Aplikasi Fisika

Aplikasi gelombang elektromagnetik

Saat ini hampir semua orang memiliki peralatan yang satu ini. Dia begitu kecil yang bisa dengan nyaman diletakkan di dalam saku, namun dianggap memiliki fungsi yang sangat besar terutama untuk berkomunikasi. Benda itu adalah sebuah ponsel (telepon seluler). Saat ini ponsel tidak hanya digunakan untuk menelpon saja tetapi juga untuk fungsi lain seperti mengirim dan menerima pesan singkat (sms), mendengarkan musik, atau mengambil foto. Bagaimana perangkat ponsel dapat terhubung dengan perangkat ponsel yang lain padahal mereka saling berjauhan? Konsep yang bisa menjelaskan fenomena ini adalah konsep gelombang elektromagnetik. Konsep gelombang elektromagnetik ternyata sangat luas tidak hanya berkaitan dengan TV atau ponsel saja, melainkan banyak aplikasi lain yang bisa sering kita temukan sehari-hari di sekitar kita. Aplikasi tersebut meliputi microwave, radio, radar, atau sinar-x. Selain itu karya Röntgen yang mengantarkan dirinya mendapatkan hadiah nobel fisika pada 1901 ini akan menjadi sebuah alat yang sangat berguna sekali dalam kedokteran. Sinar-X itulah sebuah fenomena yang ditemukan oleh Roentgen pada laboratoriumnya. Sebuah fenomena yang kemudian menjadi awal pencitraan medis (medical imaging) pertama, tangan kiri istrinya menjadi uji coba eksperimen penemuan ini. Inilah menjadi titik awal penggunaan pencitraan medis untuk mengetahui struktur jaringan manusia tanpa melalui pembedahan terlebih dahulu. Penemuan ini juga menjadi titik awal perkembangan fisika medis di dunia, yang menkonsentrasikan aplikasi ilmu fisika dalam bidang kedokteran.

Eksperimen Röntgen terhadap tangan istrinya, menjadi inspirasi produksi alat yang dapat membantu dokter dalam diagnosa terhadap pasien, dengan mengetahui citra tubuh manusia. Citra atau gambar yang dihasilkan dari sinar-X ini sifatnya adalah membuat gambar 2 dimensi dari organ tubuh yang dicitrakan dengan memanfatkan konsep atenuasi berkas radiasi pada saat berinterakasi dengan materi. Gambar atau citra objek yang diinginkan kemudian direkam dalam media yang kemudian dikenal sebagai film. Dari Gambar yang diproduksi di film inilah informasi medis dapat digali sesuai dengan kebutuhan klinis yang akan dianalisis.

Setelah puluhan tahun sinar-X ini mendominasi dunia kedokteran, terdapat kelemahan yaitu objek organ tubuh kita 3 dimensi dipetakan dalam gambar 2 dimensi. Sehingga akan terjadi saling tumpah tindih stukur yang dipetakan, secara klinis informasi yang direkam di film dapat terdistorsi. Inilah tantangan berikutnya bagi fisikawan untuk berkreasi. Tahun 1971, seorang fisikwan bernama Hounsfield memperkenalkan sebuah hasil invensinya yang dikenal dengan Computerized Tomography atau yang lazim dikenal dengan nama CT Scan. Invensi Hounsfield ini menjawab tantangan kelemahan citra sinar-X konvensional yaitu CT dapat dapat mencitrakan objek dalam 3 Dimensi yang tersusun atas irisan-irisan gambar (tomography) yang dihasilkan dari perhitungan algoritma(bahasa program) komputer. Karya Hounsfield ini menjadi revolusi besar-besaraan dalam dunia pencitraan medis atau kedokteran yang merupakan rangkaian yang berkaitan. Citra/gambar hasil CT dapat menujukan struktur tubuh kita secara 3 dimensi, sehingga secara medis dapat dijadikan sebagai sebuah alat bantu untuk penegakkan diagnosa yang dibutuhkan. Untuk mengabadikan penemunya dalam CT terdapat bilangan CT atau Hounsfield Unit (HU), namun penemuan ini juga meruapakan jasa Radon dan Cormack.
Tahun 1990an, lahir kembali sebuah perangkat yang dikenal dengan nama Magnetic Resonance Imaging. Perangkat ini invensi yang tidak kalah hebatnya dengan CT, karena menggunakan sistem fisika yang berbeda. MRI istilah kerennya menggunakan pemanfaatan aktivitas fisis spin tubuh manusia pada saat berada dalam medan magnet yang kuat dan kemudian dengan sistem gangguan gelombang radio yang sama dengan frekuensi Larmor, menghasilkan sebuah sinyal listrik. Sinyal inilah yang dikenal dengan Free Induction Decay yang kemudian dievaluasi dengan Transformasi Fourier menjadi citra 3 Dimensi. Invensi ini juga sangat fenomenal, karena terobosan baru yang tidak menggunakan radiasi pengion seperti CT dan sinar Roentgen untuk dapat menghasilkan sebuah citra dengan resolusi yang yang sangat baik dalam mencitrakan stuktur tubuh manusia khususnya organ kepala. Inventor MRI mendapat ganjaran hadiah nobel bidang fisologi dan kedokteran tahun 2003. Inilah sekelumit peranan fisika yang yang sangat revlusioner mengubah dunia kedokteran menjadi modern. Tanpa lahirnya sinar-X, CT, dan MR bagaimana kita dapat mengetahui posisi kelainan yang ada ditubuh kita bagian dalam atau kanker? Dengan karya fisikawan, insiyur, ahli komputer munculah sebuah teknologi yang digunakan untuk penegakkan diagnosa. Banyak teknologi lain yang dikembangkan oleh para fisikawan dan ilmuwan lain untuk kedokteran seperti halnya ultrasonografi, linear accelerator untuk radioterapi, dan juga CT dan USG 4 Dimensi.

Aplikasi gerak vertikal dalam kehidupan sehari-hari

Gerak vertikal terdiri dari dua jenis, yakni gerak vertikal ke atas dan gerak vertikal ke bawah. Benda melakukan gerak vertikal ke atas atau ke bawah jika lintasan gerak benda lurus. Kalau lintasan miring, gerakan benda tersebut termasuk gerak parabola. Aplikasi gerak vertikal dalam kehidupan sehari-hari misalnya ketika kita melempar sesuatu tegak lurus ke bawah (permukaan tanah), ini termasuk gerak vertikal. 

Aplikasi GLBB dalam kehidupan sehari-hari

GLBB merupakan gerak lurus berubah beraturan. Berubah beraturan maksudnya kecepatan gerak benda bertambah secara teratur atau berkurang secara teratur. Perubahan kecepatan tersebut dinamakan percepatan. Secara awam sangat r menemukan benda yang melakukan gerak lurus berubah beraturan. Pada kasus kendaraan beroda misalnya, ketika mulai bergerak dari keadaan diam, pengendara biasanya menekan pedal gas (mobil dkk) atau menarik pedal gas (motor dkk). Pedal gas tersebut biasanya tidak ditekan atau ditarik dengan teratur sehingga walaupun kendaraan kelihatannya mulai bergerak dengan percepatan tertentu, besar percepatannya tidak tetap alias selalu berubah-ubah. Contoh GLBB dalam kehidupan sehari-hari pada gerak horisontal alias mendatar nyaris tidak ada.
Contoh GLBB yang selalu kita jumpai dalam kehidupan hanya gerak jatuh bebas. Pada gerak umit menemukan aplikasi GLBB dalam kehidupan sehari-hari.jatuh bebas, yang bekerja hanya percepatan gravitasi dan besar percepatan gravitasi bernilai tetap. Tapi dengan penerapa ilmu fisika, GLBB dapat ditemukan dalam kegiatan kita sehari-hari. Contohnya buah mangga yang lezat atau buah kelapa yang jatuh dari pohonnya.Jika kita pernah jatuh dari atap rumah tanpa sadar kita juga melakukan GLBB.

Read More

Tokoh Fisika dan Temuannya

ISAAC NEWTON 1642-1727

Isaac Newton, ilmuwan paling besar dan paling berpengaruh yang pernah hidup di dunia, lahir di Woolsthrope, Inggris, tepat pada hari Natal tahun 1642, bertepatan tahun dengan wafatnya Galileo. Seperti halnya Nabi Muhammad, dia lahir sesudah ayahnya meninggal. Di masa bocah dia sudah menunjukkan kecakapan yang nyata di bidang mekanika dan teramat cekatan menggunakan tangannya. Meskipun anak dengan otak cemerlang, di sekolah tampaknya ogah-ogahan dan tidak banyak menarik perhatian. Tatkala menginjak akil baliq, ibunya mengeluarkannya dari sekolah dengan harapan anaknya bisa jadi petani yang baik. Untungnya sang ibu bisa dibujuk, bahwa bakat utamanya tidak terletak di situ. Pada umurnya delapan belas dia masuk Universitas Cambridge. Di sinilah Newton secara kilat menyerap apa yang kemudian terkenal dengan ilmu pengetahuan dan matematika dan dengan cepat pula mulai melakukan penyelidikan sendiri. Antara usia dua puluh satu dan dua puluh tujuh tahun dia sudah meletakkan dasar-dasar teori ilmu pengetahuan yang pada gilirannya kemudian mengubah dunia.

Pertengahan abad ke-17 adalah periode pembenihan ilmu pengetahuan. Penemuan teropong bintang dekat permulaan abad itu telah merombak seluruh pendapat mengenai ilmu perbintangan. Filosof Inggris Francis Bacon dan Filosof Perancis Rene Descartes kedua-duanya berseru kepada ilmuwan seluruh Eropa agar tidak lagi menyandarkan diri pada kekuasaan Aristoteles, melainkan melakukan percobaan dan penelitian atas dasar titik tolak dan keperluan sendiri. Apa yang dikemukakan oleh Bacon dan Descartes, sudah dipraktekkan oleh si hebat Galileo. Penggunaan teropong bintang, penemuan baru untuk penelitian astronomi oleh Newton telah merevolusionerkan penyelidikan bidang itu, dan yang dilakukannya di sektor mekanika telah menghasilkan apa yang kini terkenal dengan sebutan “Hukum gerak Newton” yang pertama.

Ilmuwan besar lain, seperti William Harvey, penemu ihwal peredaran darah dan Johannes Kepler penemu tata gerak planit-planit di seputar matahari, mempersembahkan informasi yang sangat mendasar bagi kalangan cendikiawan. Walau begitu, ilmu pengetahuan murni masih merupakan kegemaran para intelektual, dan masih belum dapat dibuktikan –apabila digunakan dalam teknologi– bahwa ilmu pengetahuan dapat mengubah pola dasar kehidupan manusia sebagaimana diramalkan oleh Francis Bacon.

Walaupun Copernicus dan Galileo sudah menyepak ke pinggir beberapa anggapan ngelantur tentang pengetahuan purba dan telah menyuguhkan pengertian yang lebih genah mengenai alam semesta, namun tak ada satu pokok pikiran pun yang terumuskan dengan seksama yang mampu membelokkan tumpukan pengertian yang gurem dan tak berdasar seraya menyusunnya dalam suatu teori yang memungkinkan berkembangnya ramalan-ramalan yang lebih ilmiah. Tak lain dari Isaac Newton-lah orangnya yang sanggup menyuguhkan kumpulan teori yang terangkum rapi dan meletakkan batu pertama ilmu pengetahuan modern yang kini arusnya jadi anutan orang.

Newton sendiri agak ogah-ogahan menerbitkan dan mengumumkan penemuan-penemuannya. Gagasan dasar sudah disusunnya jauh sebelum tahun 1669 tetapi banyak teori-teorinya baru diketahui publik bertahun-tahun sesudahnya. Penerbitan pertama penemuannya adalah menyangkut penjungkir-balikan anggapan lama tentang hal-ihwal cahaya. Dalam serentetan percobaan yang seksama, Newton menemukan fakta bahwa apa yang lazim disebut orang “cahaya putih” sebenarnya tak lain dari campuran semua warna yang terkandung dalam pelangi. Dan ia pun dengan sangat hati-hati melakukan analisa tentang akibat-akibat hukum pemantulan dan pembiasan cahaya. Berpegang pada hukum ini dia –pada tahun 1668– merancang dan sekaligus membangun teropong refleksi pertama, model teropong yang dipergunakan oleh sebagian terbesar penyelidik bintang-kemintang saat ini. Penemuan ini, berbarengan dengan hasil-hasil yang diperolehnya di bidang percobaan optik yang sudah diperagakannya, dipersembahkan olehnya kepada lembaga peneliti kerajaan Inggris tatkala ia berumur dua puluh sembilan tahun.

Keberhasilan Newton di bidang optik saja mungkin sudah memadai untuk mendudukkan Newton pada urutan daftar buku ini. Sementara itu masih ada penemuan-penemuan yang kurang penting di bidang matematika murni dan di bidang mekanika. Persembahan terbesarnya di bidang matematika adalah penemuannya tentang “kalkulus integral” yang mungkin dipecahkannya tatkala ia berumur dua puluh tiga atau dua puluh empat tahun. Penemuan ini merupakan hasil karya terpenting di bidang matematika modern. Bukan semata bagaikan benih yang daripadanya tumbuh teori matematika modern, tetapi juga perabot tak terelakkan yang tanpa penemuannya itu kemajuan pengetahuan modern yang datang menyusul merupakan hal yang mustahil. Biarpun Newton tidak berbuat sesuatu apapun lagi, penemuan “kalkulus integral”-nya saja sudah memadai untuk menuntunnya ke tangga tinggi dalam daftar urutan buku ini.

Tetapi penemuan-penemuan Newton yang terpenting adalah di bidang mekanika, pengetahuan sekitar bergeraknya sesuatu benda. Galileo merupakan penemu pertama hukum yang melukiskan gerak sesuatu obyek apabila tidak dipengaruhi oleh kekuatan luar. Tentu saja pada dasarnya semua obyek dipengaruhi oleh kekuatan luar dan persoalan yang paling penting dalam ihwal mekanik adalah bagaimana obyek bergerak dalam keadaan itu. Masalah ini dipecahkan oleh Newton dalam hukum geraknya yang kedua dan termasyhur dan dapat dianggap sebagai hukum fisika klasik yang paling utama. Hukum kedua (secara matcmatik dijabarkan dcngan persamaan F = m.a) menetapkan bahwa akselerasi obyek adalah sama dengan gaya netto dibagi massa benda. Terhadap kedua hukum itu Newton menambah hukum ketiganya yang masyhur tentang gerak (menegaskan bahwa pada tiap aksi, misalnya kekuatan fisik, terdapat reaksi yang sama dengan yang bertentangan) serta yang paling termasyhur penemuannya tentang kaidah ilmiah hukum gaya berat universal. Keempat perangkat hukum ini, jika digabungkan, akan membentuk suatu kesatuan sistem yang berlaku buat seluruh makro sistem mekanika, mulai dari pergoyangan pendulum hingga gerak planit-planit dalam orbitnya mengelilingi matahari yang dapat diawasi dan gerak-geriknya dapat diramalkan. Newton tidak cuma menetapkan hukum-hukum mekanika, tetapi dia sendiri juga menggunakan alat kalkulus matematik, dan menunjukkan bahwa rumus-rumus fundamental ini dapat dipergunakan bagi pemecahan problem.

Hukum Newton dapat dan sudah dipergunakan dalam skala luas bidang ilmiah serta bidang perancangan pelbagai peralatan teknis. Dalam masa hidupnya, pemraktekan yang paling dramatis adalah di bidang astronomi. Di sektor ini pun Newton berdiri paling depan. Tahun 1678 Newton menerbitkan buku karyanya yang masyhur Prinsip-prinsip matematika mengenai filsafat alamiah (biasanya diringkas Principia saja). Dalam buku itu Newton mengemukakan teorinya tentang hukum gaya berat dan tentang hukum gerak. Dia menunjukkan bagaimana hukum-hukum itu dapat dipergunakan untuk memperkirakan secara tepat gerakan-gerakan planit-planit seputar sang matahari. Persoalan utama gerak-gerik astronomi adalah bagaimana memperkirakan posisi yang tepat dan gerakan bintang-kemintang serta planit-planit, dengan demikian terpecahkan sepenuhnya oleh Newton hanya dengan sekali sambar. Atas karya-karyanya itu Newton sering dianggap seorang astronom terbesar dari semua yang terbesar.

Apa penilaian kita terhadap arti penting keilmiahan Newton? Apabila kita buka-buka indeks ensiklopedia ilmu pengetahuan, kita akan jumpai ihwal menyangkut Newton beserta hukum-hukum dan penemuan-penemuannya dua atau tiga kali lebih banyak jumlahnya dibanding ihwal ilmuwan yang manapun juga. Kata cendikiawan besar Leibniz yang sama sekali tidak dekat dengan Newton bahkan pernah terlibat dalam suatu pertengkaran sengit: “Dari semua hal yang menyangkut matematika dari mulai dunia berkembang hingga adanya Newton, orang itulah yang memberikan sumbangan terbaik.” Juga pujian diberikan oleh sarjana besar Perancis, Laplace: “Buku Principia Newton berada jauh di atas semua produk manusia genius yang ada di dunia.” Dan Langrange sering menyatakan bahwa Newton adalah genius terbesar yang pernah hidup. Sedangkan Ernst Mach dalam tulisannya di tahun 1901 berkata, “Semua masalah matematika yang sudah terpecahkan sejak masa hidupnya merupakan dasar perkembangan mekanika berdasar atas hukum-hukum Newton.” Ini mungkin merupakan penemuan besar Newton yang paling ruwet: dia menemukan wadah pemisahan antara fakta dan hukum, mampu melukiskan beberapa keajaiban namun tidak banyak menolong untuk melakukan dugaan-dugaan; dia mewariskan kepada kita rangkaian kesatuan hukum-hukum yang mampu dipergunakan buat permasalahan fisika dalam ruang lingkup rahasia yang teramat luas dan mengandung kemungkinan untuk melakukan dugaan-dugaan yang tepat.

Read More

Tokoh Fisika dan Temuannya

Max Planck dan Temuannya dalam Teori Kuantum

Max Planck (1858-1947), ilmuwan fisika teori Jerman, yang mencetuskan gagasan awal tentang teori kuantum. Ini lahir dari upayanya untuk menjelaskan teka-teki fisika yang berkaitan dengan pancaran tenaga (energi) gelombang elektromagnet oleh benda (hitam) panas. Pemecahannya ia temukan pada 1901 dengan anggapan bahwa “tenaga gelombang elektromagnet dipancarkan dan diserap bahan dalam bentuk catu-catu tenaga (diskrit) yang sebanding dengan frekuensi gelombang elektromagnet”. Catu tenaga ini disebutnya kuanta (latin: sekian banyak: kuantum, bentuk tunggalnya). Dengan demikian, tahun 1901 dicatat sebagai awal bergilirnya bola teori kuantum. Namun, para fisikawan seangkatannya memandang gagasan Planck ini tidak mempunyai makna fisika yang jauh melainkan sekadar sebagai suatu kiat matematika belaka.

Empat tahun kemudian, pemuda Albert Einstein (1879-1955) mencatat dirinya sebagai orang pertama yang menerapkan gagasan Planck lebih jauh dalam fisika. Salah satunya, berkaitan dengan “efek fotolistrik”, yaitu teka-teki terbebaskannya elektron-elektron dari permukaan logam bila disinari cahaya (gelombang elektromagnet). Penjelasannya, karena elektron-elektron itu ditumbuk dan ditendang keluar oleh kuanta-kuanta cahaya yang berperilaku sebagai partikel (zarah). Kuanta cahaya ini disebut Einstein, foton. Dengan demikian, cahaya (gelombang elektromagnet) yang mulanya dipandang sebagai gelombang, kini diperlakukan pula sebagai partikel oleh Einstein.

Bahwa foton menumbuk elektron, seperti halnya tumbukan dua bola bilyard, kemudian dibuktikan dengan percobaan oleh Arthur H. Compton (1892-1962) dari Amerika Serikat pada 1923, yang mengabadikan namanya dengan peristiwa itu. Gelombang partikel
Gagasan foton Einstein kemudian diterapkan Louis de Broglie pada 1922, sebelum Compton membuktikannya, untuk menurunkan Hukum Wien (1896). Ini menyatakan bahwa “bagian tenaga elektromagnet yang paling banyak dipancarkan benda (hitam) panas adalah yang frekuensinya sekitar 100 milyar kali suhu mutlak (273 + suhu Celsius) benda itu”. Pekerjaan ini ternyata memberi dampak yang berkesan bagi de Broglie.

Pada musim panas 1923, de Broglie menyatakan, “secara tiba-tiba muncul gagasan untuk memperluas perilaku rangkap (dual) cahaya mencangkup pula alam partikel”. Ia kemudian memberanikan diri dengan mengemukakan bahwa “partikel, seperti elektron juga berperilaku sebagai gelombang”. Gagasannya ini ia tuangkan dalam tiga makalah ringkas yang diterbitkan pada 1924; salah satunya dalam jurnal vak fisika Perancis, Comptes Rendus.

Penyajiannya secara terinci dan lebih luas kemudian menjadi bahan tesis doktoralnya yang ia pertahankan pada November 1924 di Sorbonne, Paris. Tesis ini berangkat dari dua persamaan yang telah dirumuskan Einstein untuk foton, E = hf dan p = h. Dalam kedua persamaan ini, perilaku yang “berkaitan” dengan partikel (energi E dan momentum p) muncul di ruas kiri, sedangkan ruas kanan dengan gelombang (frekuensi f dan panjang gelombang , baca: lambda). Besaran h adalah tetapan alam yang ditemukan Planck, tetapan Planck.
Secara tegas, de Broglie mengatakan bahwa hubungan di atas juga berlaku untuk partikel. Ini merupakan maklumat teori yang melahirkan gelombang partikel atau de Broglie.

Untuk partikel, seperti elektron, momentum p adalah hasilkali massa (sebanding dengan berat) dan lajunya. Karena itu, panjang gelombang de Broglie berbanding terbalik dengan massa dan laju partikel. Sebagai contoh, elektron dengan laju 100 cm per detik, panjang gelombangnya sekitar 0,7 mm. Tantangan Tesis ini kemudian diterbitkan pada awal 1925 dalam jurnal vak fisika Perancis, Annales de Physique. Namun, luput dari perhatian para fisikawan. Bahkan, para penguji de Broglie hanya terkesan dengan penalaran matematikanya tetapi tidak mempercayai segi fisikanya.

Promotornya, Paul Langevin (1872-1946), kemudian mengirimkan satu kopi kepada Einstein di Berlin, yang ternyata memberi rekasi mendukung. Ia memandangnya lebih daripada permainan matematika dengan menekankan bahwa gelombang partikel haruslah nyata. Berita ini kemudian ia teruskan kepada Max Born (1882-1970), fisikawan teori Jerman, di Gottingen.
Born kemudian menanyakan kemungkinan eksperimentalnya kepada James Franck (1882-1964), rekan sekerjanya, yang memberi tanggapan mendukung dengan menunjuk pada teka-teki hasil percobaan Clinton J. Davisson (1881-1958) dan asistennya Charles H. Kunsman dari Amerika Serikat pada 1922 dan 1923. Keduanya mengamati bahwa permukaan logam yang ditembaki dengan berkas elektron selain memancarkan kembali elektron-elektron dengan tenaga yang sangat rendah, ternyata ada pula yang memiliki tenaga sama dengan elektron semula.

Teka-teki ini kemudian terjelaskan oleh Walter Elsaser, mahasiswa Born, pada tahun 1925 dalam sebuah makalah ringkas dengan menggunakan gagasan gelombang de Broglie. Namun sayang, para fisikawan eksperimen tidak terkesan dengan tafsir ulang ini terhadap data percobaan mereka – apalagi oleh seorang mahasiswa berusia 21 tahun yang sama sekali belum dikenal.

Dukungan dan hadiah Nobel Pada tahun 1926 barulah nampak suatu terang! Erwin Schrodinger (1887-1961), fisikawan teori Austria, merumuskan suatu persamaan matematika yang mengendalikan kelakuan rambatan gelombang partikel dalam berbagai sistem fisika. Ini sama halnya dengan persamaan gerak Newton dalam mekanika Newton (klasik) yang mengendalikan kelakuan gerak partikel. Karya Schrodinger ini melahirkan mekanika baru yang dikenal sebagai mekanika gelombang atau lazimnya disebut mekanika kuantum. Penerapannya pada struktur atom berhasil menjelaskan berbagai data pengamatan dengan begitu mengesankan, tanpa dipaksa, sehingga menyentakkan para fisikawan untuk menerima gagasan de Broglie.

Dukungan berikutnya datang dari Amerika Serikat, oleh Clinton J. Davisson dan Lester H. Germer (1896 – ?.), yang menerbitkan hasil percobaan mereka pada 1927, bahwa elektron memang memperlihatkan perilaku gelombang. Bukti yang sama tetapi dengan metode percobaan yang berbeda juga dilaporkan oleh George P. Thomson (1892-1975) dari Inggris pada waktu itu.
Dukungan bukti-bukti percobaan ini kemudian mengukuhkan penerimaan gelombang partikel yang diikuti dengan dianugerahkannya hadiah Nobel Fisika (tunggal) 1929 bagi Louis de Broglie. Suatu penghargaan keilmuan bergengsi yang patut bagi karya ilmiahnya yang begitu revolusioner.

Read More

Tokoh Fisika dan Temuannya

James Clerk Maxwell Dalam Temuannya Dibidang Elektromagnetika

James Clerk Maxwell adalah salah satu Master di bidang fisika, karyanya yang luar biasa terbentang luas bahkan diluar bidang elektromagnetika dan termodinamika, namun demikian hanya sedikit penghargaan yang diberikan atas konstribusinya di banyak bidang sain. Lahir di Edinburg, Skotlandia pada tahun 1831, Maxwell besar di Glenlair, kediaman ayahnya di barat daya skotlandia. Pada usia tiga tahun, dia sudah menunjukka ketertarikannya pada alam sekitar Orangtuanya senantiasa tergoda dengan pertanyaan yang selalu diucapkanya ” what’s the go o’that?”.

Dia tidak menikmati masa awal sekolahnya, yang pada waktu itu melulu diajarkan belajar dengan hati, tanpa usaha dari sang guru untuk menjelaskan materi pelajaran . Namun kemudian ketika dia tertarik pada bahasa yunani dan latin, dia mulai menikmati sekolahnya, dan menjadi bintang di sekolah, bakat matematikanya berkembang, dan akhirnya menulis makalah ilmiahnya pada usia 14 tahun. Maxwell masuk universitas Edinburg dan kemudian ke Trinity College, Cambridge, dimana dia lulus dengan exceptional results pada tahun 1984. mulai dari sini kemudian dia meluangkan seluruh sisa hidupnya untuk riset ilmiah.

Karya-karyanya yang luar biasa, baik itu dalam kuantitas maupun kualitas, banyak yang kemudian menjadi dasar dari Fisika modern, misalnya dia sangat penasaran selama hidupnya dengan color vision dan kemudian menjadi orang pertama yang menduga kalau mata manusia itu mempunyai preceptor untuk tiga warna, dia melakukan banyak percobaan untuk membuktikan teorinya ini, dan membawa pada penemuan foto berwarna yang pertama di dunia pada tahun 1861.

Maxwell juga memberikan kontribusi yang berarti untuk Fisika Statistik, dia menjadi yang pertama yang menyadari bahwa molekul gas akan mempunyai distribusi pada kecepatan, dan kemudian menurunkan/merumuskan distribusi tsb, yang kemudian mengangkat namanya. Dia membuat banyak kontribusi di bidang ini dimasa kemudian selama kolaborasinya dengan Ludwig Boltzman. Maxwell bekerja pada bidang elektromagnetik pada rentang waktu 1855 – 1865.

Pada lima tahun sisa hidupnya (1871-1879) dia menghabiskan waktunya di Cambridge sebagai kepala Cavendish laboratory yang pertama (laboratorium yang baru didirikan ). Maxwell adalah juga sesorang yang sangat bersemangat pada kehidupan, dan apa yang ditawarkan oleh kehidupan, misalnya kecintaannya pada olahraga berkuda membuatnya meluangkan waktu sebisa mungkin di Glenlair.Namun semua itu, dapat dia lakukan karena dukungan dari istri yang dinikahinya pada tahun 1858, Katherine mary Dewar Maxwell memimpin pada banyak area di bidang fisika tapi dia enggan mempublikasikan kerjanya tanpa bukti hasil eksperimen yang valid, karena dia selalu percaya pada pentingnya eksperimen. Perilakunya ini dapat dibaca dari statementnya ” I never try to dissuade a man from carrying out an experiment: if he does not find what he wants, he may find out something else” Maxwell adalah Master Fisika sepanjang masa yang bisa disejajarkan dengan Newton dan Feynman. Resensi dari buku The MAN wo CHANGED EVERYTHING ; The life of James clerk Maxwell terbitan John willey & Son (2003) karangan Basil Mahon

Read More

Tokoh Fisika dan Temuannya

Werner Heisenberg (1901-1976) dan Penemuannya Dalam Bidang “Kuantum Mekanika”

Ke tangan siapa Hadiah Nobel untuk bidang fisika jatuh di tahun 1932? Ke tangan Werner Heisenberg, ahli fisika Jerman. Tak ada orang dapat Hadiah Nobel tanpa sebab-sebab yang jelas. Dan sebab itu pun mesti luar biasa. Kalau sekedar penemu sih banyak, dan rasanya sulit hadiah itu dikantonginya.

Kenapa bisa Heisenberg? Karena kreasi dan penemuannya dalam bidang “kuantum mekanika.” Ini bukan barang sembarangan. Ini salah satu prestasi penting dalam seluruh sejarah ilmu pengetahuan.

Sejalan dengan kemajuan bertambah, kebutuhan pun meningkat. Yang dirasa cukup hari ini akan terasa kurang besoknya. Tak kecuali dalam hal mekanika. Pada tahun-tahun permulaan abad ke-20 sudah mulai terasa dan makin lama makin nyata betapa hukum yang berlaku di bidang mekanika tak mampu menjangkau dan memaparkan tingkah laku partikel yang teramat kecil seperti atom, apalagi partikel sub atom. Apabila hukum lama yang sudah diterima umum dapat memecahkan permasalahan dengan sempurna sepanjang menghadapi ihwal benda makroskopik (benda yang jauh lebih besar ketimbang atom) tidaklah demikian halnya jika berhadapan dengan benda yang teramat lebih kecil. Ini bukan saja membikin pusing kepala tetapi sekaligus juga teka-teki yang tak terjawab.

Di tahun 1925 Werner Heisenberg mengajukan rumus baru di bidang fisika, suatu rumus yang teramat sangat radikal, jauh berbeda dalam pokok konsep dengan rumus klasik Newton. Teori rumus baru ini –sesudah mengalami beberapa perbaikan oleh orang-orang sesudah Heisenberg–sungguh-sungguh berhasil dan cemerlang. Rumus itu hingga kini bukan cuma diterima melainkan digunakan terhadap semua sistem fisika, tak peduli yang macam apa dan dari yang ukuran bagaimanapun.

Dapat dibuktikan secara matematik, sepanjang pengamatan hanya dengan menggunakan sistem makroskopik melulu, perkiraan kuantum mekanika berbeda dengan mekanika klasik dalam jumlah yang terlampau kecil untuk diukur. (Atas dasar alasan ini, mekanika klasik –yang secara matematik lebih sederhana daripada kuanturn mekanika– masih dapat dipakai untuk kebanyakan perhitungan ilmiah). Tetapi, bilamana berurusan dengan sistem dimensi atom, perkiraan tentang kuantum mekanika berbeda besar dengan mekanika klasik. Percobaan-percobaan membuktikan bahwa perkiraan mengenai kuantum mekanika adalah benar.

Salah satu konsekuensi dari teori Heisenberg adalah apa yang terkenal –dengan rumus “prinsip ketidakpastian” yang dirumuskannya sendiri di tahun 1927. Prinsip itu umumnya dianggap salah satu prinsip yang paling mendalam di bidang ilmiah dan paling punya daya jangkau jauh. Dalam praktek, apa yang diterapkan lewat penggunaan “prinsip ketidakpastian” ini adalah mengkhususkan batas-batas teoritis tertentu terhadap kesanggupan kita membuat ukuran-ukuran ilmiah. Akibat serta pengaruh dari sistem ini sangat dahsyat. Apabila hukum dasar fisika menghambat seorang ilmuwan –bahkan dalam keadaan yang ideal sekalipun– mendapatkan pengetahuan yang cermat dari suatu penyelidikan, ini disebabkan karena sifat-sifat masa depan dari sistem itu tidak sepenuhnya bisa diramalkan. Menurut “prinsip ketidakpastian,” tak akan ada perbaikan pada peralatan ukur kita yang akan mengijinkan kita mengungguli kesulitan, ini.

“Prinsip ketidakpastian” ini menjamin bahwa fisika, dalam keadaannya yang lumrah, tak sanggup membikin lebih dari sekedar dugaan-dugaan statistik. Seorang ilmuwan yang menyelidiki radioaktivitas, misalnya, mungkin mampu menduga bahwa satu dari setriliun atom radium, dua juta akan mengeluarkan sinar gamma dalam waktu sehari sesudahnya.

Tetapi, Heisenberg sendiri tidak bisa menaksir apakah ada atom radium yang khusus yang akan berbuat begitu. Dalam banyak hal yang praktis, ini bukannya satu pembatasan yang ketat. Bilamana menyangkut jumlah besar, metoda statistik sering mampu menyuguhkan basis pijakan yang dapat dipercaya untuk sesuatu langkah. Tetapi, jika menyangkut jumlah dari ukuran kecil, soalnya jadi lain. Di sini “prinsip ketidakpastian” memaksa kita menghindar dari gagasan sebab-akibat fisika yang ketat. Ini mengedepankan suatu perubahan yang amat mendasar dalam pokok filosofi ilmiah. Begitu mendasarnya sampai-sampai ilmuwan besar Einstein tak pernah mau terima prinsip ini. “Saya tidak percaya,” suatu waktu Einstein berkata, “bahwa Tuhan main-main dengan kehancuran alam semesta.”

Tetapi, ini pada hakekatnya sebuah pertanda bahwa ahli-ahli fisika yang paling modern merasa perlu menerimanya. Jelaslah sudah, dari sudut teori kuantum, dan pada tingkat lebih lanjut bahkan lebih besar dari “teori relativitas,” telah merombak konsep dasar kita tentang dunia fisik. Tetapi, konsekuensi teori ini tidaklah semata bersifat filosofis.

Diantara penggunaan praktisnya, dapat dilihat pada peralatan modern seperti mikroskop elektron, laser dan transistor. Teori kuantum juga secara luas digunakan dalam bidang fisika nuklir dan tenaga atom. Ini membentuk dasar pengetahuan kita tentang bidang “spectroscopy” (alat memprodusir dan meneliti spektra cahaya), dan ini digunakan secara luas di sektor astronomi dan kimia. Dan juga dimanfaatkan dalam penyelidikan teoritis dalam masalah yang topiknya beraneka ragam seperti kualitas khusus cairan belium, dasar susunan intern binatang-binatang, daya penambahan kekuatan magnit, dan radio aktivitas.

Werner Heisenberg lahir di Jerman tahun 1901. Dia terima gelar doktor dalam bidang fisika teoritis dari universitas Munich tahun 1923. Dari tahun 1924 sampai 1927 dia kerja di Kopenhagen bersama ahli fisika besar Denmark, Niels Bohr. Kertas kerja penting pertamanya tentang ihwal kuantum mekanika diterbitkan tahun 1925 dan rumusnya tentang “prinsip ketidakpastian” keluar tahun 1927. Heisenberg meninggal tahun 1976 dalam usia tujuh puluh empat tahun. Dia hidup bersama isteri dan tujuh anak.

Dari sudut arti penting kuantum mekanika, para pembaca mungkin heran apa sebab Heisenberg tidak ditempatkan lebih tinggi dari nomornya sekarang. Tetapi perlu diingat, Heisenberg bukanlah satu-satunya ilmuwan penting yang berhubungan dengan pengembangan kuantum mekanika. Sumbangan pikiran penting telah diberikan oleh beberapa pendahulu yang tenar seperti Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr, dan ilmuwan Perancis Louis Broglie. Sebaris tambahan masih bisa ditulis di sini seperti ilmuwan Austria Erwin Schrodinger, ahli Inggris P.A.M. Dirac. Semua mereka ini turut memberi sumbangan yang amat membantu bagi teori kuanturn pada tahun-tahun tak lama sesudah Heisenberg menerbitkan kertas kerjanya yang bermakna besar laksana sperma buat kesuburan ilmu pengetahuan. Namun begitu, saya pikir Heisenberg-lah tokoh yang paling utama dalam pengembangan mekanika kuantum ini dan atas dasar itulah dia layak diberi tempat urutan tinggi dalam buku ini.

Read More