Penyebaran Metode Eksperimental

Pada awalnya segala misteri alam dikaji dengan buah pemikiran yang lama dan lebih pada filosofis. Namun semenjak karya Galileo, Tycho, dan Kepler, di Eropa terjadi peningkatan kegiatan penelitian dan penyebarluasan penggunaan eksperimental.

Dalam tahun 1600, Gilbert menerbitkan kayanya yang terkenal De Magnete yang sebagian besar didasarkan atas hasil eksperimennya sendiri. Dialah yang pertama kali mengemukakan bahwa bumi adalah sebuah bola magnet yang sangat besar. Dia membuat magnet berbentuk bola dari besi dan memperlihatkan bahwa bola magnet ini menghasilkan medan magnet yang sama dengan medan magnetik bumi.

Dalam bidang optik, Snellius (1591 - 1626) menemukan hukum pembiasan. Mersene (1588 - 1648) meneliti hukum getaran dawai dan mengukur frekuensi suatu nada. Dia juga melakukan eksperimen untuk mengukur kecepatan cahaya.

Dalam mekanika fluida, Torricelli (1608 - 1647) menemukan prinsip barometer dan mengamati variasi tekanan terhadap ketinggian. Secara terpisah, Otto von Guericke (1602 - 1686) dan Pascal (1623 - 1662) meneliti pompa udara dan mengukur perbedaan tekanan di puncak dan di dasar gunung. Pascal menemukan suatu prinsip hidrostatika yang dikenal dengan hukum Pascal.

Jadi, eksperimen akhirnya menjadi suatu kewajiban ketika suatu teori disusun. Hasil empiris suatu fenomena alam menjadi rujukan kevalidan suatu teori. Teori yang mapan harus mampu bertahan dari sederetan hasil uji eksperimen yang ada. Jika itu terjadi, maka teori tersebut merupakan teori yang kuat. Namun jika hasil empiris bertentangan dengan teori, maka teori itu gugur dan mengharusnya terciptanya teori yang baru. Begitulah akhirnya antara teori dan eksperimen saling melengkapi dalam perkembangan ilmu pengetahuan.

Read More

Periode Kedua (1550 - 1800) : Munculnya Metode Eksperimen (Bagian 3 - Sir Issac Netwon)

Newton (1642 - 1747) merupakan puncak suatu menara yang jauh melebihi ilmuwan manapun pada zamannya. Ia adalah ilmuwan raksasa, seorang intelektual yang sumbangannya terhadap ilmu pengetahuan tidak bisa dibandingkan dengan besarnya semua ilmuwan di zaman itu.

Pada mulanya, Newton tidak menunjukkan keistimewaan dalam pelajarannya, meski pada akhirnya dia mencapai tempat tertinggi di kelasnya. Perhatiannya terhadap matematika dan mekanika baru berkembang ketika studi di Cambridge (1661) dan mulai menampakkan kegeniusannya. Ketika masih mahasiswa dia telah menemukan teori binomial dan mengembangkan metode deret tak hingga dan menemukan kalkulus diferensial.

Pada tahun 1665, saat usianya 23 tahun, Newton telah mengembangkan dan merumuskan tiga hukum gerak yang sekarang kita kenal sebagai sebgai Hukum Newton. Dengan menggunakan hukum gerak planet yang diajukan oleh Kepler hampir satu abad sebelumnya, dia mempelajari benda (apel) jatuh. Dia memandang bahwa gaya yang menyebabkan buah apel itu jatuh erat hubungannya dengan gaya yang menjaga planet tetap mengorbit mengitari matahari. Dengan mempelajari hukum ketiga Kepler, dia menemukan bahwa tarikan gravitasi itu sebanding dengan kebalikan kuadrat jaraknya. Dia menjelaskan hukum Kepler dengan menyatakan bahwa "gaya tarikan antara dua buah benda berbanding langsung dengan hasil kali massa benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara pusat massa benda-benda tersebut". Newton menamakan gaya tarikan ini dengan gaya gravitasi.

Pada tahun 1667, di usianya yang baru 27 tahun, Newton diangkat menjadi profesor dalam bidang matematika. Karya Newton dalam bukunya yang diterbitkan yang berjudul Optik, terlihat usahanya dalam mengembangkan lensa untuk menanggulangi adanya aberasi sferis pada lensa. Dari hasil percobaannya, Newton justru menemukan gejala penguraian sinar putih menjadi sederetan warna seperti pelangi yang dinamakan spektrum sinar. Dia juga mengajukan teori korpuskuler cahaya yang berlawanan dengan teori undulasi yang diajukan oleh Huygens pada masa itu.

Hasil penelitiannya dalam optika menyebabkan dia memperoleh tempat yang tinggi diantara ilmuwan sezamannya. Namun, sebenarnya karya yang terbesar adalah dalam bidang mekanika dimana dalam tahun 1687 dia menerbitkan bukunya Principia atau lengkapnya Philosophiae Principle of Natural Philosophy. Banyak ilmuwan fisika yang hidup sezaman dengan Newton seperti Robert Boyle (1627 - 1691), Christian Huygens (1629 - 1695), dan Robert Hooke (1635 - 1703).

Demikianlah periode kedua dari perkembangan fisika, dengan sumbangsih ilmu yang besar. Zaman ini marupakan zaman emas terbukanya kotak pandora misteri alam, dengan Newton sebagai puncak menara yang begitu bersinar. Sampai saat ini, saat manusia telah melakukan eksplorasi jauh diantara bintang-bintang, teori Newton tetap menjadi rumusan utama terkait teknis teknologi yang digunakan. Meskipun banyak teori-teori lain yang juga digunakan.

Read More

Periode Kedua (1550 - 1800) : Munculnya Metode Eksperimen (Bagian 2 - Tycho Brahe dan Kepler)

Karya-karya Galileo sangat menginspirasi banyak orang yang mulai memikirkan mekanisme kerja dari alam ini. Semua penjelasan yang muncul mulai logis dan ditunjukkan bukti nyata yang memberikan pemahaman ke orang-orang. Pada masa ini lah metode eksperimen mulai berkembang pesat. Setiap pemikiran baru dituntut bukti secara eksperimen terkait teori yang diajukan. Setelah masa Galileo, terdapat dua ilmuan yang menjadi inspirasi sains saat ini.

Karya Tycho Brahe (1546 - 1601) dan Kepler (1571 - 1630) penting bukan karena sumbangannya langsung pada pengembangan fisika, tetapi pada karyanya yang saling bergantung satu dengan lainnya seperti umumnya sains dewasa ini. Tycho adalah seorang eksperimentalis, seorang pengamat yang menyuplai data yang cermat, sedangkan Kepler adalah seorang teoretis yang memerlukan data akurat yang didapat dari Tycho untuk menyusun teori baru mengenati gerak planet. Antara keduanya saling memerlukan. Kadang-kadang teori yang mendahului eksperimen dan kadangkala eksperimen yang mendahului teori. Tetapi tidak ada yang berhasil tanpa yang lainnya.

Tycho bekerja selama 20 tahun di observatorium Uraniborg, Denmark, yang menghasilkan katalog bintang dan data astronomis yang cermat meskipun tidak menggunakan teleskop. Uniknya Tycho menolak teori Copernicus, karena sebagai konsekuensi dari teori heliosentris semestinya terdapat paralaksis bintang. Namun, karena sepanjang data hasil pengamatannya dia tidak pernah menemukan paralaksis ini, maka itulah yang membuatnya ragu dan tidak setuju dengan teori heliosentrisnya Copernicus dan kembali ke pandangan geosentris.

Kepler yang merupakan asistennya Tycho ketika bekerja di Observatorium Prague di Jerman, mempelajari dengan tekun data pengamatan Tycho. Dia mengakui teori heliosentris. Dia mempelajari dengan seksama gerak planet Mars. Mulanya dia menggunakan data posisi planet dan mengasumsikan orbit Mars berupa lingkaran dengan matahari berada di pusat, tetapi tidak cocok. Akhirnya dia membuang asumsi gerak melingkar beraturan ini. Dia mengasumsikan bahwa kecepatan planet berubah-ubah dan berbanding terbalik dengan jarak planet ke matahari. Asumsi inilah yang dikenal dengan hukum kedua Kepler, dengan menyatakan bahwa vektor jari-jari dari matahari ke planet pada waktu yang sama menggambarkan luas yang sama. Asumsi ini hasilnya cukup mendekati, namun masih ada sedikit galat yang harganya melampaui batas galat pengamatan.

Akhirnya ia mencoba dengan bentuk orbit yang lain, mula-mula dengan bentuk lingkaran oval, tetapi hasilnya belum benar. Lalu ia mencoba dengan bentuk elips dimana matahari berada di salah satu titik fokusnya. Perhitungan ini akhirnya menemukan buahnya. Untuk lintasan elips ini, antara teori dan pengamatan hasilnya sangat cocok, dan inilah yang dinamakan hukum pertama Kepler. Selanjutnya dengan mencermati lebih jauh hasil pengamatan Tycho, dia menemukan hubungan antara periode dengan jari-jari orbit planet. Inilah akhirnya dikenal sebagai hukum ketiga Kepler, yang menyatakan bahwa kuadrat waktu edar planet mengelilingi matahari sebanding dengan pangkat tiga rata-rata jari-jari orbitnya.

Tetapi apa yang menyebabkan planet bergerak? Mengapa planet yang lebih di luar orbitnya dari matahari bergerak lebih lambat? Menjawab pertanyaan ini, Kepler mengajukan spekulasi gagasan bahwa antara dua benda terjadi tarikan. Ide Kepler inilah yang selanjutnya kemudian dikembangkan oleh Newton menjadi suatu teori yang sangat terkenal yaitu teori gravitasi universal.

Selain itu, Kepler juga memberikan sumbangan penting dalam bidang optika. Dia memahami prinsip pemantulan total dan bagaimana menentukan sudut kritis. Dia juga mempelajari pembiasan oleh udara dan mengajukan tipe lensa miniskus dan teleskop astronomis.

Read More

Periode Kedua (1550 - 1800) : Munculnya Metode Eksperimen (Bagian 1 - Kisah Galileo)

Sejak kemunculan pandangan Copernicus, maka dimulailah kembali semangat para pemikir untuk mempertanyakan sesuatu. Kembali pertanyaan yang menarik masih seputar benda langit yang membawa banyak sumber pengetahuan dan inspirasi. Sejak pandangan Copernicus, maka muncul ilmuwan jenius yang merupakan bapaknya fisika modern dan banyak memperkenalkan fisika eksperimental. Dia adalah Galileo Galilei (1564 - 1642).

Pada usianya yang ke tujuh belas, tahun 1581, dia membuat penelitian dan penemuan pulsometer (ayunan sederhana) dari bila dan pegas dimana waktu ayunnya tidak bergantung dari amplitudo ayunannya. Pada usia 26 tahun (1590), melalui percobaannya dia menunjukkan kesalahan pandangan Aristoteles mengenai benda jatuh. Hasil percobaannya menunjukkan bahwa benda jatuh itu kecepatannya sama, walaupun beratnya berbeda-beda.

Pada 1609, Lepperhey, seorang ahli optika Belanda menemukan bahwa benda yang jatuh bila dilihat melalui tabung yang dilengkapi dengan dua buah lensa kaca, tampak lebih dekat dan terbalik. Galileo yang mendengar penemuan ini lalu pada tahun 1610 membuat teleskop yang dipamerkannya di Venesia selama lebih dari satu bulan. Dengan teleskopnya itu Galileo memperlihatkan bahwa planet-planet itu tampak seperti piringan yang bersinar, sedangkan bintang-bintang tampak gelap seperti titik cahaya. Dia juga menemukan empat buah satelit Jupiter, fase-fase dari Venus, serta bintik noda dan rotasi matahari.

Penemuan ini mendukung pandangan Copernicus dan menentang pandangan Aristoteles. Hal ini menyebabkan dia dibenci gereja sehingga dalam tahun 1615 dia ditahan. Namun pada tahun 1623, teman Galileo yang bernama Berberini menjadi Paus Urban VIII. Akhirnya dia mendapat izin dari  paus untuk kembali menulis teori-teorinya. Ini menandakan bahwa pada abad ke tujuhbelas banyak terjadi perang antara ilmu dan teologi.

Dalam tahun 1636, di tahun-tahun terakhir hayatnya ia menulis dan menerbitkan teori tentang kohesi dan gerak dalam tulisannya "Dialogues on Two New Sciences". Mengenai gerak, Galileo menyatakan bahwa bila hambatan medium itu dihilangkan, maka semua benda akan turun dengan kecepatan yang sama. Dia menurunkan rumus gerak dengan percepatan seragam. Dia juga menyatakan bahwa gerak peluru adalah parabola dan bila hambatan dihilangkan maka benda yang ditembakkan sepanjang bidang mendatar akan bergerak untuk seterusnya. Inilah awal mula konsep hukum kelembaman.

Karya Galileo dalam mekanika telah meratakan jalan bagi Newton dalam mengembangkan tiga hukum gerak yang sangat terkenal itu dan ini merupakan dasar dari mekanika.

Read More

Periode Pertama : Masa Kuno sampai 1550 (bagian 2)

Democritus (460 - 370 SM) menyatakan bahwa alam ini terdiri dari ruang hampa dan partikel-partikel kecil yang tak berhingga. Partikel-partikel kecil ini tidak dapat dibagi lagi dan tidak dapat dilihat dan dinamakan atom. Partikel ini berbeda satu dengan lainnya dalam bentuk, posisi, dan susunannya. Dia berargumentasi bahwa penciptaan materi itu tidak mungkin karena tidak ada sesuatu yang berasal dari tiada.

Aristoteles (384 - 322 SM) memiliki banyak sumbangan dalam banyak cabang pengetahuan seperti logika, retorika, etika, metafisika, psikologi, dan ilmu alam. Dia mengemukakan pentingnya fakta dalam pengembangan ilmiah. Ada dua sumbangan Aristoteles dalam Ilmu Pengetahuan Alam. Pertama mengenai benda jatuh yang mana dia mengatakan bahwa benda yang lebih berat akan jatuh lebih cepat dari benda yang lebih ringan. Kedua mengenai gerak bumi, matahari, dan planet. Bahwa bumi tidak bergerak dan terletak di pusat, sedangkan matahari, planet, dan bintang dibawa oleh bola konsentris yang mengitari bumi.

Aristarchus (310 - 230 SM) menyatakan bahwa bintang dan matahari tidak bergerak, sedangkan bumi bergerak mengitari matahari dalam bentuk lingkaran. Bintang-bintang bertebar dalam bola yang jauh lebih besar dari pada orbit edar bumi. Ini adalah pandangan atau heliosentris yang pertama, namun teori ini tenggelam dalam kebesaran Aristoteles dengan pandangannya yang geosentris. Barulah dua ribu tahun kemudian teori ini mendapat pengakuan setelah diungkapkan oleh Copernicus dalam tahun 1500 M.

Archimedes (281 - 121 SM) terkenal dengan prinsip hidrostatikanya. Ia menyatakan bahwa suatu benda padat yang lebih berat dari zat cair bila diletakkan dalam cairan tersebut akan tenggelam ke bawah cairan itu. Demikian pula jika benda padat ditimbang dalam cairan akan lebih ringan dari berat sebenarnya seberat zat cair yang dipindahkan oleh benda padat tersebut.

Ptolomeus (70 - 147 M) merupakan pemikir yang berasal dari Alexandria. Ia banyak membahas tentang optik, seperti pemantulan cermin datar, cermin cekung dan cembung. Dia juga mempelajari pembiasan cahaya dengan melakukan eksperimen. Dia menyatakan sudut datang dan sudut bias dalam derajat serta mengemukakan bahwa pasangan medium tertentu memiliki perbandingan sudut datang dan sudut biasnya tetap.

Setelah zaman Ptolomeus di awal abad pertama Masehi, tampaknya pemikiran orang tentang alam seperti terhenti. Tidak ada pemikiran-pemikiran baru yang muncul sampai dengan pertengahan abad ke-16. Namun ada beberapa hasil karya beberapa pemikir yang muncul selama masa stagnasi ini. Diantaranya adalah Alhasen (1000 M) dari Arab yang banyak hasil karyanya dalam bidang optika seperti sistem optik pada mata, hukum cermin cekung dan cermin cembung, dan hukum pembiasan yang lebih rinci.

Dalam abad pertengahan muncul Leonardo da Binci (1452 - 1519) yang banyak mengemukakan gagasan tentang gaya, inersia, percepatan, hukum gerak, dan yang lainnya. Mungkin saat ini da Vinci lebih terkenal akan lukisannya yang fenomenal. Faktanya, dia adalah perpaduan antara jiwa seni dan ilmuwan. Banyak karyanya dalam ilmu pengetahuan yang mendapat pengakuan. Leonardo da Vinci merupakan sosok jenius yang menyenangi segala bidang ilmu berbalut dalam jiwa seni yang fenomenal.

Akhirnya mengawali abad keenambelas ini muncul Copernicus (1473 - 1543) yang mendukung pandangan alam Phytagoras dan menentang pandangan geosentris. Teorinya ini memandang bahwa bumi adalah planet yang sama dengan planet lainnya yang bergerak mengelilingi matahari. Pandangan inilah yang dinamakan heliosentris. Teorinya ini dapat menjelaskan terjadinya musim, gerak planet, serta urutan planet yang benar.

Read More

Periode Pertama : Masa Kuno sampai 1550 (bagian 1)

Sejak ribuan tahun sebelum masehi telah banyak kebudayaan yang sudah tinggi seperti peradaban Mesir kuno, India, Cina, dan Babilonia yang telah banyak memberi sumbangan pemikiran terhadap ilmu pengetahuan. Namun demikian, Yunani Kuno merupakan tempat bersemainya ide-ide besar atau prinsip pengetahuan modern. Ide-ide ini diperkaya oleh Plato, Aristoteles, dan yang lainnya. Meskipun mungkin rasanya pemikiran-pemikiran mereka tentang gejala alam masih sangat samar, mistis, dan filosofis, tetapi banyak memberi sumbangan pada dasar ide dan prinsip pengetahuan modern, seperti ide kekekalan zat, teori atom, inersia, dan lainnya. Namun, tidak dapat dipungkiri pula bahwa pemahaman tentang alam semesta banyak berawal dari pertanyaan tentang posisi benda-benda langit, kaitannya dengan kehidupan manusia.

Mari kita mulai dar Thales (624 - 547 SM) yang memperkenalkan daya tarik magnet dari batu ambar yang digosok. Dia juga berpendapat bahwa bumi bulan dan kecondongan ekliptika. Phytagoras (580 - 428 SM) merupakan ahli matematika yang mendukung pemikiran bahwa bumi itu bulat, dengan dasar bahwa bulat merupakan bentuk paling sempurna. Menurutnya, alam juga berbentuk bulat seperti bola dengan bumi sebagai pusatnya, sedangkan matahari, bintang, dan planet bergerak mengelilingi bumi dalam lingkaran-lingkaran yang berbeda.  Nah, pada titik ini, kita akan membedakan antara pandangan bumi bulat/datar dengan bumi sebagai pusat/tidak.

Anaxagoras (500 - 428 SM) dan Empedocles (484 - 424 SM) memiliki pendapat yang hampir serupa bahwa bulan tidak memancarkan cahaya sendiri, tetapi letak matahari yang menyebabkan terangnya bulan. Dia juga mengajarkan bahwa matahari itu adalah batu merah yang panas dan bulan seperti bumi yang sederhana. Selain itu Anaxagoras juga memberikan pandangan yang merupakan benih hipotesis atomik dari Democritus. Dia menyatakan bahwa perubahan zat disebabkan karena penggabungan atau pemisahan partikel-partikel kecil yang tidak dapat dilihat yang disebutnya spermata. Partikel-partikel ini tidak dapat berubah dan berbeda satu dengan lainnya dalam bentuk, warna, dan rasa. Pandangan inilah yang merupakan citra awal dan hukum kekekalan materi.

Empedocles menyederhanakan pandangan Anaxagoras dengan mengemukakan bahwa ada empat unsur dasar yang menyusun alam ini yaitu tanah, air, udara, dan api. Semua yang ada terjadi dari penggabungan dan pemisahan unsur-unsur ini. Dia juga berpendapat bahwa cahaya itu disebabkan oleh partikel-partikel kecil yang dipancarkan oleh benda yang menyala atau benda tampak. Partikel-partikel ini memasuki mata dan kemudian kembali dari mata ke benda tersebut. Kedua arus ini menimbulkan indera bentuk, warna, dan lainnya. Dia juga memandang bahwa cahaya merambat dari satu titik ke titik lainnya memerlukan waktu. Sebuah pandangan yang sangat revolusioner.

Read More

Periode Ilmu Pengetahuan

Sejak ribuan tahun sebelum Masehi, orang-orang India, Cina, dan Persia telah dengan tekun mendalami sifat dan hakikat alam, meskipun pemikiran mereka banyak didominasi oleh kepercayaan serta keyakinan filosofis yang mereka pegang saat itu. Melalui insting, mereka telah meyakini akan keteraturan alam ini. Mereka memaparkan hakekat sesuatu melalui analisis metafisik.

Lebih dari dua ribu tahun sebelum Masehi, orang-orang Babilonia dan Mesir telah memiliki kumpulan banyak pengetahuan, seperti satuan pengukuran panjang, volume, dan geometri dan mereka juga telah mengenal ilmu perbintangan. Puncak hasil pemikiran manusia yang melahirkan Ilmu Pengetahuan Alam bermula dari zaman Babilonia, 700 tahun Sebelum Masehi, yang melahirkan konsep ilmu perbintangan yang banyak masih kita pakai sampai saat ini, seperti konsep ekliptika, serta kumpulan dua belas rasi bintang pada ekliptika yang kita sebut dengan zodiak.

Ide pemikiran modern tentang alam ini berawal dari orang-orang Yunani Kuno sekitar 600 SM. Pada masa ini di daerah pantai timur Mediterania tumbuh aliran filosofi yang sangat tertarik mendalami teori-teori tentang alam. Tokoh-tokohnya antara lain Plato, Aristoteles, Democritus, dan masih banyak lagi. Ide-ide mereka banyak yang merupakan tunas dari berbagai hukum fisika saat ini seperti hukum kekekalan zat, teori atom, perambatan cahaya, konsep benda jatuh, hukum gaya ke atas dalam fluida, dan lainnya. Ide pemikiran orang-orang Yunani Kuno ini menyebar melalui Alexandria sampai ke Spanyol yang akhirnya sampai ke Eropa Barat. Namun sejak awal abad Masehi sampai dengan abad Pertengahan (1500 M) tidak ada perkembangan baru dalam ilmu pengetahuan. Hal ini karena apa yang diketahui oleh orang-orang Eropa Barat saat itu tidak lebih dari apa yang menjadi pemikiran orang-orang Yunani kuno abad sebelum masehi.

Pengetahuan modern dimulai dari abad ke-16 yang dimahkotai oleh pemikiran-pemikiran jenius abad ke-17 seperi Galileo, Newton, Huygens, Boyle, dan lainnya. Sejak era abad ke 16 inilah pengetahuan berkembang dengan pestnya yang disertai dengan kemajuan dalam penerapannya pada berbagai teknologi dan industri. Perkembangan baru ini ditandai dengan penemuan-penemuan baru dalam fisika hingga sampai dengan abad ke sembilan belas. Namun, awal abad ke dua puluh ditandai lagi dengan pemikiran-pemikiran baru dalam fisika yang dipelopori oleh Albert Einstein sampai saat ini. Jadi tahun 2018 ini kita masih berada pada zaman perkembangan fisika yang dimulai tahun 1900an. 

Secara keseluruhan, sejarah fisika dapat dibagi dalam empat periode, yaitu periode pertama dari zaman kuno sampai dengan tahun 1500. Periode kedua dari tahun 1500 sampai tahun 1800. Periode ketiga dari tahun 1800 sampai dengan tahun 1900. Kemudian periode keempat dari tahun 1900 sampai saat ini. Masing-masing periode akan dijelaskan pada tulisan selanjutnya.

Tambah pengetahuanmu tentang sejarah ilmu pengetahuan dan fisika disini.

Read More

Sejarah Fisika

Sejarah fisika sepanjang yang telah diketahui telah dimulai pada tahun sekitar 2400 SM, ketika kebudayaan Harappa 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.

Sejak zaman dulu, manusia terus memperhatikan bagaimana benda-benda di sekitarnya berinteraksi, kenapa benda yang tanpa disengaja jatuh ke 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.

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. 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.

Tidak dapat dipungkiri bahwa perkembangan fisika mengubah tatanan hidup manusia. Penemuan-penemuan dalam fisika membawa perubahan yang mendasar (disrupsi) pada cara berpikir manusia serta cara pandang manusia tentang hakikat kehidupan. Mulai revolusi industri 1.0 sampai saat era menuju revolusi industri 4.0 bergantung pada penemuan di bidang fisika.

Perkembangan sejarah fisika pada setiap massa dan momen pentingnya akan dibahas pada tulisan selanjutnya. Sebagai gambaran awal, timeline lengkap perkembangan fisika dapat dilihat disini.

Read More

Bagaimana Suatu Teori Bisa Gagal?

If at first an idea does not sound absurd,

then there is no hope for it

-ALBERT EINSTEIN

Suatu ide kadang terdengar konyol dan lepas dari kaidah logika kita sehari-hari. Ketika pikiran kita terjebak pada apa yang bisa dilihat, didengar, maupun dirasakan, maka suatu ide kadang terlihat lucu di mata kita. Tapi, percayalah bahwa bisa jadi ide itu adalah ide yang sangat besar yang mampu merubah pandangan terhadap alam ini.

Namun, apakah semua ide yang terdengar konyol pasti merupakan ide besar? Tentu tidak. Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam menelaah ide baru tersebut. Salah satunya adalah melihat masalah yang ditunjukkan oleh suatu ide dan solusi yang ditawarkan. Jika masalah yang ditunjukkan mampu diselesaikan dengan solusi yang diberikan, maka ide tersebut lolos uji.

Saya katakan disini "lolos uji" bukan terbukti. Karena tidak satupun teori di dunia ini bisa dibuktikan. Yang ada hanyalah ide yang masih bertahan terhadap serangan-serangan bukti yang diberikan. 

Jangan pernah kita fanatik terhadap suatu teori hanya karena "kata banyak orang". Apalagi suatu teori muncul hanya dengan menyalahkan dan menganggap teori sebelumnya rekayasa. Teori baru yang muncul harus mampu memberikan solusi dan bukti-bukti yang jelas.

Ada teori B yang muncul dengan menganggap teori A salah. Tapi bukti yang diberikan oleh teori B kurang ilmiah. Hanya menyatakan teori A rekayasa (dengan kata banyak orang). Bukti-bukti yang diberikan pun hanya berlaku untuk skala kecil. Bukti yang berdasarkan apa yang bisa dilihat saja. 

Seperti manusia, jika hanya (pikiran) berada di bumi, maka kita akan melihat bumi ini diam dan benda-benda langit bergerak. Ini terjadi pada perdebatan teori bumi datar. Masalahnya adalah, tidak banyak hal yang bisa dijelaskan oleh teori bumi datar. Bukan berarti teori ini salah, namun teori ini belum mampu menguji teori sebelumnya. Banyak hal yang tidak tepat dan malah gagal mengganti penjelasan tentang alam ini. Bahkan ketika dikatakan tidak mampu keluar dari kubah bumi, bukan berarti itu ada batas pada bumi. Mungkin saja batasan itu ada pada si pencari buktinya.

Ingat, suatu teori tidak bisa dikatakan "benar". Suatu teori hanya bisa lolos uji. Suatu teori juga tidak bisa dipaksakan benar dengan suara banyak. 

Sains tidak mengenal suara terbanyak. Sains memerlukan bukti. Bukti yang menggagalkan teori sebelumnya dan mendukung teori yang diusulkan.

Read More

Fisika dan Matematika

Tuntutan kuantitatif mengharuskan pola-pola keteraturan alam dimodelkan dengan pola-pola matematis. Jadi, matematika berperan sebagai media atau bahan, sebagaimana batu atau kayu bagi para pemahat ataupun kanvas dan cat minyak bagi para pelukis. Pola-pola keteraturan alam adalah konsep yang berada di balik gejala-gejala alam dan menentukan wujud gejala-gejala alam itu. Ketika seseorang memahat patung seekor kambing pada sebongkah batu, maka sesungguhnya ia sedang berusaha memindahkan konsep tentang binatang yang bernama kambing dari seekor kambing ke sebongkah batu itu. Konsep adalah suatu gagasan yang menggambarkan hakikat atau esensi. Ketika patung kambing telah selesai dikerjakan, tentu saja tidak seluruh konsep tentang kambing dapat dipindahkan secara utuh ke dalam sebongkah batu itu, malahan lebih banyak bagian konsep tentang kambing yang tidak dapat dipindahkan oleh pemahat tadi. Banyak tidaknya bagian (porsi) konsep tentang kambing yang dapat dipindahkan oleh pemahat tersebut bergantung pada beberapa hal. Pertama, seberapa dalam sang pemahat memahami konsep tentang kambing. Semakin dalam pemahamannya tentang anatomi kambing misalnya, maka patung kambing yang ia selesaikan semakin mirip dengan kenyataan seekor kambing. Kedua, media atau bahan yang dipakai untuk membuat patung kambing itu. Bahan yang terlalu lembek dan tidak pernah bisa mengeras tentu saja akan sulit untuk dipakai membuat patung, sehingga bahan semacam itu tidak mampu menjadi wadah bagi konsep tentang seekor kambing. Ketiga, kemampuan memahat sang pemahat. Patung kambing yang dipahat oleh seorang pemahat berbakat yang telah berpengalaman tentu akan lebih baik jika dibandingkan dengan yang dihasilkan oleh seorang yang sedang belajar memahat.

Seorang fisikawan yang sedang menyusun sebuah teori bagi suatu gejala alam, sesungguhnya sedang memindahkan konsep yang berada di balik gejala alam itu ke dalam dunia matematika, yang biasanya berupa objek-objek matematis dan kaitan antara objek-objek itu semisal persamaan-persamaan atau grafik-grafik. Sayangnya, untuk dapat menampung konsep yang ada di balik gejala alam secara utuh dibutuhkan matematika yang tidak sederhana. Bahkan seringkali, matematika yang diperlukan dalam perumusan suatu kaidah bagi suatu gejala alam belum dibayangkan sama sekali oleh para matematikawan. Dalam hal ini fisika memperlihatkan perannya dalam menentukan arah pengembangan ilmu matematika. Contoh masyhur yang patut disebutkan dalam hal ini adalah kalkulus yang dikembangkan secara terpisah oleh Newton dan Leibniz. Newton mengembangkan kalkulus dengan tujuan untuk menyelesaikan masalah mekanika, sedangkan Leibniz mengembangkan kalkulus sebagai kreativitas matematis.

Berikut berapa pandangan tentang kaitan antara fisika dan matematika: Pertama, pandangan paling lunak, mendudukkan matematika hanya sebagai peranti yang memudahkan fisika dan sebagai bahasa untuk mengungkapkan hukum-hukum fisika. Dalam pandangan ini, persamaan-persamaan atau objek-objek matematis bukan segalanya, namun ada esensi lain dalam suatu hukum fisika yang tidak dapat dirumuskan secara matematis. Semua fisikawan eksperimental dan sebagian fisikawan teoretis mengambil posisi ini. Kedua, pandangan yang mendudukkan matematika sebagai tujuan. Fisika adalah upaya memilih atau membangun struktur matematis yang cocok untuk menggambarkan pola-pola keteraturan gejala alamiah. Jadi, fisika dipahami sebagai upaya  menemukan realitas matematis sebagai model yang mewakili realitas fisis. Ketiga, pandangan radikal bahwa fisika adalah upaya menemukan matematika alam, yakni matematika yang mengatur alam semesta ini, keseluruhannya.

Selain itu, perlu disadari bahwa matematika dan sains (khususnya fisika) masing-masing memiliki “naluri” (fitur) yang dalam beberapa hal saling bertentangan. Pengambilan kesimpulan dalam matematika bersifat deduktif. Terlepas dari teorema Gödel, selalu ada pembuktian bagi kebenaran sebuah proposisi matematis. Sementara pengambilan kesimpulan dalam sains bersifat induktif. Oleh karena itu, seperti diungkapkan di depan, tidak ada cara untuk membuktikan kebenaran proposisi (teori) sains. Proposisi (teori) sains hanya mungkin untuk dibuktikan kesalahannya. Namun demikian, ada hal-hal menarik yang terkait dengan hubungan antara matematika dan fisika. Kalau kita mencermati, akan terlihat adanya perpadanan antara teori-teori yang berkembang di fisika dan konsep-konsep yang berkembang di matematika padahal teori-teori dan konsep-konsep itu dikembangkan terpisah dalam ranahnya masing-masing. Ketika kedua hal yang berpadanan itu bertemu dihasilkanlah sebuah teori yang indah dan efektif. Sebagai contoh, teori relativitas umum yang digagas oleh Albert Einstein memiliki timpalan geometri Lorentz sebagai hal khusus geometri Riemann. Kalau dalam ilmu fisika dikenal mekanika Newton, maka di matematika berkembang-geometri simplektik. Jika di dalam fisika berkembang teori medan tera yang menjelaskan interaksi (gaya-gaya) fundamental, maka di matematika orang mengembangkan teori untingan serat dengan koneksi. Dan masih banyak lagi perpadanan semacam ini.

dari berbagai sumber:
I Gusti Ngurah Yudi Handayana

Read More

Teori vs Eksperimen

Fisika merupakan upaya menemukan pola-pola keteraturan alam dan membingkainya menjadi bagan berpikir yang runtut, yakni berupa kaitan logis antara konsep-konsep tertentu. Bagan bepikir tentang pola-pola keteraturan alamiah itu disebut t e o r i. Jadi, fisika adalah upaya membangun teori tentang gejala-gejala alamiah. Bagan berpikir itu secara matematis disajikan sebagai kaitan-kaitan matematis yang menghubungkan struktur-struktur matematis yang mewakili konsepkonsep tertentu, semisal besaran, parameter, dll. Oleh karena itu, konsep-konsep pun bermunculan sesuai kebutuhan. Jadi, ilmu fisika berusaha menemukan pola-pola keteraturan tersebut dan membingkainya dalam suatu rumusan matematis. Yang diusahakan adalah mendapatkan gambaran matematis maksimal, yakni persamaan matematis yang paling tepat dan yang memiliki jangkauan paling luas dalam menjelaskan keteraturan alam. Walaupun tidak ada kesepakatan secara formal namun telah berkembang keyakinan secara luas bahwa pola-pola keteraturan alam itu paling baik apabila dimodelkan atau disajikan dalam bentuk pola-pola matematis yang berupa persamaan ataupun grafik.

Untuk apa sebuah teori disusun? Holton dan Brush menggambarkannya dengan keberadaan sebuah gunung atau pulau es yang terapung di permukaan air laut. Bagian es yang berada di bawah permukaan air laut (oleh karena itu tidak kelihatan) jauh lebih besar jika dibandingkan dengan yang tampak di atas permukaan air laut. Tujuan sebuah teori adalah menjelaskan seluk-beluk, sifat-sifat, dan perilaku gunung es itu secara keseluruhan termasuk bagian pulau es yang tersembunyi di bawah permukaan air laut itu dengan berbekal pengetahuan tentang seluk-beluk, sifat-sifat, dan perilaku bagian yang tampak di permukaan air laut. Secara rinci sebuah teori diharapkan mampu untuk (i) menghubungkan berbagai fakta yang terpisah dalam suatu bagan berpikir yang logis dan mudah ditangkap, (ii) memberikan gambaran tentang kaitan-kaitan baru, yakni mampu menjelaskan kaitan antara fakta-fakta lama dan fakta-fakta baru, (iii) memberikan prakiraan (prediksi) gejala-gejala alamiah baru, dan memberikan penjelasan bagi gejala-gejala alamiah yang telah teramati, (iv) menuntun dalam penyelesaian masalah-masalah praktis.

Untuk mewujudkan obsesi tersebut, sebagian fisikawan yang masyhur disebut fisikawan teoretis berusaha menyusun model-model hukum alam dengan memanfaatkan kaidah-kaidah matematis. Bagan berpikir yang runtut itu akan dimodelkan dengan objek-objek matematis dan kaitan antara objek-objek itu. Penyusunan model-model ini tidak boleh sembarangan. Penyusunan ini haruslah didasarkan pada data-data hasil eksperimen (percobaan) atau pengamatan yang telah dihasilkan oleh sebagian fisikawan yang dikenal sebagai fisikawan eksperimental. 

Model hukum alam yang diusulkan, tentu saja, tidak mungkin identik dengan hukum atau pola-pola keteraturan alam yang sesungguhnya (yakni yang dimodelkannya), melainkan hanya sekedar pendekatan semata. Oleh karena itu, diperlukan ukuran apakah model-model yang diusulkan diterima atau ditolak. Ukuran tersebut haruslah terkait dengan kesesuaian model-model tersebut dengan perilaku alam yang yang diwakilinya. Model yang paling sesuai dengan perilaku alam merupakan model yang paling diterima. Selain dituntut untuk mampu menjelaskan hasil-hasil eksperimen yang telah dilakukan, model yang diusulkan dituntut pula mampu meramalkan hasil-hasil eksperimen yang akan dilakukan. Jadi, semakin banyak hasil eksperimen yang dapat dijelaskan dan diramalkan secara tepat oleh suatu model, maka model tersebut semakin diterima. Oleh karena itu, dapatlah dikatakan bahwa eksperimen merupakan ‘hakim’ dalam fisika (sains pada umumnya), yakni menentukan apakah suatu model matematis diterima ataukah ditolak. Akan tetapi, walaupun suatu model telah mampu memainkan peran tersebut secara memuaskan, ia terpaksa harus pula ditinggalkan atau paling tidak diperbaiki apabila terdapat paling sedikit sebuah eksperimen yang tidak mampu dijelaskan atau diramalkan olehnya. 

Jadi, tidak ada model hukum alam yang diterima secara langgeng. Albert Einstein, mengatakan, “No number of experiments can prove me right; a single experiment can prove me wrong.“ Jadi, seribu macam eksperimen yang mendukung kebenaran suatu teori atau model belumlah cukup untuk menyatakan bahwa teori itu benar, tetapi sebuah eksperimen saja (sekali lagi, hanya sebuah eksperimen saja) telah mencukupi untuk menggugurkan suatu teori atau model manakala hasil-hasil eksperimen tersebut sama sekali tidak mampu dijelaskan oleh suatu teori atau model. Sebuah teori yang disusun secara induktif (teori sains) tidak akan pernah dapat dibuktikan kebenarannya. Justru sebaliknya, yang mungkin dapat dibuktikan dari suatu teori sains adalah kesalahannya, yakni ketika salah satu prediksinya tidak sesuai dengan hasil eksperimen atau pengamatan. Hal ini mudah dipahami mengingat tidak semua kasus yang mungkin terjadi dapat diamati.

Jadi, model-model yang masih lolos dari penolakan akan terus bertahan, sedangkan yang telah gagal perlu diperbaiki atau ditinggalkan sama sekali. Model-model yang masih lolos uji perlu digabungkan sehingga didapatkan model-model yang memiliki jangkauan (domain) yang lebih luas. Selanjutnya, model-model hasil penggabungan kemudian harus diuji lagi dengan eksperimen-eksperimen. Sekali lagi, yang masih lolos akan bertahan, yang gagal diperbaiki atau ditinggalkan. Proses semacam ini berlangsung terus-menerus. Lalu, kapan akan berakhir? Jawabnya : tiada akan berakhir. Kehebatan sebuah teori atau model diukur dari kemampuannya bertahan dari upaya penolakan melalui eksperimen-eksperimen. Semakin banyak eksperimen yang gagal membuktikan kesalahan sebuah teori, semakin meyakinkan teori itu. Akan tetapi, tetap saja, bahwa teori itu tidak akan pernah terbukti kebenarannya.


I Gusti Ngurah Yudi Handayana
Sumber: Rosyid, M. F., et. al. 2014. Fisika Dasar Jilid 1

Read More

Fisika : Upaya Memahami Alam

Pandangilah langit di malam hari. Jika Anda tinggal di tempat yang jauh dari keramaian kota, maka Anda akan terpana oleh kerlap-kerlip tebaran bintang-gemintang di langit. Itulah Bimasakti. Seakan-akan bintang-bintang itu tersebar dan mengambil tempat sekenanya di sana. Tetapi, ketika Friedrich Wilhelm Herschel tahun 1789 memiliki teropong yang cukup kuat (dengan cermin utama berdiameter 1,26 m dan titik api sejauh 12 m) dan bersemangat meluangkan waktunya untuk mencermati sebaran bintang-bintang, ternyata bintang-bintang itu tidaklah mengambil tempat sekenanya. Terdapat pola-pola yang diikuti oleh bintang-bintang untuk menempatkan diri. Kini kita menyadari bahwa Bimasakti berbentuk spiral dan Bimasakti bukan keseluruhan alam semesta kita. Bimasakti hanyalah satu dari sekian ratus milyar galaksi yang ada di alam semesta. Kebanyakan galaksi memiliki bangun spiral. Ada beberapa jenis spiral yang menjadi bentuk galaksi-galaksi itu. Sekarang diketahui pula bahwa galaksi-galaksi bergerak saling menjauh. Besar kecepatan surut galaksi itu ternyata diketahui berbanding lurus dengan jarak antara galaksi. Jadi, alam semesta mengembang.

Virus adalah penyebab infeksi penyakit yang sangat kecil dan berbiak hanya dalam sel-sel makhluk hidup yang lain. Virus dapat menginfeksi segala bentuk kehidupan. Manusia mengenal virus pertama kali melalui Dmitri Ivanovsky pada tahun 1892, yakni dalam sebuah artikelnya yang menggambarkan penyebab penyakit nonbakterial pada tanaman tembakau. Selanjutnya, Martinus Bejjerinck menemukan virus mosaic pada daun tembakau di tahun 1898. Virus secara umum tersusun atas tiga hal. Yang pertama adalah material genetik (DNA atau RNA), yang kedua adalah mantel protein, dan yang ketiga adalah bungkus lemak (lipids). Kenyataan yang menarik tentang virus-virus yang telah ditemukan oleh para ilmuwan adalah bahwa bangun tubuh virus-virus itu memiliki kesetangkupan (simetri) terhadap perputaranperputaran yang dikenal dengan kesetangkupan icosahedral. Jadi, bangun geometri tubuh virus memiliki kesetangkupan tingkat tinggi.

Begitu pula dengan penampakan berbagai bunga salju, mulai dari yang sederhana hingga yang sangat rumit. Dalam pembentukan kristal-kristal air ini terlihat dengan jelas bahwa molekul-molekul air tidak menempatkan diri sekenanya. Mereka tunduk pada pola-pola yang mengatur posisi mereka masing-masing. Bunga-bunga salju itu memiliki kesetangkupan baku tertentu, yakni terhadap perputaran dengan sudut 60 derajat. Secara teknis kesetangkupan semacam ini disebut kesetangkupan lipat enam. Pola-pola yang mengatur posisi molekul air itu telah diketahui, dan bergantung pada temperatur dan kelembaban udara di sekitar tempat pembentukan kristal itu. Molekul-molekul airpun ternyata mengenal geometri tingkat tinggi.

Bintik-bintik Matahari (sun spots) adalah gejala penarikan wilayah-wilayah terbatas pada permukaan fotosfer oleh gejolak medan magnet setempat. Akibatnya, pada wilayah itu temperatur sedikit mengalami penurunan jika dibandingkan dengan wilayah lain di sekitarnya. Dengan demikian, wilayah yang mengalami penurunan temperatur itu tampak lebih gelap jika dibandingkan dengan wilayah di sekitarnya. Hal ini mudah dipahami dari gejala radiasi termal. Bintik-bintik Matahari merupakan indikator bagi aktivitas Matahari. Semakin luas wilayah bintik Matahari, semakin tinggi aktivitas Matahari.

Dari beberapa contoh gejala alam yang diungkapkan di atas tersirat adanya keteraturan. Tampak  dengan nyata bahwa gejala-gejala atau peristiwa-peristiwa di alam ini memiliki pola-pola tertentu. Oleh karena itu, tidak salah jika kemudian Anda menyimpulkan dan meyakini bahwa alam ini diciptakan sebagai suatu keselarasan (harmoni) yang memiliki pola-pola keteraturan. Walaupun gejala-gejala alamiah sering terlihat terjadi secara acak, namun tetap saja sesungguhnya adalah acak

yang teratur. Ada keteraturan dalam keacakan.

Sekarang marilah kita merenung sejenak. Mungkinkah akan terasa nyaman andaikata kita mampu mengetahui kaidah-kaidah atau pola-pola yang dianut oleh setiap gejala alamiah dalam setiap rinciannya. Dengan panduan kaidah-kaidah itu kita dapat meramalkan segala sesuatunya. Dari hasil ramalan itu, kita dapat mengambil tindakan yang memadai agar kita mendapat keuntungan ataupun menghindar dari kerugian. Boleh jadi, hidup kita akan terasalebih mudah. Sesuatunya akan tampak pasti, jauh dari kegalauan dan kegundahan. Atau mungkin malah sebaliknya, dengan kepastian semacam itu hidup kita justru terasa sulit, tidak pernah tenang dan selalu dalam kesedihan sebagaimana seorang narapidana yang telah mendapat kepastian kapan akan dihukum mati. Akan tetapi, terlepas dari kemungkinan-kemungkinan semacam itu, cita-cita ilmu fisika hanyalah menemukan kaidah-kaidah atau pola-pola yang sering disebut hukum alam itu.

Fisika merupakan upaya menemukan pola-pola keteraturan alam dan membingkainya menjadi bagan berpikir yang runtut, yakni berupa kaitan logis antara konsep-konsep tertentu. Bagan bepikir tentang pola-pola keteraturan alamiah itu disebut t e o r i. Jadi, fisika adalah upaya membangun teori tentang gejala-gejala alamiah. Bagan berpikir itu secara matematis disajikan sebagai kaitan-kaitan matematis yang menghubungkan struktur-struktur matematis yang mewakili konsep-konsep tertentu, semisal besaran, parameter, dll. Oleh karena itu, konsep-konsep pun bermunculan sesuai kebutuhan. Jadi, ilmu fisika berusaha menemukan pola-pola keteraturan tersebut dan membingkainya dalam suatu rumusan matematis. Yang diusahakan adalah mendapatkan gambaran matematis maksimal, yakni persamaan matematis yang paling tepat dan yang memiliki jangkauan paling luas dalam menjelaskan keteraturan alam. Walaupun tidak ada kesepakatan secara formal namun telah berkembang keyakinan secara luas bahwa pola-pola keteraturan alam itu paling baik apabila dimodelkan atau disajikan dalam bentuk pola-pola matematis yang berupa persamaan ataupun grafik.

I Gusti Ngurah Yudi Handayana

Sumber : Rosyid, M. F., et. al. 2014. Fisika Dasar Jilid 1

Read More