Sejarah fisika
sepanjang yang telah diketahui telah dimulai pada tahun sekitar 2400 SM, ketika
kebudayaan Harapan menggunakan suatu
benda untuk memperkirakan dan menghitung sudut bintang di angkasa. Sejak saat
itu fisika terus berkembang sampai
sekarang. Perkembangan ini tidak hanya membawa perubahan di dalam bidang dunia
benda, matematika dan filosofi, namun
juga melalui teknologi, membawa perubahan ke dunia sosial masyarakat. Revolusi ilmu yang
berlangsung terjadi pada sekitar tahun 1600 dapat dikatakan menjadi batas
antara pemikiran purba dan lahirnya
fisika klasik. Dan akhirnya berlanjut ke tahun 1900 yang menandakan mulai
berlangsungnya era baru era fisika modern.Perkembangan fisika dapat
dikelompokkan dalam 4 periode :
Dimulai dari zaman prasejarah sampai tahun 1550 an.
Pada periode pertama ini dikumpulkan berbagai fakta fisis yang dipakai untuk
membuat perumusan empirik. Dalam periode pertama ini belum ada penelitian yang
sistematis. Beberapa penemuan pada periode ini diantaranya :
2400000 SM - 599 SM
Di bidang astronomi sudah dihasilkan Kalender Mesir
dengan 1 tahun = 365 hari, prediksi gerhana, jam matahari, dan katalog bintang.
Dalam teknologi sudah ada peleburan berbagai logam, pembuatan roda, teknologi
bangunan (piramid), standar berat, pengukuran, koin (mata uang).
600 SM – 530 M
Perkembangan ilmu dan teknologi sangat terkait
dengan perkembangan matematika. Dalam bidang Astronomi sudah ada pengamatan
tentang gerak benda langit (termasuk
bumi), jarak dan ukuran benda langit. Dalam bidang sains fisika, sudah ada
hipotesis Democritus bahwa materi terdiri dari atomatom. Archimedes memulai
tradisi “Fisika Matematika” untuk menjelaskan tentang katrol, hukum-hukum
hidrostatika dan lain-lain. tradisi Fisika Matematika berlanjut sampai
sekarang.
530 M – 1450 M
Kontribusi
Islam dalam Fisika
Saat itu kebudayaan
didominasi oleh Kekaisaran Roma, ilmu medik dan fisika berkembang sangat pesat
yang dipimpin oleh ilmuwan dan filsuf dari Yunani. Runtuhnya Kekaisaran Roma
berakibat pada mundurnya perkembangan ilmu pengetahuan di dataran Eropa
dan berkembang pesat sains di Timur
Tengah. Banyak ilmuwan dari Yunani yang
mencari dukungan dan bantuan di timur tengah ini. Akhirnya ilmuwan muslim pun berhasil
mengembangkan ilmu astronomi dan matematika, yang akhirnya menemukan bidang
ilmu pengetahuan baru yaitu kimia. Dalam
bidang Astronomi ada “Almagest” karya Ptolomeous yang menjadi teks standar untuk
astronomi, teknik observasi berkembang, trigonometri sebagai bagian dari kerja
astronomi berkembang. Setelah bangsa Arab menaklukkan Persia,ilmu pengetahuan
berkembang dengan cepat di Persia dan ilmuwan terus bermunculan yang akhirnya
dengan giatnya memindahkan ilmu yang telah ada dari kebudayaan Yunani ke timur
tengah yang saat itu sedang mundur dari Eropa yang mulai memasuki abad
kegelapan.
Dalam Sains Fisik,
Aristoteles berpendapat bahwa gerak bisa terjadi jika ada yang nendorong secara
terus menerus kemagnetan berkembang, eksperimen optika berkembang, ilmu Kimia
berkembang (Alchemy).
Tokoh yang berkontribusi dalam fisika pada masa
keemasan Islam :
1. Jabir
Ibnu Hayyan
Orang-orang Eropa menamakannya
Gebert, ia hidup antara tahun 721-815 M. Dia adalah seorang tokoh Islam yang
mempelajari dan mengembangkan dunia Islam yang pertama. Ilmu tersebut kemudian berkembang
dan kita mengenal sebagai ilmu kimia. Bidang keahliannya adalah bidang Logika, Filosofi, Kedokteran, Fisika,
Mekanika, dan sebagainya.
2. Abu
Yusuf Yacub Ibnu Ishak Al-Kindi
Dalam dunia barat dia dikenal
dengan nama Al-Kindus. Memang sudah menjadi semacam adat kebiasaan orang barat
pada masa lalu dengan melatinkan nama-nama orang terkemuka, sehingga
kadang-kadang orang tidak mengetahui apakah orang tersebut muslim atau bukan.
Al-Kindi adalah seorang filosof muslim dan ilmuwan sedang bidang disiplin ilmunya
adalah Filosofi, Matematika, Logika, Musik, Ilmu Kedokteran.
3. Muhammad
Ibnu Musa Al-Khawarizmi
Orang Eropa menyebutnya dengan
Algorisma. Nama itu kemudian dipakai orang-orang barat dalam arti kata
Aritmatika atau ilmu hitung.Karena dia adalah seorang muslim yang pertama-tama
dan ternama dalam ilmu Matematika, ilmu hitung. Bukunya yang terkenal berjudul Al-jabar
Wal Muqobalah, kemudian buku tersebut disalin oleh orangorang barat dan sampai
sekarang ilmu itu kita kenal dengan nama
Aljabar.
4. Muhammad Ibnu Zakaria Al-Razi
Hidup antara tahun 865-925 dan
namanya dilatinkan menjadi Razes. Seorang dokter klinis yang terbesar pada masa
itu dan pernah mengadakan satu penelitian Al-Kimi atau sekarang lebih terkenal
disebut ilmu Kimia. Dalam penelitiannya waktu itu Muhammad Ibnu Zakaria Al-Razi
sudah menggunakan peralatan khusus dan secara sistematis hasil karyanya
dibukukan, sehingga orang sekarang tidak sulit mempelajarinya. Disamping itu
Al-Razi telah mengerjakan pula proses kimiawi seperti Destilasi, Kalsinasi dan
sebagainya dan bukunya tersebut merupakan suatu buku pegangan laboratorium
kimia yang pertama di dunia.
5. Abu
Nasir Al-Farabi
Orang barat menyebutnya dengan ALFARABIUS.
Ia hidup tahun 870-900 M dan merupakan tokoh Islam yang pertama dalam bidang
Logika. Al Farabi juga mengembangkan dan mempelajari ilmu Fisika, Matematika,
Etika, Filosofi, Politik, dan sebagainya.
6. Abu
Ali Al-Husein Ibnu Sina
Abu Ali Al-Husein Ibnu Sina atau
dikenal dengan nama Avicena, yang hidup antara tahun 980-1037 M. Seorang
ilmuwan muslim dan Filosof besar pada waktu itu, hingga kepadanya diberikan
julukan Syeh Al-Rais. Keistimewaannya antara lain pada masa umur 10 tahun sudah
hafal AlQur`an, kemudian pada usia 18 tahun sudah mampu menguasai semua ilmu
yang ada pada waktu itu, bidang keahliannya adalah ilmu Kedokteran, ilmu
Fisika, Geologi, Mineralogi.
1450 M- 1550
Ada publikasi teori heliosentris
dari Copernicus yang menjadi titik penting dalam revolusi saintifik. Sudah ada
arah penelitian yang sistematis.
2.
Periode Kedua
Dimulai dari tahun
1550an sampai tahun 1800an. Pada awal abad 17, Galileo membuka penggunaan
eksperimen untuk memastikan kebenaran teori fisika, yang merupakan kunci dari
metode sains. Galileo memformulasikan dan berhasil mengetes beberapa hasil dari
dinamika mekanik, terutama Hukum Inert.
Pada 1687, Isaac Newton
menerbitkan Filosofi Natural Prinsip Matematika,
memberikan penjelasan yang jelas dan teori fisika yang sukses yaitu Hukum gerak
Newton, yang merupakan sumber dari mekanika klasik dan Hukum Gravitasi Newton,
yang menjelaskan gaya dasar gravitasi. Kedua teori ini cocok dalam eksperimen. Dalam
Mekanika selain Hukum-hukum Newton dihasilkan pula Persamaan Bernoulli,
Teori Kinetik Gas, Vibrasi Transversal
dari Batang, Kekekalan Momentum Sudut, Persamaan Lagrange.Dalam Fisika Panas
ada penemuan termometer, azas Black, dan Kalorimeter. Pada 1733, Daniel Bernoulli menggunakan
argumen statistika dalam mekanika klasik untuk menurunkan hasil termodinamika,
memulai bidang mekanika statistik. Pada
1798, Benjamin Thompson mempertunjukkan konversi kerja mekanika ke dalam panas.
Dalam Gelombang Cahaya ada penemuan aberasi dan pengukuran kelajuan cahaya.Dalam
Kelistrikan ada klasifikasi konduktor dan nonkonduktor, penemuanelektroskop,
pengembangan teori arus listrik yang serupa dengan teori penjalaran panas dan
Hukum Coulomb.
3.
Periode Ketiga
Fisika
Klasik
Dimulai dari tahun 1800an sampai 1890an. Pada
periode ini diformulasikan konsep-konsep
fisika yang mendasar yang sekarang kita kenal dengan sebutan Fisika Klasik. Dalam periode ini
Fisika berkembang dengan pesat terutama dalam
mendapatkan formulasi-formulasi umum dalam Mekanika, Fisika
Panas,Listrik-Magnet dan Gelombang, yang masih terpakai sampai saat ini. Dalam Mekanika diformulasikan
Persamaan Hamiltonian (yang kemudian dipakai
dalam Fisika Kuantum), Persamaan gerak benda tegar, teori
elastisitas,hidrodinamika.Dalam Fisika Panas diformulasikan Hukum-hukum
termodinamika, teori kinetik gas,
penjalaran panas dan lain-lain. Pada 1847 James Joule menyatakan hukum konservasi energi, dalam bentuk
panas dan juga dalam energi mekanika. Dalam
Listrik-Magnet diformulasikan Hukum Ohm, Hukum Faraday, Teori Maxwell dan lain-lain. Sifat listrik
dan magnetisme dipelajari oleh Michael Faraday,
George Ohm, dan lainnya. Pada 1855,
James Clerk Maxwell menyatukan kedua
fenomena menjadi satu teori elektromagnetisme, dijelaskan oleh persamaan Maxwell. Perkiraan dari teori ini adalah cahaya
adalah gelombang
elektromagnetik.Dalam Gelombang diformulasikan teori gelombang cahaya, prinsip interferensi, difraksi dan lain-lain.
4. Periode Keempat
Fisika
Modern
Dimulai dari tahun 1890an sampai sekarang. Pada
akhir abad ke 19 ditemukan beberapa fenomena yang tidak bisa dijelaskan melalui
fisika klasik.Hal ini menuntut pengembangan konsep fisika yang lebih mendasar
lagi yang sekarang disebut Fisika
Modern. Dalam periode ini dikembangkan teori-teori yang lebih umum yang dapat mencakup masalah yang berkaitan dengan kecepatan yang sangat tinggi
(relativitas) atau dan yang berkaitan
dengan partikel yang sangat kecil
(teori kuantum). Teori Relativitas yang dipelopori oleh Einstein menghasilkan beberapa hal diantaranya adalah
kesetaraan massa dan energi E=mc2
yang dipakai sebagai salah satu prinsip dasar dalam transformasi partikel. Teori Kuantum, yang diawali oleh karya
Planck dan Bohr dan kemudian
dikembangkan oleh Schrodinger, Pauli, Heisenberg dan lain-lain, melahirkan teori-teori tentang atom,
inti, partikel sub atomik, molekul, zat padat
yang sangat besar perannya dalam pengembangan ilmu dan teknologi. Percobaan Michelson-Morley, salah satu
percobaan paling penting dan mahsyur
dalam sejarah fisika, dilakukan pada tahun 1887 oleh Albert Michelson dan Edward Morley di tempat yang sekarang menjadi kampus
Case Western Reserve University.
Percobaan ini dianggap sebagai petunjuk pertama terkuat untuk menyangkal keberadaan eter sebagai medium gelombang
cahaya. Percobaan ini juga telah
disebut sebagai titik tolak untuk aspek teoritis revolusi ilmiah kedua. Albert Michelson dianugerahi hadiah Nobel fisika
tahun 1907 terutama untuk
melaksanakan percobaan ini. Dalam
percobaan ini Michelson dan Morley
berusaha mengukur kecepatan planet Bumi terhadap eter, yang pada waktu itu dianggap sebagai medium perambatan gelombang
cahaya. Analisis terhadap hasil
percobaan menunjukkan kegagalan pengamatan
pergerakan bumi terhadap eter. Ekperimen Michelson-Morley yang sangat peka
tidak mendapatkan gerak bumi terhadap eter. Ini berarti tidak mungkin ada
eterdan tidak ada pengertian gerak absolut. Setiap gerak adalah relatif
terhadap kerangka acuan khusus yang
bukan merupakan kerangka acuan universal.Dalam eksperimen yang pada hakikatnya
membandingkan kelajuan cahaya sejajar
dengan dan tegak lurus pada gerak bumi mengelilingi matahari, juga eksperimen ini memperlihatkan bahwa
kelajuan cahaya sama bagi setiap pengamat,
suatu hal yang tidak benar bagi gelombang memerlukan medium material untuk merambat. Eksperimen ini telah meletakkan dasar
bagi teori relativitas khusus
Einstein yang dikemukakan pada tahun 1905, suatu teori yang sukar diterima pada waktu itu, bahkan Michelson sendiri kurang bisa menerimanya.Percobaan Millikan atau dikenal pula sebagai Percobaan
oil-drop (1909) saat itu dirancang
untuk mengukur muatan listrik elektron. Rober Millikan melakukan percobaan tersebut dengan menyimbangkan gaya-gaya antara
gaya gravitasi dan gaya listrik pada
suatu tetes kecil minyak yang berada di antara dua buah pelat elektroda. Dengan mengetahui besarnya medan
listrik, muatan pada tetes minyak
yang dijatuhkan (droplet) dapat ditentukan. Dengan mengulangi eksperimen ini sampai beberapa kali, ia menemukan bahwa
nilainilai yang terukur selalu kelipatan dari suatu bilangan yang sama. Ia lalu menginterpretasikan bahwa bilangan ini
adalah muatan dari 1 elektron = 1.602× 10−19 coulomb (satuan SI untuk muatan
listrik). Tahun 1923, Millikan mendapat
sebagian hadiah Nobel bidang fisika akibat percobaannya ini. Istilah fisika modern diperkenalkan
karena banyaknya fenomena-fenomena mikroskopis
dan hukum-hukum baru yang ditemukan sejak tahun 1890.Meskipun mekanika klasik
hampir cocok dengan teori klasik lainnya seperti elektrodinamika dan termodinamika klasik, ada beberapa
ketidaksamaan ditemukan di akhir
abad 19 yang hanya bisa diselesaikan dengan fisika modern. Khususnya
elektrodinamika klasik tanpa relativitas memperkirakan bahwa kecepatan cahaya
adalah relatif konstan dengan Luminiferous aether, perkiraan yang sulit
diselesaikan dengan mekanik klasik dan yang menuju kepada pengembangan
relativitas khusus. Ketika digabungkan dengan termodinamika klasik, mekanika
klasik menuju ke paradoks Gibbs yang menjelaskan entropi bukan kuantitas yang
jelas dan ke penghancuran ultraviolet yang memperkirakan benda hitam mengeluarkan
energi yang sangat besar. Usaha untuk menyelesaikan permasalahan ini menuju ke
pengembangan mekanika kuantum. Pada tahun 1900, Max Planck memperkenalkan ide
bahwa energi dapat dibagi-bagi menjadi beberapa paket atau kuanta. Ide ini
secara khusus digunakan untuk menjelaskan sebaran intensitas radiasi yang
dipancarkan oleh benda hitam.Pada tahun 1905, Albert Einstein menjelaskan efek
fotoelektrik dengan menyimpulkan bahwa energi cahaya datang dalam bentuk kuanta
yang disebut foton. Pada tahun 1913, Niels Bohr menjelaskan garis spektrum dari
atom hidrogen, lagi dengan menggunakan kuantisasi. Pada tahun 1924, Louis de
Broglie memberikan teorinya tentang gelombang benda. Teori-teori tersebut
meskipun sukses, tetapi sangat tidak ada penjelasan jelas untuk kuantisasi.
Mereka dikenal sebagai teori kuantum lama.
Frase "Fisika kuantum" pertama kali
digunakan oleh Johnston dalam tulisannya Planck's Universe in Light of Modern
Physics (Alam Planck dalam cahaya Fisika Modern). Mekanika kuantum modern lahir
pada tahun 1925, ketika Werner Karl Heisenberg mengembangkan mekanika matriks
dan Erwin Schrodinger menemukan mekanika gelombang dan persamaan Schrodinger. Schrodinger
beberapa kali menunjukkan bahwa kedua pendekatan tersebut sama. Heisenberg
merumuskan prinsip ketidakpastiannya pada tahun 1927, dan interpretasi
Kopenhagen terbentuk dalam waktu yang hampir bersamaan. Pada 1927, Paul Dirac
menggabungkan mekanika kuantum dengan relativitas khusus. Dia juga membuka
penggunaan teori operator, termasuk notasi bracket yang berpengaruh. Pada tahun
1932, Neumann Janos merumuskan dasar matematika yang kuat untuk mekanika
kuantum sebagai teori operator. Pada
1927, percobaan untuk menggunakan mekanika kuantum ke dalam bidang di luar
partikel satuan yang menghasilkan teori medan kuantum. Teori Kromodinamika
kuantum diformulasikan pada awal 1960-an. Teori yang kita kenal sekarang ini
diformulasikan oleh Polizter, Gross and Wilzcek pada tahun 1975.Mekanika
kuantum sangat berguna untuk menjelaskan apa yang terjadi di level mikroskopik,
misalnya elektron di dalam atom. Atom biasanya digambarkan sebagai sebuah
sistem di mana elektron (yang bermuatan listrik negatif) beredar seputar
nukleus (yang bermuatan listrik positif). Menurut mekanika kuantum, ketika
sebuah elektron berpindah dari energi level yang lebih tinggi (misalnya n=2) ke
energi level yang lebih rendah (misalnya n=1), energi berupa sebuah cahaya
partikel, foton, dilepaskanE = hv di mana E adalah energi (J), h adalah tetapan
Planck, h = 6,63 x 10-34 (Js), v adalah
frekuensi dari cahaya (Hz). Dalam
spektrometer massa, telah dibuktikan bahwa garis-garis spektrum dari atom yang
di ionisasi tidak kontinu hanya pada frekuensi atau panjang gelombang tertentu garis-garis
spektrum dapat dilihat.
0 komentar:
Posting Komentar