SEJARAH PERKEMBANGAN ILMU FISIKA
Fisika adalah sains atau ilmu tentang alam dalam makna yang terluas. Fisika mempelajari gejala alam yang tidak hidup atau materi dalam lingkup ruang dan waktu. Fisikawan mempelajari perilaku dan sifat materi dalam bidang yang sangat beragam, mulai dari partikel submikroskopis yang membentuk segala materi (fisika partikel) hingga perilaku materi alam semesta sebagai satu kesatuan kosmos.
Beberapa sifat yang dipelajari dalam fisika merupakan sifat yang ada dalam semua sistem materi yang ada, seperti hukum kekekalan energi. Sifat semacam ini sering disebut sebagai hukum fisika. Fisika sering disebut sebagai “ilmu paling mendasar”, karena setiap ilmu alam lainnya (biologi, kimia, geologi, dan lain-lain) mempelajari jenis sistem materi tertentu yang mematuhi hukum fisika. Misalnya, kimia adalah ilmu tentang molekul dan zat kimia yang dibentuknya. Sifat suatu zat kimia ditentukan oleh sifat molekul yang membentuknya, yang dapat dijelaskan oleh ilmu fisika seperti mekanika kuantum, termodinamika, dan elektromagnetika.
Sejarah fisika sepanjang yang telah diketahui telah dimulai pada tahun sekitar 2400 SM, ketika kebudayaan Harappan menggunakan suatu benda untuk memperkirakan dan menghitung sudut bintang di angkasa. Sejak saat itu fisika terus berkembang sampai ke level sekarang. Perkembangan ini tidak hanya membawa perubahan di dalam bidang dunia benda, matematika dan filosofi namun juga, melalui teknologi, membawa perubahan ke dunia sosial masyarakat. Revolusi ilmu yang berlangsung terjadi pada sekitar tahun 1600 dapat dikatakan menjadi batas antara pemikiran purba dan lahirnyafisika klasik. Dan akhirnya berlanjut ke tahun 1900 yang menandakan mulai berlangsungnya era baru yaitu era fisika modern. Di era ini ilmuwan tidak melihat adanya penyempurnaan di bidang ilmu pengetahuan, pertanyaan demi pertanyaan terus bermunculan tanpa henti, dari luasnya galaksi, sifat alami dari kondisi vakum sampai lingkungan subatomik. Daftar persoalan dimana fisikawan harus pecahkan terus bertambah dari waktu ke waktu.
Fisika AwalSejak zaman dulu, manusia terus memperhatikan bagaimana benda-benda di sekitarnya berinteraksi, kenapa benda yang tanpa disangga jatuh keb bawah, kenapa benda yang berlainan memiliki sifat yang berlainan juga, dan sebagainya. Mereka juga mengira-ira tentang misteri alam semesta, bagaimana bentuk dan posisi bumi di tengah alam yang luas ini dan bagaima sifat-sifat dari matahari dan bulan, dua benda yang memiliki posisi penting dalam kehidupan manusia purba. Secara umum, untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan ini mereka secara mudah langsung mengaitkannya dengan pekerjaan dewa. Akhirnya, jawaban yang mulai ilmiah namun tentu saja masih terlalu berspekulasi, mulai berkembang. Tentu saja jawaban ini kebanyakan masih salah karena tidak didasarkan pada eksperimen, bagaimanapun juga dengan begini ilmu pengetahuan mulai mendapat tempatnya. Fisika pada masa awal ini kebanyakan berkembang dari dunia filosofi, dan bukan dari eksperimen yang sistematis.
Kontribusi IslamSaat itu kebudayaan didominasi oleh Kekaisaran Roma, ilmu medik dan fisika berkembang sangat pesat yang dipimpin oleh ilmuwan dan filsuf dari Yunani. Runtuhnya Kekaisaran Roma berakibat pada mundurnya perkembangan ilmu pengetahuan di dataran Eropa. Bagaimanapun juga kebudayaan di timur tengah terus berkembang pesat, banyak ilmuwan dari Yunani yang mencari dukungan dan bantuan di timur tengah ini. Akhirnya ilmuwan muslim pun berhasil mengembangkan ilmu astronomi dan matematika, yang akhirnya menemukan bidang ilmu pengetahuan baru yaitu kimia. Setelah bangsa Arab menaklukkan Persia, ilmu pengetahuan berkembang dengan cepat di Persia dan ilmuwan terus bermunculan yang akhirnya dengan giatnya memindahkan ilmu yang telah ada dari kebudayaan Yunani ke timur tengah yang saat itu sedang mundur dari Eropa yang mulai memasuki abad kegelapan.
Fisika AwalSejak zaman dulu, manusia terus memperhatikan bagaimana benda-benda di sekitarnya berinteraksi, kenapa benda yang tanpa disangga jatuh keb bawah, kenapa benda yang berlainan memiliki sifat yang berlainan juga, dan sebagainya. Mereka juga mengira-ira tentang misteri alam semesta, bagaimana bentuk dan posisi bumi di tengah alam yang luas ini dan bagaima sifat-sifat dari matahari dan bulan, dua benda yang memiliki posisi penting dalam kehidupan manusia purba. Secara umum, untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan ini mereka secara mudah langsung mengaitkannya dengan pekerjaan dewa. Akhirnya, jawaban yang mulai ilmiah namun tentu saja masih terlalu berspekulasi, mulai berkembang. Tentu saja jawaban ini kebanyakan masih salah karena tidak didasarkan pada eksperimen, bagaimanapun juga dengan begini ilmu pengetahuan mulai mendapat tempatnya. Fisika pada masa awal ini kebanyakan berkembang dari dunia filosofi, dan bukan dari eksperimen yang sistematis.
Kontribusi IslamSaat itu kebudayaan didominasi oleh Kekaisaran Roma, ilmu medik dan fisika berkembang sangat pesat yang dipimpin oleh ilmuwan dan filsuf dari Yunani. Runtuhnya Kekaisaran Roma berakibat pada mundurnya perkembangan ilmu pengetahuan di dataran Eropa. Bagaimanapun juga kebudayaan di timur tengah terus berkembang pesat, banyak ilmuwan dari Yunani yang mencari dukungan dan bantuan di timur tengah ini. Akhirnya ilmuwan muslim pun berhasil mengembangkan ilmu astronomi dan matematika, yang akhirnya menemukan bidang ilmu pengetahuan baru yaitu kimia. Setelah bangsa Arab menaklukkan Persia, ilmu pengetahuan berkembang dengan cepat di Persia dan ilmuwan terus bermunculan yang akhirnya dengan giatnya memindahkan ilmu yang telah ada dari kebudayaan Yunani ke timur tengah yang saat itu sedang mundur dari Eropa yang mulai memasuki abad kegelapan.
Menurut Richtmeyer, sejarah perkembangan ilmu fisika dibagi dalam empat periode yaitu:
- Periode Pertama,
Dimulai dari zaman prasejarah sampai tahun 1550 an. Pada periode pertama ini dikumpulkan berbagai fakta fisis yang dipakai untuk membuat perumusan empirik. Dalam periode pertama ini belum ada penelitian yang sistematis. Beberapa penemuan pada periode ini diantaranya :
2400000 SM – 599 SM: Di bidang astronomi sudah dihasilkan Kalender Mesir dengan 1 tahun = 365 hari, prediksi gerhana, jam matahari, dan katalog bintang. Dalam Teknologi sudah ada peleburan berbagai logam, pembuatan roda, teknologi bangunan (piramid), standar berat, pengukuran, koin (mata uang).
600 SM – 530 M: Perkembangan ilmu dan teknologi sangat terkait dengan perkembangan matematika. Dalam bidang Astronomi sudah ada pengamatan tentang gerak benda langit (termasuk bumi), jarak dan ukuran benda langit. Dalam bidang sain fisik Physical Science, sudah ada Hipotesis Democritus bahwa materi terdiri dari atom-atom. Archimedes memulai tradisi “Fisika Matematika” untuk menjelaskan tentang katrol, hukum-hukum hidrostatika dan lain-lain. Tradisi Fisika Matematika berlanjut sampai sekarang.
530 M – 1450 M: Mundurnya tradisi sains di Eropa dan pesatnya perkembangan sains di Timur Tengah. Dalam kurun waktu ini terjadi Perkembangan Kalkulus. Dalam bidang Astronomi ada “Almagest” karya Ptolomeous yang menjadi teks standar untuk astronomi, teknik observasi berkembang, trigonometri sebagai bagian dari kerja astronomi berkembang. Dalam Sain Fisik, Aristoteles berpendapat bahwa gerak bisa terjadi jika ada yang nendorong secara terus menerus; kemagnetan berkembang ; Eksperimen optika berkembang, ilmu Kimia berkembang (Alchemy).
1450 M- 1550: Ada publikasi teori heliosentris dari Copernicus yang menjadi titik penting dalam revolusi saintifik. Sudah ada arah penelitian yang sistematis
- Periode Kedua
Dimulai dari tahun 1550an sampai tahun 1800an. Pada periode kedua ini mulai dikembangkan metoda penelitian yang sistematis dengan Galileo dikenal sebagai pencetus metoda saintifik dalam penelitian. Hasil-hasil yang didapatkan antara lain:
Kerja sama antara eksperimentalis dan teoris menghasilkan teori baru pada gerak planet.
Newton: meneruskan kerja Galileo terutama dalam bidang mekanika menghasilkan hukum-hukum gerak yang sampai sekarang masih dipakai.
Dalam Mekanika selain Hukum-hukum Newton dihasilkan pula Persamaan Bernoulli, Teori Kinetik Gas, Vibrasi Transversal dari Batang, Kekekalan Momentum Sudut, Persamaan Lagrange.
Dalam Fisika Panas ada penemuan termometer, azas Black, dan Kalorimeter.
Dalam Gelombang Cahaya ada penemuan aberasi dan pengukuran kelajuan cahaya.
Dalam Kelistrikan ada klasifikasi konduktor dan nonkonduktor, penemuan elektroskop, pengembangan teori arus listrik yang serupa dengan teori penjalaran panas dan Hukum Coulomb.
- Periode Ketiga
Dimulai dari tahun 1800an sampai 1890an. Pada periode ini diformulasikan konsep-konsep fisika yang mendasar yang sekarang kita kenal dengan sebutan Fisika Klasik. Dalam periode ini Fisika berkembang dengan pesat terutama dalam mendapatkan formulasi-formulasi umum dalam Mekanika, Fisika Panas, Listrik-Magnet dan Gelombang, yang masih terpakai sampai saat ini.
Dalam Mekanika diformulasikan Persamaan Hamiltonian (yang kemudian dipakai dalam Fisika Kuantum), Persamaan gerak benda tegar, teori elastisitas, hidrodinamika.
Dalam Fisika Panas diformulasikan Hukum-hukum termodinamika, teori kinetik gas, penjalaran panas dan lain-lain.
Dalam Listrik-Magnet diformulasikan Hukum Ohm, Hukum Faraday, Teori Maxwell dan lain-lain.
Dalam Gelombang diformulasikan teori gelombang cahaya, prinsip interferensi, difraksi dan lain-lain.
- Periode Keempat
Dimulai dari tahun 1890an sampai sekarang. Pada akhir abad ke 19 ditemukan beberapa fenomena yang tidak bisa dijelaskan melalui fisika klasik. Hal ini menuntut pengembangan konsep fisika yang lebih mendasar lagi yang sekarang disebut Fisika Modern. Dalam periode ini dikembangkan teori-teori yang lebih umum yang dapat mencakup masalah yang berkaitan dengan kecepatan yang sangat tinggi (relativitas) atau/dan yang berkaitan dengan partikel yang sangat kecil (teori kuantum).
Teori Relativitas yang dipelopori oleh Einstein menghasilkan beberapa hal diantaranya adalah kesetaraan massa dan energi E=mc2 yang dipakai sebagai salah satu prinsip dasar dalam transformasi partikel.
Teori Kuantum, yang diawali oleh karya Planck dan Bohr dan kemudian dikembangkan oleh Schroedinger, Pauli , Heisenberg dan lain-lain, melahirkan teori-teori tentang atom, inti, partikel sub atomik, molekul, zat padat yang sangat besar perannya dalam pengembangan ilmu dan teknologi.
I. FISIKA ZAMAN PURBAKALA
Sejak zaman purbakala, orang telah mencoba untuk mengerti sifat dari benda: mengapa objek yang tidak ditopang jatuh ke tanah, mengapa material yang berbeda memiliki properti yang berbeda, dan seterusnya. Lainnya adalah sifat dari jagad raya, seperti bentuk Bumi dan sifat dari objek celestial seperti Matahari dan Bulan. Sejarah fisika dimulai pada tahun sekitar 2400 SM, ketika kebudayaan Harappan menggunakan suatu benda untuk memperkirakan dan menghitung sudut bintang di angkasa. Sejak saat itu fisika terus berkembang sampai ke level sekarang. Perkembangan ini tidak hanya membawa perubahan di dalam bidang dunia benda, matematika dan filosofi namun juga, melalui teknologi, membawa perubahan ke dunia sosial masyarakat. Revolusi ilmu yang berlangsung terjadi pada sekitar tahun 1600 dapat dikatakan menjadi batas antara pemikiran purba dan lahirnya fisika klasik. Dan akhirnya berlanjut ke tahun 1900 yang menandakan mulai berlangsungnya era baru yaitu era fisika modern.
Tokoh-tokoh fisika di zaman ini diantaranya :
A. THALES (620-547 SM)
v Saintis pertama. Sudah memahami pentingnya prinsip-prinsip umum ketimbang kejadian-kejadian khusus/individual.
v Orang pertama yang mengajarkan strukur mikroskopik materi.
v Air adalah elemen dasar alam. Segenap isi alam semesta ini terbuat dari air.
v Gerakan larinya air merupakan alasan dasar untuk seluruh gerakan.
v Menganggap materi dan gaya sebagai satu kesatuan.
B. ANAKSIMANDROSS (609-546 SM)
v Muridnya Thales
v Percaya bahwa alam diatur oleh suatu hukum. Lebih percaya pada kekuatan fisis ketimbang kekuatan supernatural yang bikin keteraturan di alam.
v Entitas wujud alam semesta adalan apeiron.
v Apeiron ini mirip dengan konsep “kehampaan/vacuum”, sesutau yang tak jelas/tak tentu dalam ruang dan waktu.
v Sudah punya gagasan evousi binatang melalui mutasi, dan bukan melalui seleksi alam.
v Hasil belajar dari Mesir, jam berdasarkan bayangan sinar matahari dari suatu tongkat.
C. ANAKSIMENES (585-525 bc)
v Murid Anaksimandros
v Udara/angin merupakan entitas wujud alam semesta, ia yang mendasari segalanya.
v Panas dan dingin menyebabkan udara menciptakan suatu bentuk.
v Bumi, matahari dan bintang adalah cakram/piringan di atas udara.
D. EMPEDOCLES (490-430 bc)
v Entitas wujud di alam semesta terdiri atas 4 unsur: api, angin, air, tanah
v Unsur-unsur 4 tersebut tidak bisa saling tukar menukar satu sama lain.
v Ada 2 kekuatan/gaya: centripetal force of love dan centrifugal force of strife. Ini yang bertanggung jawab dalam interaksi unsur-usur tersebut.
v Teori 4 unsur ini di adopsi Aristoteles dan diyakini hingga abad renaisans.
v Untuk membuktikan bahwa dia bisa abadi, dia melompat ke kawah gunung api Etna.
E. LEUCIPPOS (5th century bc)
v Tak ada yang terjadi secara kebetulan tanpa alasan, segalanya pasti punya tujuan.
v Bapak Atomisme : entitas wujud adalah atom
v Ada 2 entitas ang invariant (bhs Indonesia: karar): atom dan kehampaan.
v Segala sesuatu juga memiliki sifat mendasar: perubahan dan gerak.
v Biasanya disebut bersamaan dengan muridnya, Democritus
II. FISIKA KLASIK
Pada zaman ini pemahaman dibidang kefisikaan masih sempit dan perkembangannya tidak seluas pada perkembangan konsep-konsep fisika modern. Contoh-contoh pemikiran pada zaman ini adalah :
A. MEKANIKA KLASIK (MEKANIKA NEWTONIAN)
Mekanika klasik menggambarkan dinamika partikel atau sistem partikel. Dinamika partikel demikian, ditunjukkan oleh hukum-hukum Newton tentang gerak, terutama oleh hukum kedua Newton. Hukum ini menyatakan, “Sebuah benda yang memperoleh pengaruh gaya atau interaksi akan bergerak sedemikian rupa sehingga laju perubahan waktu dari momentum sama dengan gaya tersebut”.
Hukum-hukum gerak Newton baru memiliki arti fisis, jika hukum-hukum tersebut diacukan terhadap suatu kerangka acuan tertentu, yakni kerangka acuan inersia (suatu kerangka acuan yang bergerak serba sama – tak mengalami percepatan). Prinsip Relativitas Newtonian menyatakan, “Jika hukum-hukum Newton berlaku dalam suatu kerangka acuan maka hukum-hukum tersebut juga berlaku dalam kerangka acuan lain yang bergerak serba sama relatif terhadap kerangka acuan pertama”.
Konsep partikel bebas diperkenalkan ketika suatu partikel bebas dari pengaruh gaya atau interaksi dari luar sistem fisis yang ditinjau (idealisasi fakta fisis yang sebenarnya). Gerak partikel terhadap suatu kerangka acuan inersia tak gayut (independen) posisi titik asal sistem koordinat dan tak gayut arah gerak sistem koordinat tersebut dalam ruang. Dikatakan, dalam kerangka acuan inersia, ruang bersifat homogen dan isotropik. Jika partikel bebas bergerak dengan kecepatan konstan dalam suatu sistem koordinat selama interval waktu tertentu tidak mengalami perubahan kecepatan, konsekuensinya adalah waktu bersifat homogen.
B. ELEKTRODINAMIKA KLASIK
Elekrodinamika, sesuai dengan namanya adalah kajian yang menganalisis fenomena akibat gerak elektron. Fenomena ini berkaitan dengan kelistrikan dan kemagnetan. Kendati elektrodinamika merupakan bagian dari fisika klasik, hukum-hukum elektrodinamika yang dikompilasi oleh Maxwell ternyata sesuai dengan teori Relativitas, salah satu pilar dari fisika modern. Teori elektromagnet membahas medan elektromagnet, yaitu medan listrik dan medan magnet . Kedua besaran ini berhubungan dengan rapat muatan dan rapat arus. Bagian ini tidak akan mengulas secara rinci teori medan elektromagnet sebab dapat diperoleh dalam kuliah khusus tentang elektrodinamika. Hal yang perlu dikemukakan di sini adalah bahwa menurut Maxwell, medan listrik dan magnet memenuhi persamaan
|
(
|
Persamaan ini mengungkapkan bahwa medan elektromagnet merambat dalam ruang dalam bentuk gelombang dengan kecepatan tetap v. Maxwell adalah orang pertama yang mengungkapkan bahwa gelombang EM pada jangkauan frekuensi tertentu adalah gelombang cahaya. Sejak itu orang kemudian memahami bahwa gelombang EM meliputi frekuensi sangat rendah seperti sinar tampak (frekuensi berkisar 4000 A – 7000A), hingga radiasi frekuensi tinggi seperti Sinar-X.
Dalam kajian optika dipahami bahwa cahaya memiliki berbagai sifat yang menunjukkan bahwa konsep cahaya sebagai gelombang tidak esensial. Akan tetapi guna menjelaskan secara lebih tepat mengenai gejala interferensi, khususnya difraksi, konsep cahaya sebagai gelombang adalah mutlak.
Pada prinsipnya fisika klasik berpandangan bahwa materi terdiri atas partikel dan radiasi terdiri atas gelombang. Pandangan ini menjadi acuan dalam menjelaskan gejala alam. Contohnya, gaya yang dialami oleh partikel bermuatan seperti, elektron dan proton, dengan massa masing-masing muatan listrik satu satuan, berinteraksi melalui interaksi gravitasi (massa) dan elektromagnetik. Geraknya dapat dijelaskan melalui Hukum Lorentz. Akan tetapi, teori klasik tidak mampu menjelaskan bagaiman interaksi partikel ini dengan cahaya (radiasi).
C. TERMODINAMIKA KLASIK
Thermodinamika adalah cabang ilmu pengetahuan yang membahas antara panas dan bentuk – bentuk energi lainnya. Michael A Saad dalam bukunya menerangkan Thermodimika merupakan sains aksiomatik yang berkenaan dengan transformasi energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya . energi dan materi sangat berkaitan erat, sedemikian eratnya sehingga perpindahan energi akan menyebabkan perubahan tingak keadaan materi tersebut.
Hukum pertama dari termodinamika menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dihilangkan namun berubah dari satu bentuk menjadi bentuk yang lainnya. Hukum ini mengatur semua perubahan bentuk energi secara kuantitatif dan tidak membatasi arah perubahan bentuk itu. Pada kenyataannya tidak ada kemungkinan terjadinya proses dimana proses tersebut satu – satunya hasil dari perpindahan bersih panas dari suatu tempat yang suhunya lebih rendah ke suatu tempat yang suhunya lebih tinggi. Pernyataan yang mengandung kebenaran eksperimental ini di kenal dengan hukum kedua termodinamika.
Keterbatasan termodimika klasik. Termodinamika klasik menggarap keadaan sistem dari sudut pandang makroskopik dan tidak membuat hipotesa mengenai struktur zat. Untuk membuat analisa termodinamika klasik kita perlu menguraikan keadaan suatu sistem dengan perincian mengenai karakteristik – karakteristik keseluruhannya seperti tekanan , volume dan temperature yang dapat diukur secara lansung dan tidak menyangkut asumsi – asumsi mengenai struktur zat.
Termodinamika klasik tidak memperhatikan perincian, perincian suatu proses tetapi membahas keadaan – keadaan kesetimbangan. Dari sudut pandang termodinamika jumlah panas yang dipindahkan selama suatu proses hanyalah sama dengan beda antara perubahan energi sistem dan kerja yang dilaksanakan., jelaslah bahwa analisa ini tidak memperhatikan mekanisme aliran panas maupun waktu yang diperlukan untuk memindahkan panas tersebut.
Termodinamika klasik mampu menerangkan mengapa perpindahan panas dapat terjadi, namun termodinamika klasik tidak menjelaskan bagaimana cara panas dapat berpindah. Kita mengenal bahwa panas dapat berpindah dengan tiga cara yaitu konduksi, konveksi dan radiasi.
D. TEORI RELATIVITAS UMUM
Einstein menyelesaikan teori relativitas umum pada 1915. Teori relativitas umum menjelaskan bahwa gelombang elektromagnetik tidak sesuai dengan teori gerakan Newton. Menurut Newton, gravitasi dianggap sebagai kekuatan penarik… Planet-planet bergerak mengelilingi matahari dalam bentuk lingkaran elips karena matahari memiliki kekuatan gravitasi yang amat besar. Tapi menurut Einstein, gravitasi tidak dianggap sebagai kekuatan penarik, tapi lebih sebagai kekuatan eksterior yang merupakan konsekwensi dari ruang dan waktu atau ruang-waktu. Rangkaian ruang-waktu empat-dimensi yang melengkung seringkali dilukiskan seperti sebuah karet yang dimelarkan oleh benda bermasa—bintang, galaksi, dll. Benda bermassa seperti matahari melengkungkan ruang-waktu di sekelilingnya dan planet-planet bergerak di sepanjang jalur melengkungnya ruang-waktu. Einstein berkata: “materi memberitahu ruang bagaimana cara melengkungkan/memelarkan dirinya; ruang memberitahu materi cara bergerak”. Teori relativitas umum memprediksi dengan tepat sampai pada tingkatan apakah sebuah sinar cahaya akan terbentang saat ia lewat di dekat matahari. Kalau dipaksa menyimpulkan teori relativitas umum dalam satu kalimat: Keberadaan ruang, waktu, dan gravitasi tidak terpisahkan dari benda.
III. FISIKA MODERN
Fisika modern ini ditandai dengan pemikiran-pemikiran baru oleh para ilmuwan fisika, dimana pemikiran baru ini lebih luas dari pemikiran di zaman fisika klasik. Dengan kelamahan-kelemahan fisika klasik, fisika modern mampu mengembangkan dan menjawab berbagai permasalahan yang tidak terjawab oleh pemikiran fisika klasik. Beberapa penemuan penting dalam zaman ini diantaranya :
A. RELATIVITAS KHUSUS
Hasil percobaan Michelson Morley tidak dapat dijelaskan melalui Fisika Klasik. Maka Einstein mengemukakan dua postulat relativitas khusus:
v hukum fisika dapat dinyatakan dalam persamaan yang berbentuk sama dalam semua kerangka acuan yang bergerak dengan kecepatan tetap satu terhadap
lainnya.
lainnya.
v kelajuan cahaya dalam ruang hampa sama besar untuk semua pengamat, tidak bergantung dari keadaan gerak pengamat itu.
B. EFEK COMPTON
Pada efek fotolistrik, cahaya dapat dipandang sebagai kuantum energi dengan energi yang diskrit. Kuantum energi tidak dapat digambarkan sebagai gelombang tetapi lebih mendekati bentuk partikel. Partikel cahaya dalam bentuk kuantum dikenal dengan sebutan foton. Pandangan cahaya sebagai foton diperkuat lagi melalui gejala yang dikenal sebagai efek Compton.
Jika seberkas sinar-X ditembakkan ke sebuah elektron bebas yang diam, sinar-X akan mengalami perubahan panjang gelombang dimana panjang gelombang sinar-X menjadi lebih besar. Gejala ini dikenal sebagai efek Compton, sesuai dengan nama penemunya, yaitu Arthur Holly Compton.Sinar-X digambarkan sebagai foton yang bertumbukan dengan elektron (seperti halnya dua bola bilyar yang bertumbukan). Elektron bebas yang diam menyerap sebagian energi foton sehingga bergerak ke arah membentuk sudut terhadap arah foton mula-mula. Foton yang menumbuk elektron pun terhambur dengan sudut θ terhadap arah semula dan panjang gelombangnya menjadi lebih besar. Perubahan panjang gelombang foton setelah terhambur. Dimana m adalah massa diam elektron, c adalah kecepatan cahaya, dan h adalah konstanta Planck.
IV. PENEMUAN BARU DI BIDANG SAINS
Belum lama berselang, tepatnya tanggal 5 Juni yang lalu, suatu berita
besar iptek muncul dari sebuah konperensi fisika “Neutrino 98″ yang
berlangsung di Jepang. Neutrino, salah satu partikel dasar yang jauh lebih
kecil daripada elektron, ternyata memiliki massa, demikian laporan dari
suatu tim internasional yang tergabung dalam eksperimen
Super-Kamiokande. Tim ahli-ahli fisika yang terdiri dari kurang lebih 120 orang dari
berbagai negara termasuk AS, Jepang, Jerman, dan Polandia tersebut
melakukan penelitian terhadap data-data yang dikumpulkan selama setahun oleh
sebuah laboratorium penelitian neutrino bawah tanah di Jepang.
besar iptek muncul dari sebuah konperensi fisika “Neutrino 98″ yang
berlangsung di Jepang. Neutrino, salah satu partikel dasar yang jauh lebih
kecil daripada elektron, ternyata memiliki massa, demikian laporan dari
suatu tim internasional yang tergabung dalam eksperimen
Super-Kamiokande. Tim ahli-ahli fisika yang terdiri dari kurang lebih 120 orang dari
berbagai negara termasuk AS, Jepang, Jerman, dan Polandia tersebut
melakukan penelitian terhadap data-data yang dikumpulkan selama setahun oleh
sebuah laboratorium penelitian neutrino bawah tanah di Jepang.
Jika laporan ini terbukti benar dan dapat dikonfirmasi kembali oleh tim
lainnya maka akan membawa dampak yang sangat luas terhadap beberapa
teori fisika, terutama pembahasan mengenai interaksi partikel dasar, teori
asal mula daripada alam semesta ini serta problema kehilangan massa
(missing mass problem) maupun teori neutrino matahari.
lainnya maka akan membawa dampak yang sangat luas terhadap beberapa
teori fisika, terutama pembahasan mengenai interaksi partikel dasar, teori
asal mula daripada alam semesta ini serta problema kehilangan massa
(missing mass problem) maupun teori neutrino matahari.
Neutrino, atau neutron kecil, adalah suatu nama yang diberikan oleh
fisikawan dan pemenang hadiah Nobel terkenal dari Jerman: Wolfgang Pauli.
Neutrino adalah partikel yang sangat menarik perhatian para fisikawan
karena kemisteriusannya. Neutrino juga merupakan salah satu bangunan
dasar daripada alam semesta yang bersama-sama dengan elektron, muon, dan
tau, termasuk dalam suatu kelas partikel yang disebut lepton. Lepton
bersama-sama dengan enam jenis partikel quark adalah pembentuk dasar semua
benda di alam semesta ini.
fisikawan dan pemenang hadiah Nobel terkenal dari Jerman: Wolfgang Pauli.
Neutrino adalah partikel yang sangat menarik perhatian para fisikawan
karena kemisteriusannya. Neutrino juga merupakan salah satu bangunan
dasar daripada alam semesta yang bersama-sama dengan elektron, muon, dan
tau, termasuk dalam suatu kelas partikel yang disebut lepton. Lepton
bersama-sama dengan enam jenis partikel quark adalah pembentuk dasar semua
benda di alam semesta ini.
Ditemukan secara eksperimental pada tahun 1956 (dalam bentuk anti
partikel) oleh Fred Reines (pemenang Nobel fisika tahun 1995) dan Clyde
Cowan, neutrino terdiri dari 3 rasa (flavor), yakni: neutrino elektron,
neutrino mu dan neutrino tau. Neutrino tidak memiliki muatan listrik dan
selama ini dianggap tidak memiliki berat, namun neutrino memiliki
antipartikel yang disebut antineutrino. Partikel ini memiliki keunikan karena
sangat enggan untuk berinteraksi. Sebagai akibatnya, neutrino dengan
mudah dapat melewati apapun, termasuk bumi kita ini, dan amat sulit untuk
dideteksi.
partikel) oleh Fred Reines (pemenang Nobel fisika tahun 1995) dan Clyde
Cowan, neutrino terdiri dari 3 rasa (flavor), yakni: neutrino elektron,
neutrino mu dan neutrino tau. Neutrino tidak memiliki muatan listrik dan
selama ini dianggap tidak memiliki berat, namun neutrino memiliki
antipartikel yang disebut antineutrino. Partikel ini memiliki keunikan karena
sangat enggan untuk berinteraksi. Sebagai akibatnya, neutrino dengan
mudah dapat melewati apapun, termasuk bumi kita ini, dan amat sulit untuk
dideteksi.
Diperkirakan neutrino dalam jumlah banyak terlepas dari hasil reaksi
inti pada matahari kita dan karenanya diharapkan dapat dideteksi pada
laboratorium di bumi. Untuk mengurangi pengaruh distorsi dari sinar
kosmis, detektor neutrino perlu ditaruh di bawah tanah. Dengan mempergunakan
tangki air sebanyak 50 ribu ton dan dilengkapi dengan tabung foto
(photomultiplier tube) sebanyak 13 ribu buah, tim Kamiokande ini menemukan
bahwa neutrino dapat berosilasi atau berganti rasa. Karena bisa
berosilasi maka disimpulkan bahwa neutrino sebenarnya memiliki massa.
inti pada matahari kita dan karenanya diharapkan dapat dideteksi pada
laboratorium di bumi. Untuk mengurangi pengaruh distorsi dari sinar
kosmis, detektor neutrino perlu ditaruh di bawah tanah. Dengan mempergunakan
tangki air sebanyak 50 ribu ton dan dilengkapi dengan tabung foto
(photomultiplier tube) sebanyak 13 ribu buah, tim Kamiokande ini menemukan
bahwa neutrino dapat berosilasi atau berganti rasa. Karena bisa
berosilasi maka disimpulkan bahwa neutrino sebenarnya memiliki massa.
Penemuan ini sangat kontroversial karena teori fisika yang selama ini
kerap dipandang sebagai teori dasar interaksi partikel, yakni disebut
teori model standard, meramalkan bahwa neutrino sama sekali tidak
bermassa. Jika penemuan neutrino bermassa terbukti benar maka boleh jadi akan
membuat teori model standard tersebut harus dikoreksi.
kerap dipandang sebagai teori dasar interaksi partikel, yakni disebut
teori model standard, meramalkan bahwa neutrino sama sekali tidak
bermassa. Jika penemuan neutrino bermassa terbukti benar maka boleh jadi akan
membuat teori model standard tersebut harus dikoreksi.
Penemuan neutrino bermassa juga mengusik bidang fisika lainnya yakni
kosmologi. Penemuan ini diduga dapat menyelesaikan problem kehilangan
massa pada alam semesta kita ini (missing mass problem). Telah sejak lama
para ahli fisika selalu dihantui dengan pertanyaan: Mengapa terdapat
perbedaan teori dan pengamatan massa alam semesta? Jika berat daripada
bintang-bintang, planet-planet, beserta benda-benda alam lainnya
dijumlahkan semua maka hasilnya ternyata tetap lebih ringan daripada berat
keseluruhan alam semesta.
kosmologi. Penemuan ini diduga dapat menyelesaikan problem kehilangan
massa pada alam semesta kita ini (missing mass problem). Telah sejak lama
para ahli fisika selalu dihantui dengan pertanyaan: Mengapa terdapat
perbedaan teori dan pengamatan massa alam semesta? Jika berat daripada
bintang-bintang, planet-planet, beserta benda-benda alam lainnya
dijumlahkan semua maka hasilnya ternyata tetap lebih ringan daripada berat
keseluruhan alam semesta.
Para ahli fisika menganggap bahwa terdapat massa yang hilang atau tidak
kelihatan. Selama ini para ahli tersebut berteori bahwa ada partikel
unik yang menyebabkan selisih massa pada alam semesta. Namun teori
semacam ini memiliki kelemahan karena partikel unik yang diteorikan tersebut
belum pernah berhasil ditemukan.
kelihatan. Selama ini para ahli tersebut berteori bahwa ada partikel
unik yang menyebabkan selisih massa pada alam semesta. Namun teori
semacam ini memiliki kelemahan karena partikel unik yang diteorikan tersebut
belum pernah berhasil ditemukan.
Dari hasil penemuan tim Kamiokande ini dapat disimpulkan bahwa ternyata
partikel unik tersebut tidak lain daripada neutrino yang bermassa.
partikel unik tersebut tidak lain daripada neutrino yang bermassa.
Menurut teori dentuman besar (Big Bang) alam semesta kita ini bermula
dari suatu titik panas luar biasa yang meledak dan terus berekspansi
hingga saat ini. Fisikawan Arno Penzias dan Robert Wilson (keduanya
kemudian memenangkan hadiah Nobel fisika tahun 1978) pada tahun 1965
menemukan sisa-sisa gelombang mikro peninggalan dentuman besar yang sekarang
telah mendingin hingga suhu sekitar 3 Kelvin. Namun salah satu hal yang
masih diperdebatkan adalah masalah ekspansi alam semesta itu sendiri.
Apakah hal ini akan terus menerus terjadi tanpa akhir? Penemuan neutrino
bermassa diharapkan akan bisa menjawab pertanyaan yang sulit ini.
dari suatu titik panas luar biasa yang meledak dan terus berekspansi
hingga saat ini. Fisikawan Arno Penzias dan Robert Wilson (keduanya
kemudian memenangkan hadiah Nobel fisika tahun 1978) pada tahun 1965
menemukan sisa-sisa gelombang mikro peninggalan dentuman besar yang sekarang
telah mendingin hingga suhu sekitar 3 Kelvin. Namun salah satu hal yang
masih diperdebatkan adalah masalah ekspansi alam semesta itu sendiri.
Apakah hal ini akan terus menerus terjadi tanpa akhir? Penemuan neutrino
bermassa diharapkan akan bisa menjawab pertanyaan yang sulit ini.
Bayangkan suatu neutrino yang sama sekali tidak bermassa, seperti yang
diperkirakan selama ini. Gaya gravitasi tentu tidak akan berpengaruh
sama sekali pada partikel yang tidak memiliki berat. Namun apa yang
terjadi jika neutrino ternyata memiliki berat? Dalam jumlah yang amat sangat
banyak neutrino-neutrino ini tentu akan bisa mempengaruhi ekspansi alam
semesta. Tampaknya ada kemungkinan ekspansi alam semesta suatu saat
akan terhenti dan terjadi kontraksi atau penciutan kembali jika ternyata
neutrino memiliki massa.
diperkirakan selama ini. Gaya gravitasi tentu tidak akan berpengaruh
sama sekali pada partikel yang tidak memiliki berat. Namun apa yang
terjadi jika neutrino ternyata memiliki berat? Dalam jumlah yang amat sangat
banyak neutrino-neutrino ini tentu akan bisa mempengaruhi ekspansi alam
semesta. Tampaknya ada kemungkinan ekspansi alam semesta suatu saat
akan terhenti dan terjadi kontraksi atau penciutan kembali jika ternyata
neutrino memiliki massa.
Terakhir masih ada satu lagi problem fisika yang akan diusik oleh hasil
penemuan ini yaitu problem neutrino matahari, dimana terjadi selisih
jumlah perhitungan dan pengamatan neutrino yang dihasilkan oleh matahari
kita. Untuk keabsahan penemuan ini tim internasional dari eksperimen super
Kamiokande dalam laporannya juga mengajak tim-tim saintis lainnya untuk
mengkonfirmasi penemuan mereka. Namun menurut pengalaman di masa lalu,
laporan osilasi neutrino dan neutrino bermassa selalu kontroversi dan
jarang bisa dikonfirmasi kembali.
penemuan ini yaitu problem neutrino matahari, dimana terjadi selisih
jumlah perhitungan dan pengamatan neutrino yang dihasilkan oleh matahari
kita. Untuk keabsahan penemuan ini tim internasional dari eksperimen super
Kamiokande dalam laporannya juga mengajak tim-tim saintis lainnya untuk
mengkonfirmasi penemuan mereka. Namun menurut pengalaman di masa lalu,
laporan osilasi neutrino dan neutrino bermassa selalu kontroversi dan
jarang bisa dikonfirmasi kembali.
Untuk sementara ini para ahli harus sabar menunggu karena eksperimen
semacam ini hanya bisa dilakukan oleh segelintir eksperimen saja di
seluruh dunia. Yang pasti jika hasil penemuan ini memang nantinya terbukti
benar maka jelas dampaknya akan sangat terasa pada beberapa teori fisika
modern.
semacam ini hanya bisa dilakukan oleh segelintir eksperimen saja di
seluruh dunia. Yang pasti jika hasil penemuan ini memang nantinya terbukti
benar maka jelas dampaknya akan sangat terasa pada beberapa teori fisika
modern.
V. FISIKA MASA KEJAYAAN ISLAM
Islam memiliki kontribusi besar dalam perkembangan ilmu fisika, banyak tokoh-tokoh islam yang menemukan berbagai teori-teori fisika, diantaranya adalah :
A. IBNU SINA
“Sesungguhnya Anda akan mengetahui bahwa materi saat kosong secara alami, dan tidak ditemukan adanya pengaruh luar (asing), tidak akan keluar dari tempat tertentu dengan bentuk tertentu. Sebab, secara alami merupakan dasar untuk menjawab itu. Materi tetaplah materi, selagi tidak ada tuntutan luar yang menggerakkannya maka keadaannya tetap seperti semula”. Ini sama seperti yang dikemukakan oleh Newton dalam hukumnya yang berbunyi “materi akan tetap dalam keadaan diam atau bergerak teratur selagi tidak dipaksa oleh kekuatan luar yg mengubah keadaan tersebut”.
B. ABU BARAKAT HABBATULLAH IBN MALKA AL-BAGHDADI
“pada setiap gerakan untuk memendekkan waktu (perjalanan yang ditempuh) itu mungkin tidak mustahil. Daya jika lebih kuat digerakkan lebih cepat bisa (menggerakkan) waktu yang pendek. Jika daya itu bertambah kuat bertambah pula kecepatan hingga dapat memperpendek waktu. Jika kekuatan itu tidak terbatas, kecepatan juga tidak terbatas. Demikian itu menjadikan gerakan tanpa ruang waktu menjadi semakin kuat, karena penafsiran waktu dalam kecepatan berakhir sesuai dengan daya kekuatan”. Dalam bab 17, Al-Khala’ juga menyebutkan bahwa “kecepatan itu akan semakin bertambah jika daya semakin kuat. Jika bertambah daya dorong, bertambah pula kecepatan materi yg bergerak sehingga bisa memendekkan waktu dalam menempuh jarak tertentu”. Hal ini juga dikemukakan oleh Newton dalam hukum yang ditulis dengan persamaan F = d(mv)/dt.
Bunyi hukum Newton menyebutkan bahwa aksi = – reaksi. Dan Abu Barakat Habbatullah ibn Malka Al-Baghdadi (480-560 H/1087-1164 M) dalam kitab Al-Mukhtabar fi Al-Hikmah menyebutkan bahwa “himpunan (komponen) saling tarik-menarik antara dua pergerakan pada tiap-tiap satu dari benda yang saling tarik-menarik dalam daya tariknya, menimbulkan daya perlawanan terhadap daya lainnya. Jika salah satunya menang bukan berarti menarik sekelilingnya yang tidak mempunyai daya tarik lain. Bahkan kekuatan itu tetap ada dan kuat. Andai tidak ada, niscaya yang lain tidak membutuhkan semua daya tarik tersebut.”
“apakah batu yang dilempar itu berhenti pada titik paling tinggi yang sampai kepadanya saat dimulai pelemparannya ke sisi bumi? Dan ia menjawabnya sendiri “Barangsiapa yang menyangka bahwa antara gerakan batu yang dilempar tinggi dengan lingkaran kejatuhannya dan berhenti, dia salah. Hal itu disebabkan karena lemahnya kekuatan yang memaksa batu itu dan daya beratnya, sehingga melemahkan gerakannya, menyembunyikan gerakan pada satu sudut, yang disangka dia itu diam (padahal dia telah menariknya, yaitu daya gravitasi)”.
C. IMAM FAKHRUDIN AR RAZI
“partikel-partikel mempunyai daya tarik-menarik sejajar sampai berhenti di tengah-tengah, tidak diragukan lagi, bahwa salah satu di antara keduanya berbuat dalam suatu gaya yang saling menghalangi gaya lain”. Pernyataan ini masih sama seperti hukum aksi reaksi newton.
D. IBNU HAITSAM
“gerakan jika saling bertemu gerakan akan saling menolak. Daya pergerakan itu akan tetap ada selagi masih terdapat unsur yang menolak (menghalangi). Gerakan akan kembali menurut arah asal dia bergerak. Dimana daya geraknya untuk kembali itu sesuai dengan daya gerakan yang menggerakkannya pada permulaan, juga menurut daya yang menolaknya.”
tianphysics 