Percobaan Michelson-Morley: Menguji Keberadaan Eter

Percobaan Michelson-Morley adalah salah satu percobaan paling penting dan terkenal dalam sejarah fisika, yang dilakukan pada tahun 1887 oleh Albert Michelson dan Edward Morley di tempat yang sekarang menjadi kampus Case Western Reserve University di Cleveland, Ohio, Amerika Serikat. Percobaan ini bertujuan untuk menguji hipotesis tentang keberadaan eter, yang pada waktu itu dianggap sebagai medium yang membantu perambatan gelombang cahaya.

Latar Belakang Percobaan

Pada abad ke-19, banyak ilmuwan yang percaya bahwa gelombang cahaya membutuhkan suatu medium untuk merambat, sama seperti gelombang suara membutuhkan udara atau air. Medium ini disebut eter, dan dianggap sebagai suatu zat yang mengisi seluruh ruang kosmik, termasuk di antara benda-benda langit. Eter juga dianggap sebagai suatu medium yang absolut dan tidak bergerak, sehingga semua gerakan relatif dapat diukur terhadap eter.

Salah satu konsekuensi dari hipotesis eter ini adalah bahwa kecepatan cahaya harus bergantung pada arah dan kecepatan gerak pengamat terhadap eter. Misalnya, jika Bumi bergerak melalui eter dengan kecepatan tertentu, maka pengamat di Bumi akan melihat cahaya yang datang dari arah yang berlawanan dengan gerak Bumi lebih cepat daripada cahaya yang datang dari arah yang sejajar dengan gerak Bumi. Perbedaan kecepatan cahaya ini disebut angin eter (ether wind).

Michelson dan Morley ingin mengukur angin eter ini dengan menggunakan suatu alat yang disebut interferometer, yang dapat mendeteksi perubahan kecil dalam panjang gelombang cahaya. Interferometer ini terdiri dari dua lengan yang sama panjang yang saling tegak lurus, yang masing-masing dilengkapi dengan cermin di ujungnya. Cahaya dari suatu sumber dibagi menjadi dua sinar yang merambat ke arah yang berbeda, lalu dipantulkan oleh cermin dan digabungkan kembali. Jika kedua sinar cahaya memiliki panjang gelombang yang sama, maka mereka akan saling menguatkan atau melemahkan, tergantung pada fase gelombangnya. Namun, jika ada perbedaan panjang gelombang antara kedua sinar cahaya, maka akan terjadi suatu pola interferensi yang dapat diamati.

Michelson dan Morley berharap bahwa dengan memutar interferometer mereka, mereka dapat mengukur perbedaan panjang gelombang cahaya yang disebabkan oleh angin eter. Mereka mengira bahwa ketika salah satu lengan interferometer sejajar dengan arah gerak Bumi, maka cahaya yang merambat di lengan tersebut akan lebih lambat daripada cahaya yang merambat di lengan yang tegak lurus dengan arah gerak Bumi. Sebaliknya, ketika lengan interferometer tersebut tegak lurus dengan arah gerak Bumi, maka cahaya yang merambat di lengan tersebut akan lebih cepat daripada cahaya yang merambat di lengan yang sejajar dengan arah gerak Bumi. Perbedaan kecepatan cahaya ini akan menyebabkan perbedaan panjang gelombang cahaya, yang akan terlihat sebagai pergeseran pola interferensi.

Hasil dan Implikasi Percobaan

Michelson dan Morley melakukan percobaan mereka dengan sangat teliti dan akurat, tetapi mereka tidak menemukan adanya pergeseran pola interferensi yang signifikan. Hasil percobaan mereka menunjukkan bahwa tidak ada perbedaan kecepatan cahaya yang terukur antara dua arah yang berbeda, yang berarti bahwa tidak ada angin eter yang terdeteksi. Hasil ini sangat mengejutkan dan menantang bagi para ilmuwan pada waktu itu, karena mereka menggagalkan hipotesis eter yang telah diterima secara luas.

Percobaan Michelson-Morley dianggap sebagai petunjuk pertama terkuat untuk menyangkal keberadaan eter sebagai medium gelombang cahaya. Percobaan ini juga telah disebut sebagai “titik tolak untuk aspek teoretis revolusi ilmiah kedua”. Albert Michelson dianugerahi Hadiah Nobel Fisika tahun 1907 terutama untuk melaksanakan percobaan ini.

Percobaan Michelson-Morley membuka jalan bagi perkembangan teori relativitas khusus oleh Albert Einstein pada tahun 1905, yang menjelaskan bahwa kecepatan cahaya adalah konstan dan tidak bergantung pada kerangka acuan pengamat. Teori relativitas khusus juga menyatakan bahwa ruang dan waktu bukanlah entitas yang absolut dan tetap, tetapi dapat berubah-ubah tergantung pada kecepatan relatif antara pengamat dan objek yang diamati. Teori relativitas khusus telah terbukti secara eksperimental oleh banyak percobaan lain, dan menjadi salah satu landasan fisika modern.

Percobaan Michelson-Morley juga menginspirasi banyak percobaan lain yang menguji aspek-aspek lain dari teori relativitas khusus, seperti percobaan Ives-Stilwell dan Kennedy-Thorndike. Percobaan-percobaan ini semakin meningkatkan kepekaan dan akurasi pengukuran kecepatan cahaya, dan semakin memperkuat kenyataan tidak adanya angin eter. Percobaan resonator paling baru menguatkan kenyataan tidak adanya angin eter pada tingkat 10⁻¹⁷.

Kesimpulan

Percobaan Michelson-Morley adalah percobaan yang sangat berpengaruh dalam sejarah fisika, yang membantah hipotesis eter dan mendorong lahirnya teori relativitas khusus. Percobaan ini menunjukkan bahwa kecepatan cahaya adalah konstan dan tidak dipengaruhi oleh gerak relatif antara pengamat dan sumber cahaya. Percobaan ini juga menunjukkan bahwa ruang dan waktu bukanlah konsep yang sederhana dan baku, tetapi dapat berubah-ubah tergantung pada kecepatan relatif. Percobaan ini merupakan salah satu contoh bagaimana percobaan ilmiah dapat mengubah paradigma dan pemahaman kita tentang alam semesta.