kecepatan sudut konstan, dsb.). Istilah "transformasi Lorentz" hanya mengacu pada transformasi antar kerangka inersia, biasanya dalam konteks relativitas khusus.

Dalam masing-masing kerangka acuan, pengamat bisa menggunakan sebuah sistem koordinat lokal (biasanya koordinat Kartesius dalam konteks ini) untuk mengukur jarak, dan sebuah jam untuk mengukur interval waktu. Sebuah kejadian adalah sesuatu yang terjadi di suatu titik dalam ruang pada suatu saat dalam waktu, atau lebih formalnya suatu titik dalam ruang waktu. Transformasi ini menghubungkan koordinat ruang dan waktu dari sebuah kejadian sebagaimana diukur oleh seorang pengamat dalam masing-masing kerangka.Bayangkan bahwa di masing-masing kerangka inersia terdapat pengamat yang diposisikan dalam ruang, masing-masing dengan sebuah jam yang disinkronkan dan sedang diam terhadap kerangka inersianya masing-masing. Pengamat-pengamat tersebut kemudian melaporkan pengamatannya ke suatu kantor pusat. Ketika dibicarakan mengenai salah satu pengamat, yang dijadikan acuan adalah isi laporan tersebut. Lihat, sebagai contoh, .

Transformasi Lorentz menggantikan transformasi Galileo dari mekanika klasik, yang mengasumsikan bahwa ruang dan waktu bersifat mutlak (lihat relativitas Galileo). Transformasi Galileo merupakan perkiraan yang bagus hanya untuk kecepatan relatif yang jauh lebih kecil daripada kecepatan cahaya. Transformasi Lorentz mengandung beberapa hal yang tidak intuitif yang tidak terdapat dalam transformasi Galileo. Contohnya, transformasi Lorentz mengimplikasikan bahwa pengamat yang begerak dengan kecepatan yang berbeda bisa mengukur jarak yang berbeda, selang waktu yang berbeda, dan bahkan urutan kejadian yang berbeda, tetapi selalu sedemikian rupa sehingga laju cahaya bernilai sama dalam semua kerangka acuan inersia. Kekararan laju cahaya adalah salah satu postulat relativitas khusus.

Dalam sejarahnya, transformasi ini merupakan hasil dari usaha oleh Lorentz dan ilmuwan lainnya untuk menjelaskan mengapa laju cahaya tidak bergantung kepada kerangka acuan, dan untuk memahami simetri dari hukum-hukum elektromagnetisme. Transformasi Lorentz bersesuaian dengan relativitas khusus Albert Einstein, tetapi diturunkan lebih dahulu.

Transformasi Lorentz merupakan sebuah transformasi linear. Transformasinya bisa mengandung rotasi ruang; transformasi Lorentz yang tidak mengandung rotasi disebut Lorentz boost. Dalam ruang Minkowski, sebuah model matematika dari ruang waktu dalam relativitas khusus, transformasi Lorentz mempertahankan interval ruang waktu di antara dua kejadian manapun. Sifat ini adalah sifat terpenting dari transformasi Lorentz. Transformasi ini hanya menggambarkan transformasi di mana kejadian ruang waktu di titik asal dibuat tetap. Transformasi ini bisa dianggap sebagai rotasi hiperbolis dari ruang Minkowski. Seperangkat transformasi yang lebih umum yang juga berisi translasi dikenal sebagai grup Poincaré.

 Transformasi Lorentz dalam bentuk matriks 
Anggap suatu kejadian berada di posisi  saat waktu . Maka, posisi empat dimensi (3 ruang + 1 waktu) dari kejadian itu dapat dinotasikan dengan vektor ruang-waktu .

Tinjau dua kerangka acuan  dan  adalah kerangka inersial dengan  adalah vektor kecepatan kerangka  relatif terhadap kerangka . Suatu kejadian relatif terhadap , yaitu  dapat dicari jika kejadian yang sama diketahui posisi ruang-waktunya relatif terhadap  adalah :

Dimana  adalah faktor Lorentz.

Lihat pula

Catatan kaki

Sitasi

Referensi

Bacaan lanjutan

Pranala luar
Penurunan transformasi Lorentz. Halaman web ini berisi penurunan yang lebih rinci untuk transformasi Lorentz dengan penekanan pada sifat grupnya.
Relativity  – sebuah bab dari buku teks daring
Warp Special Relativity Simulator – program komputer yang mendemonstrasikan transformasi Lorentz pada objek sehari-hari.
 yang memvisualisasikan transformasi Lorentz.
Lorentz Frames Animated from John de Pillis. – Animasi Flash daring dari kerangka Galileo dan Lorentz, beragam paradoks, fenomena gelombang elektromagnetik, dll.

Kategori:Relativitas khusus
Kategori:Fisika teoretis
Kategori:Fisika matematis
Kategori:Ruang-waktu
Kategori:Sistem koordinat
Kategori:Hendrik Lorentz