Masyarakat primitif menganut pemikiran mitosentris yang mengandalkan mitos guna menjelaskan fenomena alam. Perubahan pola pikir dari mitosentris menjadi logo-sentris membuat manusia bisa membedakan kondisi riil dan ilusi, sehingga mampu ke-luar dari mitologi dan memperoleh dasar pengetahuan ilmiah. Ini adalah titik awal ma-nusia menggunakan rasio untuk meneliti serta mempertanyakan dirinya dan alam raya. 1. Filsafat kuno dan abad pertengahan Di masa ini, pertanyaan tentang asal usul alam mulai dijawab dengan pendekat-an rasional, tidak dengan mitos. Subjek (manusia) mulai mengambil jarak dari objek (alam) sehingga kerja logika (akal pikiran) mulai dominan. Sebelum era Socrates, kaji-an difokuskan pada alam yang berlandaskan spekulasi metafisik. Menurut Heraklitos (535-475 SM), realita di alam selalu berubah, tidak ada yang tetap (api sebagai simbol perubahan di alam) sementara Parmenides (515-440 SM) mengatakan bahwa realita di alam merupakan satu kesatuan yang tidak bergerak sehingga perubahan tidak mungkin terjadi. Pada era Socrates, kajian filosofis mulai menjurus pada manusia dan mulai ada pemikiran bahwa tidak ada kebenaran yang absolut. Beberapa filosof populernya adalah Socrates (479-399 SM), Plato (427-437 SM) dan Aristotles (384-322 SM). Socrates mendefinisikan, menganalisis dan mensintesa kebenaran objektif yang universal melalui metode dialog (dialektika). Satu pertanyaan dijawab dengan satu jawaban. Plato mengembangkan konsep dualisme (adanya bentuk dan persepsi). Ide yang ditangkap oleh pikiran (persepsi) lebih nyata dari objek material (bentuk) yang dilihat indra. Sifat persepsi tidak tetap dan bisa berubah, sementara bentuk adalah sesuatu yang tetap. Aris-totles menyatakan bahwa materi tidak mungkin tanpa bentuk karena ia ada (eksis). Fil-suf ini juga memperkenalkan silogisme, yaitu penggunaan logika berdasarkan analisis bahasa guna menarik kesimpulan. Silogisme memiliki dua premis mayor dan satu ke-simpulan sehingga, suatu pernyataan benar harus sesuai dengan minimal dua pernyataan pendukung. Logika ini disebut juga dengan logika deduktif yang mengukur valid tidak-nya sebuah pemikiran. Pada abad pertengahan (abad 12–13 SM) mulai dilakukan analisis rasional terha-dap sifat-sifat alam dan Allah, analisis suatu kejadian/materi, bentuk, ketidaknampakan, logika dan bahasa. Salah satu filsufnya adalah Thomas Aquinas (1225-1274). 2. Filsafat modern (abad 15 – sekarang) Berkembang beberapa paham yang menguatkan kedudukan humanisme sebagai dasar dalam perkembangan hidup manusia dan pengetahuan. Paham rasionalisme me-nyatakan bahwa akal merupakan alat terpenting untuk memperoleh dan menguji penge-tahuan.
Kedaulatan rasio diakui sepenuhnya dengan menyisihkan pengetahuan indra. Menurut Rene Descartes (paham rasionalisme dan skeptisme), pengetahuan yang benar harus berangkat dari kepastian. Untuk memastikan kebenaran sesuatu, segala sesuatu harus diragukan terlebih dahulu. Keragu-raguan membuat manusia bertanya/mencari ja-waban untuk memperoleh kebenaran yang pasti (manusia harus berpikir rasional untuk mencapai kebenaran). Pada paham empirisme, segala sesuatu yang ada dalam pikiran didahului oleh pengalaman indrawi. Pengetahuan dikembangkan dari pengalaman indra secara konkrit dan bukan dari rasio. Menurut John Locke (empirisme dan naturalisme), pikiran awal-nya kosong. Isi pikiran (ide) berasal dari pengalaman indrawi (lahiriah dan batiniah) ter-hadap substansi (benda) di alam. David Hume (skeptisme dan empirisme) mengatakan ide atau konsep didalam pikiran berasal dari persepsi (kesan terhadap pengalaman indra-wi) dan gagasan (konsep makna dari kesan) terhadap suatu substansi, bukan dari substansinya. Sementara menurut Francis Bacon, pengetahuan merupakan kekuatan un-tuk menguasai alam. Pengetahuan diperoleh dengan metode induksi melalui eksperi-men dan observasi terhadap suatu fenomena yang ingin dikaji. Paham lainnya adalah idealisme yang dianut Barkeley: ada disebabkan oleh adanya persepsi; dan paham idealisme – kritisisme yang dikembangkan Imanuel Kant. Menurut Kant, hakikat fisik adalah jiwa (spirit) dan pengetahuan adalah hasil pemikiran yang dihubungkan dengan pengalaman indrawi. Paham ini menggabungkan konsep rasionalisme dengan empiris-me. Paham positive-empiris (Aguste Comte) menyatakan bahwa realita berjalan sesuai dengan hukum alam sehingga pernyataan pengetahuan harus bisa diamati, diulang, diu-kur, diuji dan diramalkan. Sementara paham pragmatisme William James menyatakan kebenaran suatu pernyataan diukur dari kriteria apakah pernyataan tersebut bersifat fungsional (bermanfaat) dalam kehidupan praktis. Pernyataan dianggap benar jika kon-sekuensi dari pernyataan tersebut memiliki kegunaan praktis bagi manusia.
Sains telah membawa pengaruh yang dalam pada hampir semua aspek kehidupan umat manusia. Ia telah menjadi dasar bagai teknologi dan rekayasa kehidupan yang secara fundamental telah mengubah kondisi-kondisi kehidupan di muka bumi, baik kemaslahatan yang ditimbulkannya maupun kerusakan yang dihasilkannya. Saat ini, dapat dikatakan hampir tidak ada satupun industri yang tidak memanfaatkan hasil-hasil dari sains, dan pengaruhnya dalam struktur politik dunia dapat dilihat dari perlombaan persenjataan yang semakin canggih. Lebih jauh, pengaruh sains tersebut sudah bergerak jauh, melampaui batas teknologi dan secara dramatis telah meluas ke kancah pemikiran dan kebudayaan, dimana pengaruh tersebut menuntun manusia pada terjadinya revisi mendasar atas konsepsi manusia tentang alam semesta dan relasi manusia terhadapnya.
PERKEMBANGAN SAINS FISIK ABAD 20
I. Dari Gravitasi ke Relativitas Khusus
Sampai dengan 300 tahun yang lalu, wajah Bumi dan peradabannya masih sangat kusam, menyedihkan bahkan menyeramkan. Buta aksara, angka kematian bayi yang sangat tinggi, usia harapan hidup yang pendek adalah beberapa yang membayangi kehidupan manusia. Perbudakan, penjajahan, penganiayaan atas sesama demi kepuasan tontonan yang menjadi bagian hiburan terjadi di bagian dunia yang justru relatif lebih beradab. Yang memiliki martabat hanyalah segelintir orang yang berada dalam istana dan memegang kekuasaan.
Dalam keadaan seperti itulah, hidup Isaac Newton (1642-1727), meletakkan dasar-dasar penalaran ilmiah dari banyak disiplin ilmu, dan mempunyai andil yang sangat besar pada perkembangan ilmu serta pemikiran filsafat.
Teori Gravitasi Newton mempersatukan teori gerakan linear lurus yang dikemukakan Galileo dengan gerakan linear dalam garis tertutup yang diajukan oleh Keppler. Hukum-hukum Mekanika Newton memberi inspirasi pada pembuatan alat-alat bantu sederhana dalam kehidupan manusia. Apalagi prinsip-prinsip mekanik Newton dipacu secara spektakuler oleh temuan mesin Uap oleh James Watt tahun 1765. Dengan dua pilar itu dunia memasuki dunia industri.
Selama dua abad para ilmuwan bersepakat bahwa Newton telah membuat garis besar system of the world. Sampai akhir abad ke-19, para ilmuwan telah memiliki gambaran komprehensif tentang bagaimana kerja dunia. Sejumlah orang besar telah menyelesaikan problem besar. Tugas penerus hanyalah mengisi detil, untuk menambah angka desimal selanjutnya.
Seabad setelah Newton, matematikawan Perancis Lagrange (1736-1813) mengungkapkan pandangannya bahwa Newton adalah Jenius terbesar yang pernah ada, kita tak dapat menemukan lebih dari satu tatanan dunia yang mantap. Aleksander Pope secara khusus membuatkan sebait puisi untuknya Nature, natures laws lay in hid in the dark God said, let Newton be, and all was light. Karena merasa bisa menjelaskan segala sesuatu, fisika klasik tampaknya sudah tak punya prospek lagi. Tak ada lagi kejayaan disana.
Bahkan guru Max Planck (1858 1947) sempat berujar Fisika sudah tamat riwayatnya dan sudah menjadi jalan buntu. Itulah sebabnya ia menganjurkan Planck untuk mendalami musik dan menjadi pianis konser. Tetapi Planck tetap memilih fisika dan dengan teori kuantumnya serta teori relativitas Einstein, meluluh lantakkan pondasi sistem Newtonian.
Peralihan abad membawa krisis atau revolusi dalam fisika. Kedua teori itu telah menghadirkan paradigma baru. Menurut Thomas Khun, (Smolicz, 1984) pergeseran paradigma dibarengi oleh suatu revolusi pengetahuan.
Sedemikian luasnya revolusi tersebut sehingga tampak abadi tidak tergantikan, Sistem Newton tampak menjadi seperti ilusi. Albert Eisnten memperlihatkan bahwa massa dapat dikonversi menjadi energi. Sehingga untuk Newton baru ini, Sir John Squire tergoda untuk menambahkan bait baru untuk puisi di atas. Nature, natures laws lay in hid in the dark God said, Let Newton be, and all was light. It did not last: the Devil howling Ho Let Einstein be Restore the status quo. Mengingat perkembangan ilmu pengetahuan alam pada abad ini jauh lebih kompleks dan lebih pesat daripada perkembangan dalam abad XIX, maka artikel ini hanya membahas teori yang terkenal pada abad ini yaitu Teori Relativitas Einstein, Teori Kuantum Planck, Kelistrikan, dan Radioaktivitas Becquerel.
II. Teori Relativitas Einstein.
Cohen dalam Conny Semiawan (1988) berpendapat bahwa, baik untuk ilmuwan maupun non ilmuwan, relativitas melambangkan revolusi ilmu pada abad ke-20. Teori relativitas khusus yang dirilis Einstein tahun 1905 memperlihatkan bahwa hanya gerak relatif yang dapat diamati, bergantung dari gerakan pengamatnya. Teori ini berbicara tentang hukum fisika berlaku sama untuk semua pengamat selama mereka bergerak dengan kecepatan konstan pada arah yang tetap. Misalkan seseorang berdiri di peron stasiun kereta api dan melihat seseorang menggigit rotinya dua kali di dalam gerbong kereta yang berjalan. Bagi kita yang ada di peron, kita mengatakan ia menggigit di dua tempat berbeda. Namun bagi orang-orang yang ada dalam gerbong kereta, mereka mengatakan bahwa orang tersebut menggigit rotinya ditempat yang sama. Di sinilah relativitas bekerja.
Teori relativitas khusus tidak cocok dengan teori gravitasi Newton yang menyatakan bahwa benda-benda tertarik satu sama lain dengan gaya yang bergantung pada jarak benda-benda itu. Artinya jika kita menggerakkan salah satu benda, maka seketika itu pula gaya yang bekerja akan berubah. Hal ini berarti bahwa efek gravitasi bergerak dengan kecepatan tak hingga, tidak seperti yang diperkirakan oleh teori relativitas khusus (yang menyatakan tak ada sesuatu yang bergerak lebih pesat dari kecepatan cahaya.
Konsekuensi dari teori relativitas adalah ditinggalkannya ide-ide yang berkenaan dengan ruang dan waktu mutlak dan konsep eter yang menyerap ke semua tempat, yang waktu itu dianggap sebagai medium untuk perambatan cahaya dan semua bentuk radiasi elektromagnetik lainnya.
Sepuluh tahun kemudian (1915), Einstein melengkapinya dengan Teori Relativitas Umum. Teori ini pada dasarnya berbicara tentang ruang alam semesta yang melengkung. Dalam teorinya yang baru ini, Einstein mengatakan bahwa gravitasi bukanlah merupakan gaya seperti gaya-gaya yang lainnya, namun dia menggambarkan gravitasi sebagai konsekuensi ruang-waktu yang tidak datar. Distribusi massa dan energi membuat ruang-waktu terpilin atau melengkung. Benda-benda seperti bumi tidak bergerak dalam orbit melengkung karena gaya yang disebut gravitasi, namun benda-benda itu mengikuti suatu lintasan dalam ruang melengkung.
Meskipun kedua teori itu sama-sama revolusioner, perhatian dunia lebih tertuju pada relativitas khusus karena adanya verifikasi ramalan pada teori umum, yaitu bahwa cahaya bintang yang melintas dekat matahari dibengkokkan oleh gravitasi matahari. .
Pada mulanya tidak banyak ahli fisika yang dapat menerima teori relativitas khusus. Kesukarannya terutama bersifat konseptual meskipun juga terdapat rintangan eksperimental. Sedikit demi sedikit rintangan eksperimental dapat diatasi melalui Buchener dan Huppka. Sejak 1914-1916 terus menerus ditemukan berbagai bukti eksperimental yang mendukung teori relativitas.
Selain melalui eksperimen, teorinya sendiri mengalami rekonstruksi fundamental di tangan Hermann Minkowski yang mengajarkan matematika pada Einstein. Minkowski memperkenalkan konsep kesatuan ruang-waktu empat dimensi yang menggantikan konsep terpisah dari ruang tiga dimensi dan waktu yang satu dimensi. Ia juga membuktikan bahwa dari sudut pandang relativitas bahwa teori Gravitasi Newton yang tradisional tidak adekuat. Kontribusi Minkowski diakui oleh Einstein dengan mengatakan tanpa itu, teori relativitas umum barangkali tidak akan meninggalkan popoknya.
Max Born menjumpai bahwa Teori Einstein baru dan revolusioner. Einstein memiliki keberanian untuk menantang filsafat Newton yang sudah mapan. Mengenai konsep tradisional ruang dan waktu. Ia memang mengakui kekuatan revolusi intelektual Einstein dan revolusinya di atas kertas, tetapi itu belumlah suatu revolusi dalam ilmu. Ide-ide baru dan cara berpikir yang baru itu masih harus dipelajari, diterima, diterapkan dan dijadikan basis dari keyakinan ilmuwan umumnya.
Relativitas umum adalah revolusi Einstein yang kedua. Sebuah lompatan jauh ke depan yang meninggalkan banyak ahli fisika, justru pada waktu banyak dari mereka telah memihak kepada relativitas khusus. Sampai-sampai Max Planck yang merupakan pendukung relativitas khusus yang paling bersemangat, bertanya pada Eintein, Semuanya sudah hampir beres, mengapa anda mencari masalah lain?
Einstein melakukan ini karena ia mengetahui bahwa relativitas khusus tidak lengkap, bahwa relativitas khusus tidak membahas percepatan dan gravitasi. Ide utama yang menggerakannya adalah sebuah pikiran sederhana, Jika orang jatuh bebas, ia tidak akan merasakan beratnya sendiri.
Salah satu ciri intelektual teori relativitas umum yang spektakuler adalah reduksi kekuatan-kekuatan gravitasi Newton menjadi aspek-aspek lengkungan empat dimensi ruang dan waktu. Hal ini berarti bahwa relativitas umum menyiratkan terdapatnya kekeliruan atau kekurangan esensial selama itu.
Einstein mendapatkan hadiah Nobel tahun 1921 sebagai penghargaan atas kerja kerasnya dalam bidang Fisika.
III. Listrik dan Keradioaktifan
1. Tabung Sinar Katoda Penemuan Elektron.
Perkembangan teori tentang atom pada akhir abad ke-19 adalah mengenai struktur atom itu sendiri, yaitu tentang bagaimana atom itu dibangun. Teori tentang struktur atom ini dilandasi oleh penemuan elektron serta fakta adanya zat-zat yang memancarkan sinar radioaktif.
Tahun 1859 Julius Plucker menemukan adanya sinar katoda. Yang ia temukan ketika mengalirkan arus listrik melalui tabung yang berisi gas bertekanan rendah. Ternyata ia mengamati ada sinar yang memancar dari katoda. Hittorf (1869) menemukan bahwa sinar itu dapat dibelokkan oleh medan magnet. William Crookes (1879) juga menemukan hal yang sama ketika melakukan percobaan dengan Tabung Crookes-nya. Berdasarkan penelitiannya ia menyatakan bahwa sinar katoda itu berupa partikel-partikel yang bermuatan negatif dan berkecapatan tinggi. Pendapat ini baru dapat diterima setelah ditemukannya sinar X oleh Wilhelm Rontgen.
Rontgen melakukan eksperimen dengan tabung Crookes dengan tekanan udara yang dikurangi sampai sepersejuta tekanan udara normal. Ternyata secara terduga ia mengamati bahwa kristal barium platino sianida bersinar terang. Demikian pula ternyata pelat fotografi yang tersimpan didekatnya seperti terkena cahaya. Rontgen berusaha mencari sumber cahaya yang menyebabkan dua peristiwa tadi. Ternyata cahaya tersebut datang dari tabung Crookes. Atas dasar temuannya ia mengemukakan pendapatnya bahwa sinar katoda yang terjadi dalam yang terjadi dalam tabung Crookes itu telah mengenai anoda yang terbuat dari logam dan mengakibatkan terjadinya sinar yang memancar keluar dari tabung itu. Sinar itu dinamai sinar X.
Dengan ditemukannya sinar X (1895), J.J. Thomson yang juga melakukan eksperimen dengan tabung Crookes, mengemukakan bahwa sinar katoda itu terdiri atas partikel-partikel yang amat kecil dan bermuatan listrik negarif (1897). Ia melakukan pengukuran terhadap partikel itu yang dikatakannya sebagai bagian dari semua jenis atom. Ia menyebut partikel itu sebagai corpuscles. Pengukurannya menunjukkan bahwa rasion massa dengan muatan pada partikel tersebut adalah seperseribu dari rasio massa dengan muatan ion hidrogen. Istilah Elekton untuk partikel sinar katoda diperkenalkan oleh George Johnstone Stoney. Sedangkan muatan elektron ditentukan oleh Milikan dengan percobaan tetes minyak.
2. Radioaktivitas.
Becquerel, yang berpikir bahwa sinar x harus mempunyai sesuatu dengan kilauan yang tampak dalam tabung Crookes, berusaha mencari bahan lainnya, seperti mineral dan garam, misalnya uranium, akan menunjukkan sifat-sifat yang sama. Atas petunjuk dari Henri Poincare yang menyebabkan Becquerel menegaskan bahwa terdapat hubungan antara sinar x dan fosforesensi. Ayahnya mempunyai koleksi bahan fosforesensi. Becquerel dapat dengan mudah mengambil seng sulfida seperti juga mengambil uranium nitrat. Untuk menguji gagasannya, ia membungkus pelat fotografi dengan kertas hitam agar tidak terkena sinar matahari, kemudian ia menempatkan sebuah kristal yang berfosforensensi di atas pelat tadi dan meletakkannya diluar agar terkena sinar matahari. Apabila kristal yang berfosforesensi itu memancarkan sinar yang dapat menembus kertas pembungkus dan mengenai pelat fotografi. Setelah diproses, akan terbentuk bayangan kristal. Apabila ini terjadi Becquerel dapat menyimpulkan hipotesisnya bahwa material itu memancarkan sinar X ketika berfosforesensi terbukti benar.
Ternyata keadaan diluar berawan, sinar matahari hanya sedikit. Ia menyimpan kembali kristal dan pelat fotografinya dalam laci. Kemudian ia mempersiapkan perlengkapan untuk eksperimen berikutnya. Namun ketika ia memproses pelat fotografi yang lama dan yang baru. Ternyata ia mendapatkan gambaran bayangan kristal yang berintensitas tinggi. Hal ini menunjukkan bahwa dalam keadaan gelam kristal dapat memancarkan sinar yang menembus kertas pembungkus. Dengan demikian jelaslah bahwa pancaran tersebut tidak ada hubungannya dengan sifat fosforesensi yang menjadi hiposesisnya semula. Penelitian selanjutnya menunjukkan bahwa pancaran tersebut berasal dari uranium. Becquerel menemukan adanya sifat radioaktif pada uranium ini pada tahun 1896 dan 1903 ia memperoleh hadiah Nobel bersama Piere dan Marie Curie atas hasil penelitiannya mengenai sifat radioaktif dalam uranium.
3. Transmutasi radioaktif
Rutherford mempelajari sifat-sifat radioaktif, dan memperlihatkan bahwa salah satunya, sinar alfa, adalah sesuatu yang baru dalam sains. Sinar itu terdiri atas partikel material yang ditembakkan dengan kecepatan yang inconceivable. Di melihat bahwa atom radium melepaskan atom helium, unsur langka yang revealed matahari elalui karakter cahaya yang diemisikan, dan meninggalkan atom lainnya atom radium. Dengan kombinasi antara teknik fisika dan kimia, Rutherford dan Sody meneruskan penelitiannyanya, dan tahun 1899 1907 ditemukan seluruh keluarga transmutasi natural, dari uranium, thorium dan aktinium. Setiap unsur radioaktif mengeluarkan sinar alfa, beta dan gamma dan berubah menjadi unsur lainnya, semuanya berakhir pada unsur yang stabil, timbal. Dalam penelitian tentang proses ini menjadi nyata bahwa unsur unsur itu ternyata tidak stabil dan homogen, setiap unsur dapat mengandung sejumlah yang mirip secara kimia tetapi terbelah secara fisika dengan cara yang berbeda-beda. Inilah yang disebut dengan isotop.
IV. Teori Kuantum
Sejak masa sebelum masehi, manusia diusik oleh pertanyaan, dari bahan apa dan bagaimana dunia ini tersusun. Demokritos mengemukakan bahwa unsur-unsur tadi dapat dipecah-pecah hingga bagian terkecil yang tak mampu dipecah lagi. Demokritos menamai bagian terkecil ini dengan atom(os). Sampai abad ke-19 pengetahuan tentang atom ini tidak mengalami perkembangan sama sekali. Baru setelah ditemukan elektron oleh Thomson pada tahun 1897, dimulai usaha untuk memikirkan susunan materi terkecil ini.
Model atom roti-kismis dari Thomson mengawali suatu teori atom yang kemudian disempurnakan oleh Rutherford, karena model Thomson tidak mampu menjelaskan fenomena hamburan sinar alfa oleh lempeng emas. Model tata-surya atom Rutherford ternyata tidak dapat menjelaskan kestabilan lintasan elektron pada orbitnya yang bertentangan dengan prinsip elektrodinamika.
Menurut Ernest Rutherford, atom terdiri atas elektron-elektron yang mengitari inti bermuatan positif seperti tata surya. Di sisi lain teori elektrodinamika klasik menyebutkan bahwa elektron yang mengitari inti akan memancarkan energinya secara kontinyu dan akan bergerak spiral menuju inti. Namun hidrogen diketahui dalam keadaan stabil. Penyimpangan ini merupakan kegagalan kuantitatif terburuk dalam sejarah fisika.
Tahun 1900 Max Planck menulis makalah mengenai persamaan spektrum radiasi benda hitam, suatu fenomena yang menurut perhitungan ilmuwan fisika klasik dinamai bencana ultra violet yang akan membutakan mata yang melihat elemen tersebut. Namun prediksi klasik atas spektrum radiasi tersebut terbukti tidak benar sebab kenyataannya tidak demikian. Perumusannya mengandung asumsi yang aneh, yaitu energi yang terpancar hanya dapat berada dalam bongkahan dan bernilai tertentu. Disebut aneh karena dalam teori elektrodinamika klasik, cahaya bisa mempunyai spektrum (energi) kontinu, yakni frekuensi atau energi berapa saja. Asumsi Planck yang aneh ini kemudian terbukti berhasil. Einstein pada tahun 1905 menggunakan ide itu untuk menjelaskan efek fotolistrik.
Menurut asumsi Einstein, cahaya terdiri atas unit-unit atau kuanta yang terpisah-pisah, artinya cahaya (dan semua bentuk radiasi elektromagnetik) mempunyai struktrur korpuskular. Kuanta bukan merupakan akibat proses interaksi antara cahaya dan materi. Pada efek fotolistrik, tubrukan antara cahaya dan permukaan logam menyebabkan satu elektron dipancarkan (emitted) atau dilontarkan (rejected). Eksperimen memperlihatkan bahwa supaya satu elektron dipancarkan, suatu frekuensi minmal tertentu dibutuhkan cahaya yang menubruk itu, yang ternyata adalah ambang frekuensi yang karekteristik untuk logam tersebut.
Tahun 1913 Niels Bohr yang datang ke Inggris untuk berkerja dengan Rutherford untuk memperbaiki model Rutherford dengan mengemukakan postulatnya tentang lintasan stasioner dari elektron dan bahkan sekaligus menjelaskan fenomena radiasi dalam berbagai deret spektrum atom hidrogen. Postulat Bohr ini berkoinsiden dengan prinsip pencatuan energi dari Max Planck yang sukses digunakan untuk menjelaskan spektrum radiasi termal dan sekaligus mengawali sebuah era yang sama sekali baru, yaitu era teori kuantum.
Tahun 1923 Louis de Broglie di dalam disertasinya mengajukan hipotesis : Elektron dan partikel lainnya berperilaku seperti gelombang berdiri. Gelombang tersebut seperti getara tali gitar, dapat terjadi hanya dengan frekuensi tertentu. Ide yang tampak tak wajar ini tak segera diterima oleh para pengujinya, baru setelah Einstein memberikan opini yang mendukung akhirnya tesis tersebut diterima.
Berdasarkan tesis de Broglie, tahun 1925 Erwin Schrodinger merumuskan persamaan gelombang bagi gejala kuantum di atas. Persamaan (mekanika gelmbang) tersebut menjadi kunci utama fisika modern. Perumusan ekivalen dalam bentuk (mekanika) matriks diperoleh oleh Werner Heisenberg dalam waktu yang hampir bersamaan. Dua teori yang tampak berbeda ini sesungguhnya memberikan hasil yang sama. Dengan landasan matematis yang kokoh ini teori kuantum membuat kemajuan yang mencengangkan.
Tahun 1926 Max Born menafsirkan fungsi gelombang dalam suku probabilitas. Ketika seseorang melakukan pengukuran lokasi elektron, probabilitas mendapatkannya di setiap posisi bergantung pada fungsi gelombang di sana. Interpretasi ini mengusulkan bahwa keacakan merupakan karakteristik atau sifat fundamental alam.
Tahun 1927 Heisenberg merumuskan keacakan ini secara matematis dan dikenal dengan prinsip ketidakpastian. Prinsip ini mengatakan bahwa kuantitas fisis akan muncul berpasangan, misalnya momentum-posisi, dan tidak dapat diketahui secara tepat dalam waktu bersamaan.
Einstein yang saat itu sedang berada di puncak kejayaannya sangat tidak senang dengan keacakan tersebut dan menentang teori ini sampai akhir hayatnya. Einstein mengejek Heisenberg dengan mengatakan,” I like to believe that the moon is still there even we dont look at it.” Einstein juga berargumen bahwa Tuhan tidak sedang bermain dadu (God doesnt play dice) ketika mengatur alam semesta ini.
Di tengah perdebatan mengenai kuantum dan interpretasinya, Paul Dirac mengemukakan kuantum relativistik untuk elektron. Teori kuantum relativistik merupakan perkawinan dua konsep fisika non klasik, relativitas khusus dan kuantum. Teori ini memprediksi partikel baru kembaran elektron yang disebut positron. Teori ini terbukti benar ketika Carl Anderson menemukan partikel tersebut pada tahun 1932 ketika mengukur sinar kosmik di dalam kamar kabut di Caltech.
Dirac menunjukkan bahwa bila elektron bertumbukkan dengan prositron, keduanya akan saling meniadakan sambil membebaskan energi menurut persamaan Einstein yang terkenal, E = m.c2.
Peranan Planck sebagai inagurator jenis ilmu fisika yang sama sekali baru, diakui oleh Einstein yang mencalonkannya sebagai penerima Hadiah Nobel atas jasanya meletakkan dasar teori kuantum.
Ketika menerima Hadiah Nobel, Planck mengatakan, Ada dua kemungkinan, kuantum adalah suatu besaran fiktif dan seluruh deduksi hukum radiasi hanyalah suatu ilusi atau deduksi hukum itu berdasarkan suatu ide fisika sejati. Kemudian Planck menjelaskan bahwa bila yang terakhir benar, maka kuantum akan memainkan peranan fundamental dalam fisika.
Tentang Max Planck, Max Born menyatakan bahwa ia tidak mempunyai keraguan bahwa Teori Kuantum Planck adalah peristiwa yang sebanding dengn revolusi ilmiah yang dicetuskan Galileo dan Newton, serta Maxwell, Kejadian ketika Planck mengemukakan konsepnya yang revolusioner mengenai energi atom atau kuanta menurut Born begitu menentukan untuk perkembangan sains, sehingga dianggap sebagai titik pemisah antara ilmu fisika klasik dengan ilmu fisika modern/kuantum.
V. Theory of Everything
Einstein pernah berusaha untuk memadukan gaya-gaya alam yang telah dikenal di awal abad ke-20, yaitu elektromagnetik dan gravitasi. Namun sayang sekali ambisi ini tidak kesampaian sampai akhir hayatnya.
Pekerjaan yang telah dimulai Einstein ini tidak berlalu bergitu saja. Namun banyak yang sudah dikerjakan penerusnya. Mereka berusaha untuk dapat memadukan semua teori agung fisika diantaranya teori relativitas dan mekanika kuantum menjadi hanya sebuah teori saja. Ini adalah sebuah superteori yang disebut Theory of Everything (teori tentang segala sesuatu).
Jauh sebelumnya, orang pada zaman Newton juga telah menggunakan konsep Theory of Everything. Ketika Newton mencetuskan teorinya (teori gravitasi dan 3 hukum mekanika) pada abad ke-17, orang mengira bahwa semua gerak benda yang ada di alam dapat dijelaskan dengan hukum Newton. Walaupun hukum Newton sukses dalam menjelaskan gerak planet, tetapi ia tak mampu menjelaskan interaksi yang terdapat dalam atom. Selain itu bagaimana ruang dan waktu terbentuk tak dapat dijelaskan dalam kerangka teori itu. Dari sini orang berpendapat bahwa teori Newton tidak lengkap untuk mempresentasikan Theory of Everything.
Ketika partikel seperti elektron, proton, neutron dan neutrino ditemuka, mimpi orang tentang Theory of Everything buyar. Neutron yang tidak bermuatan listrik, ternyata dapat berinteraksi dengan proton, sehingga ada interaksi lain selain interaksi elektromagnetik. Interaksi ini dikenal kemudian sebagai interaksi kuat. Kemudian orang juga menemukan jenis interaksi lain yang disebut interaksi lemah. Sehingga interaksi yang diketahui ada 4, yaitu interaksi lemah, kuat, elektromagnetik dan gravitasi.
Dari cerita itu, masalah Theory of Everything beralih pada mencari teori perpaduan keempat interaksi di atas. Sampai saat ini, para ilmuwan telah berhasil menggabungkan interaksi lemah dan elektromagentik. Partikel perantara (W dan Z) sebagai mediator dalam teori perpaduan ini sudah dideteksi dengan menggunakan akselerator partikel di Eropa. Teori Medan Gabungan (Grand Unified Theory) berusaha untuk memadukan interaksi lemah, kuat dan elektromagnetik. Pembuktian teori medan gabungan ini antara lain berasal dari peluruhan proton. Sampai saat ini belum ada konfirmasi akhir tentang adanya peluruhan proton secara spontan.
Untuk memadukan keempat interaksi di atas, yang diyakini terjadi pada awal pembentukan jagat raya, para ilmuwan mengusulkan teori superstring. Superstring adalah teori tentang semesta dimana penyusun dasar materi dan energi bukanlah titik melainkan tali-tali super kecil (string). Tali-tali itu sedemikian reniknya sehingga bila 1033 tali dijajarkan, panjangnya hanya satu sentimeter saja. Teori ini mengambarkan semesta sepuluh dimensi dengan sembilan dimensi ruang dan satu dimensi waktu.
Teori superstring hanya akan merupakan keindahan matematis jika tak ada cara untuk mereduksi semesta sepuluh dimensi menjadi dunia nyata empat dimensi yang kita tinggali ini. Secara teoritis teori superstring dapat dijadikan kandidat sebagai Theory of Everything, walaupun begitu, secara eksperimental masih jauh dari dari kenyataan. Ada yang berpendapat bahwa : kemajuan memang terus berjalan, namun superstring ini hanyalah sebuah langkah dari langkah-langkah teramat panjang nan melelahkan untuk sampai pada sebuah super teori.
Tetapi fisika tidak akan berakhir dengan dirumuskannya Theory of Everything ini, karena Theory of Everything hanyalah sebuah teori yang berisi penjelasan dan bukan penjelasan itu sendiri. Mungkin sesuai dengan ucapan Stephen Hawking yang berbunyi, « Tuhan tidak hanya senang bermain dadu, tetapi Dia juga senang bersembunyi. »
Gynuk Davina 