Kelengkungan ruang-waktu

Dalam teori relativitas umum Kelengkungan ruang waktu (bahasa Inggris: Curvature of Spacetime) adalah ruang waktu melengkung yang disebabkan oleh objek masif, dan efek lengkungan pada objek itulah yang disebut gravitasi. Jadi, secara lokal, ruang waktu melengkung di sekitar objek yang bermassa.^[1] Ini juga dapat disebabkan oleh gelombang gravitasi (riak dalam ruang-waktu) dihasilkan dari peristiwa astrofisika seperti tabrakan bintang, yang menyebabkan perubahan kecil dalam gravitasi dan meregangkan serta memperpendek jarak di Bumi.^[2]

Ide kelengkungan ruang-waktu berawal dari matematika. Saat mencari matematika yang dapat mewujudkan Prinsip Kesetaraannya, Einstein diarahkan ke persamaan geometri Riemannian. Dan, persamaan ini menggambarkan kelengkungan empat dimensi, bagi mereka yang dapat memvisualisasikannya. Soalnya, ahli matematika tidak dibatasi oleh kendala fisik; persamaan yang memiliki arti fisik dalam tiga dimensi dapat digeneralisasikan secara aljabar ke seluruh dimensi.^[3]

Prinsip Einstein merinci bagaimana gravitasi mengganggu ruang dan waktu. Salah satu manifestasinya yang paling menarik adalah pelebaran waktu akibat gravitasi. Efek ini telah dibuktikan dengan membandingkan jam dengan ketinggian yang berbeda seperti di pegunungan, di lembah, dan luar angkasa.^[4] Einstein tidak pernah benar-benar memperhatikan geometri medan gravitasi atau (selanjutnya) medan elektromagnetik; memang, dia berpikir bahwa pernyataan Relativitas Umum membuat geometri gravitasi.^[5]

Dalam penjelasan klasik gravitasi Newton, bumi ingin bergerak secara inersia, yaitu seragam dalam garis lurus. Gaya gravitasi dari matahari membelokkannya dan menyebabkannya bergerak dalam orbit elips mengelilingi matahari. Teori relativitas umum Einstein 1915 menyatakan bahwa apa yang dirasakan sebagai gravitasi muncul dari kelengkungan ruang-waktu oleh materi dan energi.^[6][7] Dalam teori Einstein, kehadiran matahari mengganggu - yaitu, kurva - struktur ruang-waktu. Bumi kemudian hanya bergerak secara inersia di ruang waktu baru yang terganggu ini. Ia mengikuti lintasan inersia, tetapi lintasan itu telah terdistorsi sehingga ia berakhir di elips di ruang sekitar matahari; atau, lebih tepatnya, lintasan heliks yang mengelilingi garis dunia matahari dalam ruang waktu.^[8]

Ketika sedang mengerjakan persamaan untuk teori relativitas umumnya, Einstein menyadari bahwa benda masif menyebabkan distorsi dalam ruang waktu. Bayangkan meletakkan tubuh besar dalam trampolin. Sebuah kelereng yang berguling-guling di tepinya akan berputar ke dalam menuju titik, ditarik dengan cara yang sama seperti gravitasi sebuah planet menarik bebatuan di luar angkasa.^[9] Massa juga berpengaruh pada geometri alam semesta secara keseluruhan. Kepadatan materi dan energi di alam semesta menentukan apakah alam semesta terbuka, tertutup, atau datar. Jika massa jenis sama dengan massa kritis, maka alam semesta memiliki kelengkungan nol; itu datar. Itu bisa dianalogikan alam semesta datar seperti kertas yang membentang tanpa batas ke segala arah. Alam semesta dengan kepadatan lebih besar dari kepadatan kritis memiliki kelengkungan positif, menciptakan alam semesta tertutup yang dapat dibayangkan seperti permukaan sebuah bola. Dan jika kepadatan alam semesta kurang dari kepadatan kritis, maka alam semesta terbuka dan memiliki kelengkungan negatif, seperti permukaan pelana.^[1]