Pengertian dan Pengantar Kajian Ilmu Fisika

5 min read

Ruang lingkup Fisika

Ahmad Dahlan – Fisika diambil dari bahasa Yunani fysikós (φυσικός) yang secara harfiah berarti alamiah. Ruang lingkup dari fisika adalah segala sesuatu yang ada di alam semesta baik itu materi maupun anti materi mencakup gerak dan perilaku dalam lingkup ruang dan waktu. Fisika mengkaji objek-objek tersebut dalam lingkup energi yang saling berkaitan materi-materi tersebut.

Peran makro dari ilmu Fisika adalah memahami cara kerja dari alam semesta mengatur dirinya sendiri dan keterhubungan antara benda-benda didalamnya. Fisika merupakan calab ilmu paling tua dan lahir hampir bersamaan dengan lahirnya Mitology pada rentetan perkembangan ilmu pengetahuan sekitar tahun 630 SM.

Perkembangan ilmu matematika membawa banyak perubahan yang besar dalam kajian-kajian fisika yang awalnya hanya mempelajari akibat yang timbul dari sebuah sebab, menjadi sebuah pemodelan untuk memprediksikan secara pasti sebuah fenomena. Sir Isac Newton yang dikenal dengan hukum-hukumnya tentang gerak praktis berhasil memprediksikan seluruh gerak-gerak benda makro melalui pemodalan matematis, mulai dari benda yang jatuh bebas dari atas sebuah gedung sampai perhitungan prakiraan cuaca karena hujan merupakan materi makro akibat dari penurunan suhu dari awan-awan hujan.

Hukum Newton juga digunakan Kepler untuk mengamati benda-benda langit yang dulunya dibahas dalam kajian mitos sampai akhirnya lahir hukum kepler yang membahas gerakan-gerakan benda-benda langit. Gravitasi Newton menjadi jawaban atas naik turunnya air laut yang dipnegaruhi gravitas bulan dan matahari.

Proses terjadinya Gerhana Matahari

Jauh sebelum hukum-hukum fisika bisa dijelaskan dengan baik, orang-orang Viking percaya bahwa Gerhana Matahari adalah ulah dari serigala langit yang mengejar dan menangkap matahari. Mereka lalu membunyikan benda-benda disekitar rumah mereka sampai muncul keributana dan akhirnya berhasil mengusir serigala langit. Legenda semacam banyak bermunculan bahkan di Indonesia pun muncul budaya membunyikan kentongan saat terjadi Gerhana, meskipun sudah tidak lagi dijelaskan mitos dibeliknya namun bisa jadi itu semua berasal dari pemikiran sederhana nenek moyang kita tanpa bukti ilmiah yang baik.

Metode Ilmiah dalam Fisika

Fisika merupakan bidang ilmu yang didasari oleh hasil pengamatan, percobaan sederhana, eksperimen dan pengukuran yang bersifat kuantitatif. Tujuan utama dari kajian ilmu fisika adalah untuk menemukan hukum-hukum yang berkaitan dengan hukum-hukum dasar yang ada di alam.

Aristoteles (384 SM – 322 SM) yakin bahwa ada sebuah faktor yang menyebakan sebuah benda bergerak. Sebuah batu di lapangan akan selalu berada pada posisinya selama tidak ada orang yang memindahkan batu tersebut. Faktor tersebut disebut gaya, gaya lah memindahkan batu dari posisi A ke B begitu pun sebaliknya. Hanya saja Aristoteles masih kurang jelas menyebutkan benda yang diam. Menurutnya Batu yang diam di posisinya akibat dari tidak adanya gaya yang bekerja pada benda tersebut.

Newton merevisi pernyataan dari Aristoteles bahwa baik benda yang bergerak maupun benda yang diam maupun bergerak akan selalu ada gaya yang bekerja padanya, perbedaanya hanya terdapat pada resultan gaya yang bekerja pada benda tersebut. Hukum ini selanjutnya dikenal sebagai hukum Newton tentang gerak.

Hukum alam bukanlah satu-satunya produk dari fisika, beberapa konsep dan fenomena alam yang belum bisa dijelaskan dengan gamblang dan berlaku universal selanjutnya di bahas dalam kajian teori. Teori-teori sains menjadi penguhubung yang baik pada fenomena-fenomena alam yang belum bisa dijelaskan secara pasti sebab dan akibatnya.

Jika dalam kenyataannya terdapat sebuah perbedaan antara teori dan percobaan, maka teori baru harus segera diformulasikan untuk menghilangkan perbedaan tersebut. Teori-teori yang dikembangkan bahkan sudah banyak terbukti hanya terbatas pada beberapa kondisi saja, sebut saja teori yang ditemukan oleh Rutherford mengenai atom sangat terbatas dalam menjelaskan mengenai interaksi antara elektron dan inti atom kemudian kekurangan segera ditutupi oleh model atom Bohr yang berbicara tentang tingkat energi ikat dari suatu elektron.

Teori yang ditemukan diharapkan dapat bersifat umum sehingga ada banyak batasan yang dapat dihilangkan ketika teori tersebut digunakan untuk mengkaji fenomena fisika yang berlaku, sebut saja salah satu contoh yang paling signifikan dalam menunjukkan hukum umum tentang gerak adalah Newton. Hukum Newton mampu menjelaskan dengan lengkap mengenai seluruh gerak yang terjadi di seluruh permukaan bumi sampai gerakan-gerakan dari Planet-planet di sekitar tata Surya, hanya saja masih terbatas untuk menjelaskan gerak-gerak yang kecepatan mencapai kecepatan cahaya (c). Berbeda dengan Albert Einstein, sekitar 2 abad kemudian yang menemukan teori relativitas yang dapat menjelaskan gerak-gerak dengan kecepatan rendah hampir sama dengan hukum Newton dan juga mampu menjelaskan benda-benda yang bergerak dengan kecepatan kecepatan cahaya.

Kedua hal menunjukkan sebuah perbedaan mendasar antara pandangan yang selanjutnya dalam kajian dikenal sebagai Fisika Klasik dan Fisika Modern. Jika fisika Klasik menjelaskan dengan baik-baik seluruh fenomena fisika yang dilakukan dengan kecepatan rendah atau memandang gelombang paling jauh dalam bentuk eletrokmagnetik, Fisika Modern memandang kajian fisika jauh lebih holistik dengan banyak variabel yang disertakan di dalamnya seperti gerak dengan kecepatan cahaya dan sifat gelombang yang mampu menunjukkan tanda-tanda materi atau dualisme gelombang. Namun bukan berarti fisika klasik dan fisika modern merupakan dua hal yang saling bertentang dan orang-orang sebaiknya meninggalkan fisika Klasik.

A. Fisika Klasik

Fisika klasik sebenarnya istilah yang baru ditemukan oleh para fisikawan modern pada awal era tahun 1900-an. Mereka membagi dua fisika menjadi dua hal yakni seluruh penemuan yang dilakukan sebelum tahun 1900-an dikenal dengan nama fisika klasik. Cakupan dalam fisika klasik meliputi seluruh hukum, konsep, teori dan percobaan yang dilakukan pada bidang mekanika klasik, termodinamika, optik dan gelombang elektromagnetik.

Hasil hasil temuan di era klasik, sangat dipengaruhi oleh Newton yang berhasil menemukan  prinsip mekanika klasik yang secara sistematis mampu digunakan untuk menurunkan seluruh persamaan yang berkaitan dengan gerak baik materi maupun gelombang. Proses matematis Newton menjadi prinsip dasar penggunaan Calculus dalam bidang Fisika.

Hukum Hukum Newton kemudian berhasil menghasilkan seluruh analisis mengenai gerak yang ada bumi, getaran dan rambatan gelombang mekanik yang keluar dari sebuah pegas bahkan membantu Kepler untuk menjelaskan tingkah laku dari seluruh planet yang mengitari matahari. Kendati demikian Fisika Klasik belum mampu menemukan penemuan besar dalam bidang kajian termodinamika, listrik dan magnet karena keterbatasan teknologi untuk membantu proses eksperimen dilakukan.

B. Fisika Modern

Tanda-tanda kemunculan dari Fisika Modern mulai tampak pada akhir abad 19. Percobaan-percobaan fisika yang dikembangkan dari teori klasik justru menemukan sebuah fakta yang tidak mampu digunakan untuk menjelaskan teori tersebut. Sebut saja pengamatan mengenai paparan radiasi energi yang dilakukan oleh Rayleigh and Jeans yang menggunakan persamaan matematis untuk energi sebagai fungsi Frekuensi berpangkat empat.

Teori tersebut justru menghasilkan angka yang luar biasa besar ketika digunakan untuk menghitung energi radiasi dari sinar-sinar dengan panjang gelombang pendek, dan jika hasil perhitungan ini benar, maka seharusnya sebuah tidak akan mampu bertahan dengan ketika terpapar sinar ungu, fenomena ini selanjutnya di kenal dengan nama “Bencana Ultraviolet” hanya saja pada kenyataannya, kita mampu bertahan. Perbedaan ini selanjutnya membuat orang-orang kembali mengkaji pendapat Plank yang dianggap aneh pada saat itu.

Dalam kajian fisika modern, adalah dua hal yang paling berpengaruh merubah arah pengembangan teori-teori fisika yakni teori relativitas dan mekanika kuantum. Teori Relativitas yang dikembangkan oleh Einstein tidak hanya berhasil menjelaskan mengenai benda-benda yang bergerak mendekati kecepatan cahaya tapi juga berhasil memberikan gambaran baru mengenai konsep dari ruang, waktu dan energi. Einstein juga berhasil menjelaskan mengenai batasan alami mengenai benda bergerak adalah cahaya dengan konsekuensi perubahan massa dan energi untuk membuat fenomena tetap tidak melanggar hukum kekekalan energi. Teori berhasil menggusur prinsip Steady State dari ruang angkasa dan memberikan inspirasi Stephen Hawking untuk menjelaskan asal-usul dari seluruh yang ada di jagat raya.

Sumbangsih lain yang paling berpengaruh dalam dunia fisika modern adalah Mekanika Quantum. Mekanika Kuantum memberikan kajian mengenai seluruh proses mekanika yang terjadi pada benda-benda kecil dengan level atom, elektron dan partikel elementer yang tidak dapat dijelaskan oleh mekanika klasik. Seperti contoh sederhana model Atom Rutherford dengan dasar hukum Coulomb yang gagal menjelaskan mengenai interaksi antara elektron dan inti atom.

C. Fisika dan Cabang Ilmu Lain

Selain pengembangan yang dilakukan untuk menjelaskan seluruh fenomena yang terjadi di alam dan menemukan hukum-hukum dasar mengenai fisika, banyak hasil percobaan lain yang dilakukan untuk menemukan hal-hal baru yang berkaitan dengan cabang ilmu lain seperti kimia dan biologi. Perkembangan ilmu ini kemudian menghasilkan cabang dispilin baru seperti Teknik Fisika, Biofisika, Fisika Kimia, Bioteknologi dan bahkan banyak kajian yang berkaitan dengan teknology dan pada cabang ilmu kesehatan.

Beberapa penemuan luar biasa dalam bidang sains adalah:

  1. Micro Teknology yang memungkinkan computer dengan kecepatan tinggi dapat diciptakan
  2. Teknologi digital imaging yang dapat membantu penelitian dalam bidang kesehatan seperti pada CT Scan, micro fiber optik dan sejenisnya.
  3. Teknologi laser dalam bidang kesehatan yang memungkinkan proses operasi kecil yang tidak melibatkan materi dan logam sebagai pisau bedah.
  4. Pemanfaatan sistem gelombang elektromagnetik dan paket gelombang dalam dunia telekomunikasi dengan kecepatan tingkat tinggi dan privasi dalam berselancar.
  5. Pengembangan teknologi mesin yang lebih hemat, lebih kecil, ramah lingkungan dan portabel sampai pada teknologi mesin tanpa bahan bakar seperti pemanfaatan panel surya, dan lain-lain yang sangat sulit untuk disebutkan satu persatu.

Dampak dari penemuan yang dilakukan dalam bidang fisika ternyata mampu merubah tatanan kehidupan baik dalam pandangan sains dan juga sosial. Dimana teknologi hasil rekayasa hukum fisika mampu mendekatkan yang jauh, menyelamatkan lebih banyak nyawa dalam bidang kedokteran dan membuat pasien operasi kecil dapat segera berkumpul dengan keluarga dalam waktu yang lebih cepat dengan teknologi pisau bedah konvensional.

Referensi

Hawking, Sthepen. (2007). The Theory of Everything : The Origin and Fate of the Universe. Jaico Publishing House

Serway & Jewet. (2004) Physics For Science and Engineer. Pomona: Thompson Broke

Tinggalkan Balasan