FISIKA DALAM PERSPEKTIF:
SUATU TINJAUAN PERKEMBANGAN DAN PERAN MASYARAKAT
Yaziz Hasan
0. PENDAHULUAN
Tulisan ini dimaksudkan sebagai suatu tinjauan terhadap perkembangan
fisika baik menurut landasan filosofisnya maupun menurut suasana lingkungan yang
melingkupinya, serta desakan-desakan yang menyertai kehadirannya, dan
dampak-dampak yang telah diberikannya bagi perkembangan dan kemajuan teknologi,
baik yang tradisional ataupun yang paling modern, yang mana
perkembangan-perkembangan tersebut telah menghadirkan pencapaian luar biasa
dalam peradaban manusia. Namun tak kurang menariknya adalah bagaimana
individu-individu yang berperan di dalamnya mendemonstrasikan
kesungguh-sungguhannya dan dedikasi mereka yang luar biasa. Dengan memahami
semangat mereka yang tak pernah kenal menyerah diharapkan akan lahir suatu
semangat yang lebih segar bagi generasi-generasi yang mewarisi sains temuan
mereka dan dengan bekal semangat yang demikian itu, maka diharapkan adanya
kesiapan mental yang cukup untuk menghadapi tantangan-tantangan masa depan yang
makin kompleks dan dapat diatasi dengan pilihan yang tepat. Juga dengan menelaah
masalah-masalah pelik yang akhirnya dapat teratasi tersebut akan menumbuhkan
rasa kepercayaan diri yang tinggi, yang sekaligus akan mendobrak dan menjebol
hambatan-hambatan mental yang boleh jadi telah hadir terlalu cepat mengurungi
jiwa-jiwa muda.
Disadari tulisan ini tersusun secara agak tidak sistematik sehingga
mungkin terasa adanya kekurang-selarasan dan berkesan sepertinya terjadi adanya
beberapa pengulangan. Meskipun terjadi adanya pengulangan itu tapi tidaklah
terlalu buruk untuk diikuti, karena justeru dengan demikian akan semakin
mempertegas tekanannya. Memahami seringkali merupakan proses yang berulang-ulang.
Pembicaraan fisika yang cukup menarik adalah tinjauan aspek-aspek filosofis yang
mendasarinya, yang melatar-belakangi usaha-usaha keras dalam beberapa kadar
terhadap pengembangannya. Maka, dalam tulisan ini akan diketengahkan secara
secukupnya beberapa sisi perkembangan fisika baik aliran filosofisnya,
pengaruhnya terhadap perkembangan teknologi, dan harapan yang dibebankan
kepadanya. Pembicaraan ini akan diawali dengan apa fisika itu dan bagaimana dia
hadir sebagai hasil kreativitas jiwa.
Fisika ialah ilmu yang paling mendasar dari semua cabang sains. Dia
berurusan dengan perilaku dan struktur materi. Dengan kata lain, fisika adalah
ilmu tentang perubahan di alam. Cabang‑cabang utama fisika adalah mekanika,
optika, kelistrikan, kemagnetan, akustik, panas, dan fisika atom.
Cabang‑cabang ini dirangkai oleh konsep‑konsep seperti energi,
massa, gaya, percepatan dan muatan. Cabang‑cabang ilmu pengetahuan lain
yang melibatkan aplikasi‑aplikasi fisika dan telah berkontribusi terhadap
perkembangannya adalah astronomi, geofisika, kimia fisika, biofisika,
aerodinamika, hidrodinamika, fisika
plasma, dan fisika zat padat. Fisika modern juga berpijak secara kuat pada
matematika untuk mengembangkan teori‑teorinya dan pada ilmu rekayasa untuk
mendesain dan mengkonstruksi peralatan‑peralatan eksperimentalnya.Lapangan
kajian fisika biasanya dibagi ke dalam bidang-bidang yang meliputi gerak, fluida,
panas, bunyi, cahaya, kelistrikan dan kemagnetan, dan topik-topik modern yang
meliputi teori relativitas, struktur atom, fisika zat mampat, fisika nuklir,
partikel elementer dan astrofisika.
1. SAINS DAN KREATIVITAS
Tinjauan utama semua cabang sains, termasuk fisika, umumnya dipandang
sebagai tatanan dari penampakan-penampakan
yang kompleks yang dapat dideteksi oleh indera-indera kita yaitu,
suatu tatanan dari apa yang sering kita nyatakan sebagai �dunia di sekitar
kita�. Banyak orang menganggap sains sebagai suatu proses mekanis dari
pengumpulan fakta-fakta dan penurunan teori-teori. Bukan ini masalahnya. Sains
merupakan suatu kegiatan kreatif yang dalam banyak segi mirip dengan
kegiatan-kegiatan kreatif lain dari jiwa manusia.
Mari kita mengambil beberapa contoh guna melihat mengapa hal ini benar.
Salah satu aspek terpenting sains adalah pengamatan-pengamatan
terhadap peristiwa-peristiwa. Meskipun begitu, pengamatan memerlukan suatu
imajinasi, karena para ilmuwan tidak akan pernah dapat memasukkan segala-galanya
dalam suatu deskripsi tentang apa yang mereka amati. Dengan demikian, para
ilmuwan harus membuat penilaian-penilaian tentang mana yang relevan dalam
pengamatan-pengamatan mereka. Sebagai contoh, mari kita melihat bagaimana dua
jiwa-jiwa besar, Aristoteles (384-322 SM) dan Galileo (1564-1642), menafsirkan
gerak sepanjang suatu permukaan bidang horizontal. Aristoteles melihat bahwa
benda-benda yang diberi dorongan awal di atas tanah (atau di atas sebuah meja)
selalu melambat dan kemudian berhenti. Sebagai akibatnya, Aristoteles
mempercayai bahwa keadaan alamiah sebuah benda adalah (selalu) menjadi diam.
Galileo, dalam tinjauan ulangnya tentang gerak horizontal pada awal 1600-an,
lebih memilih mempelajari kasus gerak ideal yang bebas hambatan. Galileo
membayangkan bahwa jika gesekan dapat dihilangkan, sebuah benda yang diberi
suatu dorongan awal sepanjang suatu permukaan horizontal akan terus-menerus
bergerak secara tak hingga tanpa henti. Dia menyimpulkan bahwa untuk sebuah
benda agar berada dalam keadaan gerak adalah sama alamiahnya dengan hal agar
benda berada dalam keadaan diam. Dengan menemukan suatu pendekatan baru, Galileo
segera membangun pandangan modern kita tentang gerak, dan dia mengerjakan itu
dengan suatu lompatan imajinasi.
Teori-teori tidak pernah diturunkan secara langsung dari pengamatan mereka
diciptakan untuk menerangkan
pengamatan. Mereka merupakan inspirasi yang hadir dalam jiwa-jiwa umat manusia.
Misalnya, gagasan bahwa materi tersusun dari atom-atom (teori atom) dengan pasti
tidak hadir pada seseorang karena orang itu menyaksikan atom-atom. Tapi agaknya,
karena suatu gagasan yang berasal dari jiwa-jiwa kreatif. Teori relativitas,
teori elektromagnetik tentang cahaya, dan hukum Newton tentang gravitasi
universal merupakan hal lain dari hasil imajinasi manusia.
Teori-teori besar sains mungkin dapat dibandingkan, sebagai pencapaian
kreatif, dengan karya-karya besar dalam seni dan sastera. Namun bagaimana sains
bisa berbeda dari kegiatan-kegiatan kreatif lain ini? Satu perbedaan penting
bahwa sains memerlukan pengujian terhadap gagasan-gagasan atau teori-teorinya untuk melihat
jika ramalan-ramalannya didukung oleh eksperimen. Memang sesungguhnya, pengujian
secara seksama merupakan bagian krusial dalam fisika.
Meskipun pengujian teori dapat dipandang sebagai segi untuk membedakan
sains dengan bidang-bidang kreatif lain, namun tidak harus segera menganggap
bahwa sebuah teori telah �terbukti� dengan pengujian. Pertama, karena tidak
ada instrumen pengukur yang sempurna, sehingga suatu konfirmasi pasti tidaklah
mungkin. Selanjutnya, adalah tidak mungkin untuk menguji sebuah teori dalam
setiap lingkungan yang mungkin tunggal. Jadi sebuah teori tidak akan pernah
terbukti secara mutlak. Bahkan kenyataannya, teori-teori itu sendiri umumnya
tidak lengkap sebuah teori jarang bersesuaian dengan percobaan secara eksak,
di dalam kesalahan percobaan, dalam setiap kasus tunggal untuk mana dia diuji.
Memang, sejarah sains menyatakan kepada kita bahwa teori-teori yang berlangsung
lama telah digantikan oleh teori-teori yang baru. Proses sebuah teori
menggantikan yang lain merupakan suatu subyek penting dalam filosofi sains.
Sebuah teori yang baru akan diterima oleh para ilmuwan dalam beberapa hal
karena ramalan-ramalannya yang secara kuantitatif bersesuaian jauh lebih baik
dengan percobaan ketimbang teori-teori yang lebih tua. Meskipun demikian dalam
banyak kasus, sebuah teori baru diterima hanya jika dia menerangkan tentang
suatu fenomena yang lebih besar dari pada yang lebih lama. Teori Copernicus
tentang Matahari sebagai pusat alam semesta, misalnya, tidak lebih akurat dari
pada teori Ptolemaus dengan Bumi sebagai pusat dalam meramalkan gerak
benda-benda langit. Meskipun demikian teori Copernicus memiliki
konsekuensi-konsekuensi yang tidak dimiliki oleh teori Ptolemaus: misalnya, dia
meramalkan adanya fase-fase menyerupai Bulan dalam penampakan Venus. Suatu teori
yang lebih sederhana (atau tidak lebih komplek) dan lebih kaya, yang dapat
menyatakan dan menjelaskan suatu varitas (keanekaragaman) fenomena yang lebih
besar, adanya lebih berguna dan lebih cantik dalam pandangan seorang ilmuwan,
dan aspek ini, juga persesuaian kuantitatifnya, memainkan suatu peran utama
dalam penerimaan sebuah teori.
Sebuah aspek penting dari suatu teori ialah bagaimana dia mampu secara
kuantitatif meramalkan fenomena, dan dari titik pandang ini sebuah teori baru
sering mungkin terlihat hanya sebagai suatu kemajuan tak berarti dari teori yang
lama. Misalnya, teori relativitas Einstein hanya memberikan ramalan-ramalan yang
berbeda sangat sedikit dengan teori-teori Galileo dan Newton yang relatif lebih
tua terhadap hampir semua situasi sehari-hari. Ramalan-ramalannya terutama hanya
baik dalam kasus-kasus ekstrim untuk kecepatan sangat tinggi yang mendekati
kecepatan cahaya. Dalam hubungan ini, teori relativitas dapat dipandang
semata-mata sebagai �penghalus� teori yang lama. Meskipun begitu ramalan
kuantitatif tidak hanya merupakan hasil terpenting dari sebuah teori. Pandangan
kita tentang dunia juga terpengaruh. Sebagai akibat teori relativitas Einstein,
misalnya, konsep-konsep kita tentang ruang dan waktu telah benar-benar berubah,
dan kita telah melihat massa dan energi sebagai suatu entitas (besaran) tunggal
(melalui persamaan E = m c2 yang terkenal). Memang, pandangan dunia
kita telah mengalami suatu perubahan mendasar ketika teori relativitas segera
diterima.
2.
TINJAUAN
PERKEMBANGAN FISIKA
2.1. Landasan Filosofis Fisika
Gagasan‑gagasan yang digunakan dalam teori‑teori fundamental
proses‑proses fisis dapat dikelompokkan ke dalam tiga kategori berhubungan
dengan tiga cara berbeda dalam memandang alam, yaitu Atomisme, Platonisme, dan
Aristotelianisme. Meskipun diusulkan lebih dari 2000 tahun lalu, namun
masing‑masing pandangan tentang alam dunia ini telah memainkan suatu
peranan penting dalam sejarah fisika dan masih bertahan pada beberapa tingkat
pikiran dalam fisika modern.
Atomisme. Menurut filosof‑filosof Yunani kuno Democritus (460-370 SM),
Epicurus (341-270 SM), dan Lercipus, alam dunia ini tak terdiri dari sesuatu
apapun kecuali dari suatu materi yang luar biasa kecil, yang disebut atom, yang
bergerak ke semua arah menembus ruang hampa. Sifat‑sifat benda‑benda
fisis seperti warna dan bau dijelaskan dengan menyatakannya ke dalam berbagai
ukuran dan bentuk terhadap atom‑atom dari mana ia tersusun. Misalnya,
atom‑atom bulat licin yang bergesekan
dengan mudah satu sama lain akan membentuk suatu zat cair, sementara
atom‑atom dengan tangkai-tangkai akan membentuk benda padat tegar. Cahaya
adalah tersusun dari atom‑atom yang terpancar dari permukaan
benda‑benda yang bersinar, mempertahankan bentuknya ketika atom‑atom
bergerak menembus ruang ke mata kita. Semua perubahan adalah diatributkan kepada
gerak atom‑atom, tapi tiap‑tiap atom mempertahankan ukuran dan
bentuk yang sama selama‑lamanya. Secara ringkas kebanyakan (manyness)
atom‑atom, perilaku mekanistiknya, dan statusnya sebagai entitas
independen pada fondasi alam merupakan karateristik pandangan dunia atomistik.
Platonisme.
Filosof Yunani Plato (428-348 SM) mengajarkan bahwa dunia yang diterima atau
yang dicerap oleh indra adalah hanya suatu aproksimasi kasar dari suatu dunia
bentuk‑bentuk ideal. Tugas ilmuwan adalah menggunakan inteleknya dalam
menembus di balik penampakan‑penampakan untuk
menemukan bentuk‑bentuk ini. Misalnya,
astronom harus mencoba menggambarkan gerak‑gerak teramati dari
bintang‑bintang, planet‑planet, matahari dan bulan dengan kombinasi
gerak melingkar seragam karena bentuk ideal untuk gerak mereka adalah lingkaran.
Dalam Platonisme, semua perubahan adalah diatributkan kepada gerak siklik atau
permutasi bentuk‑bentuk ideal.
Bentuk‑bentuk Plato kadang matematis. Pandangan ekstrim bahwa dunia
adalah dikendalikan atau diatur oleh bentuk‑bentuk matematis adalah
dikaitkan pada pandangan matematikawan Yunani abad ke‑6 SM Pythagoras dan
pengikut‑pengikutnya. Orang‑orang penganut Pythagoras atau
Pythagorean menemukan bahwa dawai‑dawai yang bergetar menghasilkan bunyi
harmonis bila dibagi dalam panjang‑panjang yang memiliki rasio dari
bilang‑bilangan bulat kecil, seperti 1:2 dan 1:3. Mereka
menggeneralisasikan dari fakta ini terhadap anggapan bahwa keseluruhan alam
semesta adalah terisi dengan harmoni‑harmoni langit (selestial) yang
didasarkan pada bilangan‑bilangan bulat.
Secara
ringkas, gagasan kunci dalam Platonisme adalah kepermanenan bentuk‑bentuk
abstrak di balik perubahan skenario dunia sehari hari. Bentuk‑bentuk ini
meliputi bentuk‑bentuk geometri juga ungkapan‑ungkapan numeris
seperti rasio‑rasio dan persamaan‑persamaan.
Aristotelianisme.
Aristoteles (384-322SM), murid Plato di Athena dan kelak memimpin sekolahnya
sendiri di sana, menjelaskan alam sebagai sebuah organik lengkap yang seluruhnya
dikendalikan oleh gaya dan tujuan. Menolak atomisme dan khususnya gagasan ruang
kosong, dia menganggap bahwa semua materi adalah tersusun dari empat unsur,
yaitu tanah, air, udara, dan api, yang bercampur dalam berbagai proporsi.
Perubahan terjadi bila suatu sifat yang secara potensial hadir dalam suatu
substans menjadi benar‑benar hadir. Misalnya sebuah batu di puncak tembok
akan memiliki potensial jatuh kebawah atau menjadi bagian sebuah bangunan.
Aristoteles
mempostulatkan suatu unsur kelima, ether, di langit. Ether tidak mengalami
karakteristik perubahan dari empat unsur‑unsur bumi atau terestrial. Jadi
benda‑benda langit, yang tersusun dari ether, hanya dapat menampilkan
gerak melingkar eternal.
Filsafat Aristoteles pada mulanya menuntut suatu pendekatan konkrit
terhadap sains. Bertentangan dengan para atomis dan platonis yang biasanya
beranjak dengan mempostulatkan atom‑atom yang tak terlihat atau
bentuk‑bentuk matematis dan mendeduksikan bagaimana dunia harus
berperilaku, maka Aristoteles mencoba memulai dengan fakta‑fakta yang
teramati. Dia mengemukakan ke depan prinsip‑prinsip fisika yang diterima
selama berabad‑abad, dan dia menghadirkan suatu pandangan tentang alam
yang berkunci pada konsep organik lengkap.
2.2.
Pemantapan Fisika
Mekanika.
Rekaman pertama teori dinamika adalah dikemukakan oleh Aritoteles. Dia membangun
bidang dinamika, cabang mekanika yang berurusan dengan hubungan timbal balik
antara gerak dan gaya.
Aristoteles
membedakan dua jenis gerak alamiah
dan paksa (violent). Tiap unsur memiliki "tempat alamiah" di alam
semesta bumi di pusatnya dan
dikelilingi oleh air, kemudian udara dan kemudian api. Dengan cara serupa, tiap
unsur memiliki suatu gerak alamiah untuk bergerak kearah tempat alamiahnya jika
ia tidak ada di sana. Umumnya, bumi dan air memiliki sifat berat, yaitu
cenderung bergerak ke bawah, sementara udara dan api memiliki sifat levitasi,
yaitu cenderung bergerak ke atas. Gerak alamiah ether adalah melingkar, dan
ether selalu dalam tempat alamiahnya. Gerak paksa disebabkan oleh gaya luar yang
dikenakan dan boleh ke sembarang arah. Gerak tersebut akan berhenti segera
setelah gaya dihilangkan.
Menurut
fisika Aristotelian kecepatan v
sebuah benda bertambah dengan bertambahnya gaya F yang bekerja padanya dan
berkurang ketika resistansi R terhadap geraknya bertambah. Dalam bentuk
persamaan modern, pernyataan ini adalah v
= kF/R, di mana k adalah
konstanta. Salah satu cacat hukum dinamika Aristoteles adalah bahwa kecepatan
sebuah benda akan menjadi tak hingga jika tak ada resistansi terhadap geraknya.
Adalah sukar sekali bagi para Aristotelian untuk membayangkan gerak tanpa
resistansi. Memang, kenyataan bahwa gerak seperti itu akan menjadi cepat secara
tak terhingga adalah dilihat
sebagai suatu alasan mengapa tak ada satupun seperti ruang kosong.
Teori
Aristoteles bahwa gerak paksa membutuhkan suatu gaya yang bekerja secara
kontinyu tampak disangkal dengan memandang gerak proyektil. Sebuah anak panah
ditembakkan dari sebuah busur akan tetap bergerak untuk beberapa jarak meskipun
jelas‑jelas tidak selamanya didorong. Aristoteles menyatakan bahwa busur
entah bagaimana memberi suatu "daya gerak" kepada udara, yang kemudian
mempertahankan anak panah tetap bergerak. Penjelasan ini sangat tidak
meyakinkan, dan masalah gerak peluru terus berlanjut hinga membuat kesal para
Aristotelian selama berabad‑abad.
Disamping
dinamika, cabang lain mekanika adalah statika. Ia merupakan studi
benda‑benda diam karena kombinasi berbagai gaya. Perintis bidang ini
adalah Archimedes (287-212 SM) ilmuwan Yunani abad ke‑3 SM. Kalkulasinya
tentang pusat gaya berat berbagai bentuk‑bentuk geometri adalah salah satu
aplikasi matematika pertama yang berhasil terhadap fisika. Archimedes adalah
juga pendiri ilmu hidrostatika, yaitu studi tentang keseimbangan fluida dan
gaya‑gaya yang mereka kenakan pada benda‑benda tegar.
Optika. Optika adalah
cabang utama fisika berikutnya yang dikaji. Euclid (300 SM), matematikawan
Yunani termasyur yang bekerja di Alexandria sekitar 300 SM, mengawali ilmu
optika geometri mempostulatkan bahwa cahaya bergerak dalam bentuk berkas
sinar‑sinar garis‑garis
lurus yang tak memiliki ketebalan. Tapi dia membuat suatu asumsi aneh bahwa
sinar‑sinar adalah dipancarkan oleh mata ketimbang benda yang terlihat.
Pembicaraan
paling lengkap tentang optika di zaman antikuitas adalah dikumpulkan pada abad
ke‑2 M oleh Ptolemaus dari
Alexandria, seorang astronom yang sangat dikenal dengan teori geosentriknya
tentang gerak planet. Seperti Euclid, dia berpendapat bahwa mata melihat
benda‑benda dengan mengirimkan sinar‑sinar ke mereka. Bukunya
tentang optika membahas refleksi berkas sinar‑sinar oleh cermin berbagai
bentuk dan membicarakan geometri lintasan‑lintasan dari sinar‑sinar
yang terefleksi dan terbiaskan.
Pemeliharaan Sains. Setelah
Ptolemaus ada penurunan secara umum dalam gelora sains di Barat selama
berabad‑abad. Banyak tulisan‑tulisan Yunani hilang, dan sekarang
diketahui hanya dari referensi‑referesi dalam beberapa buku yang selamat.
Namun untunglah jiwa keilmuan tetap hidup di negeri‑negeri Islam di mana
kaum akademisi di sana menerjemahkan dan menafsirkan pekerjaan-pekerjaan utama
dari sains filsafaf Yunani. Kelak ketika diterjemahkan dari bahasa Arab ke
bahasa Latin, hanya inilah yang menstimulasi kebangkitan kembali aktivitas
intelektual di Eropa.
2.3. Kebangkitan Fisika
Kebangkitan
sains di Eropa bermula pada abad ke‑13 dengan diperkenalkannya
karya‑karya besar dari Plato, Aristoteles, dan penulis‑ penulis
Yunani lainnya yang telah terselamatkan oleh Islam. Setelah beberapa
perselisihan di antara kaum akademisi dan kaum teologi atau kaum agamawan,
filsafat Aristotelian kemudian diterima dan diintegrasikan kedalam
doktrin‑doktrin Kristen, meskipun kecaman atau kupasan terhadap
aspek‑aspek teknis tidak mengecilkan hati. Misalnya ada usulan untuk
mengganti hukum dinamika Aristoteles, v = kF/R, dengan
hukum‑hukum lain yang tampak lebih beralasan. Akan tetapi, pengujian
eksperimental terhadap hukum‑hukum tersebut adalah jarang jika sekiranya
diusahakan.
Pembicaraan
ekstensif tentang gerak dan gaya dalam akhir Abad Pertengahan mempersiapkan cara
untuk Galileo dan Newton pada abad ke‑17 dengan memperbaiki dan
mengembalikan pendekatan matematika ke dalam fisika. Ini dapat dianggap sebagai
suatu pergeseran dari Aristotelian ke pandangan dunia Platonisme.
Para ahli
sejarah tidak sepakat tentang jelasnya transisi dari abad pertengahan ke
pemikiran Renaisans dalam abad ke‑16, namun tampak jelas bahwa
kemajuan‑kemajuan dalam sains antara 1500 dan 1700 begitu cepat
membuktikan penggunaan istilah "Revolusi Ilmiah" atas periode ini.
Peristiwa‑peristiwa
utama yang mempengaruhi perkembangan fisika adalah: (1) usulan suatu sistem
heliosentrik dalam astronomi oleh Copernicus; (2) penemuan
instrumen‑instrumen seperti barometer dan pompa udara, yang mendorong
minat dalam eksperimentasi dan membuat mungkin untuk mencapai akurasi yang lebih
besar; (3) melemahnya kontrol agama (gereja) terhadap pembicaraan ilmiah, dan
pengenalan konsep "alam semesta yang bekerja sendirinya" di mana Tuhan
‑ pencipta alam semesta ‑ tak memainkan peranan pada operasinya
sekarang; (4) penyebar-luasan barang cetakan, yang menyediakan komunikasi cepat
terhadap gagasan‑gagasan baru di seluruh masyarakat ilmiah internasional;
dan (5) formasi masyarakat ilmiah yang mendapatkan dukungan publik dan pengakuan
bagi sains, proyek‑proyek riset kerja sama yang teroganisir, dan
penerbitan jurnal‑jurnal.
Zaman Galileo.
Karier Galileo Galilei berlari menembus pusat periode yang menggairahkan ini.
Lahir di Pisa pada 1564, putra seorang musisi, Galileo dikenal dengan eksperimen
benda jatuh bebasnya yang dianggap dilakukannya di Menara Miring Pisa. Apakah
benar atau tidak Galileo benar‑benar melakukan eksperimen tersebut, namun
dia dengan pasti telah melandaskan dirinya pada logika ketimbang observasi
semata dalam tulisan‑tulisannya untuk membuktikan bahwa sebuah benda berat
dan benda ringan haruslah jatuh pada laju yang sama. Jika benar bahwa
benda‑benda berat jatuh lebih cepat, seperti yang diakui oleh Aristoteles,
maka apa yang akan terjadi jika seseorang mengikat secara bersamaan dua benda
berat dan benda ringan? Pada satu sisi benda ringan akan menghambat benda berat
dan benda berat akan mempercepat benda ringan, dan karena itu kombinasi tersebut
akan bergerak pada suatu laju pertengahan. Di lain pihak benda‑benda yang
dipadu bahkan akan membetuk benda yang lebih berat, yang karena itu harus
bergerak lebih cepat ketimbang yang pertama atau salah satunya!
Satu‑satunya cara untuk menghilangkan kontradisi adalah menolak bahwa
benda‑benda berat jatuh lebih berat dan malahan menyimpulkan bahwa semua
benda‑benda akan jatuh pada laju yang sama, dengan mengabaikan hambatan
udara. Pembuktian Galileo tersebut merupakan suatu contoh luar biasa dari
pendekatan Platonisme terhadap fisika.
Galileo
juga terlibat dalam debat tentang apakah bumi atau matahari yang merupakan pusat
tetap alam semesta. Salah satu keberatan yang paling meyakinkan terhadap sistem
heliosentrik Copernicus adalah bahwa jika bumi benar‑benar bergerak, orang
akan melihatnya atau merasakannya. Misalnya sebuah batu dijatuhkan dari menara
tinggi tidak akan mendarat lurus tepat ke dasarnya karena bumi akan bergerak
sementara batu sedang jatuh. Galileo menjawab keberatan ini dengan beragumentasi
bahwa batu akan menerima gerak horisontal dari menara (dan bumi) ketika ia
dilepaskan dan akan mempertahankan gerak ini ketika ia jatuh bebas. Sehingga ia akan mendarat persis
pada kaki menara apakah bumi sedang bergerak atau tidak.
Argumen ini
adalah salah satu pernyataan definitif pertama dari hukum inersia, yang juga
dikenal sebagai hukum pertama Newton tentang gerak: bahwa sebuah benda akan
terus dalam keadaan diam atau dalam keadaan bergerak pada kecepatan tetap dalam
arah yang sama kecuali bila dikenakan terhadapnya suatu gaya luar. Analisis
Galileo mencapai resolusi akhir dari masalah gerak peluru. Dia juga
memperlihatkan bagaimana komponen‑komponen horisontal dan vertikal dari
gerak peluru bergabung menghasilkan lintasan parabolik.
Buku
Galileo, Two New Sciences (1638),
melengkapi rusaknya fisika Aristotelian dan memantapkan teori matematis tentang
gerak dipercepat yang diperlukan dalam menghitung orbit‑orbit planet dalam
sistem heliosentrik. Dalam karya ini, Galileo menganggap bahwa sebuah benda yang
menggelinding ke bawah pada suatu bidang miring adalah dipercepat seragam;
yaitu, kecepatannya bertambah dengan besar yang sama dalam tiap interval kecil
waktu. Dia kemudian menunjukkan bahwa asumsi ini dapat diuji dengan mengukur
jarak yang dilalui ketimbang dengan mencoba mengukur kecepatan secara langsung.
Percobaan bidang miring Galileo menjadi demonstrasi standar di ruang kelas dari
sifat‑sifat gerak dipercepat seragam.
Galileo
abstain dari pembicaraan gaya yang menyebabkan percepatan ketika sebuah benda
jatuh bebas ke bumi. Akan tetapi, ilmuwan‑ilmuwan lain memunculkan isu
kunci ini apakah mungkin bagi
satu benda untuk beraksi pada yang lainnya pada suatu jarak?
Descartes dan Huygens. Filosof Perancis abad ke‑17 Rene
Descartes (1596 - 1661) mengkristalisasi ketidak-sukaan umum atas asumsi
"aksi pada suatu jarak" ketika mengusulkan suatu pandangan dunia baru
yang menggabungkan kelebihan‑kelebihan baik Atomisme maupun
Aristotelianisme, menurut teori Cartesian, semua ruang adalah terisi dengan
partikel‑partikel berbagai ukuran yang bergerak. Benda‑benda dapat
beraksi terhadap satu sama lain hanya dengan kontak atau oleh pengaruh tak
langsung yang dijalankan melalui partikel‑partikel di antara mereka.
Meskipun Descartes menerima prinsip Galileo bahwa benda‑benda cenderung
untuk bergerak dalam garis lurus, dia beranggapan bahwa tidak pernah ada
sembarang ruang kosong ke dalam mana sebuah benda dapat bergerak.
Konsekuensinya, satu‑satunya gerak yang mungkin adalah rotasi dari suatu
komplotan partikel‑partikel , sebuah vorteks.
Descartes
menyukai suatu alam dengan suatu mekanisme mesin jam yang besar sekali, yaitu
alam yang mekanistik, yang diciptakan oleh Tuhan dengan suatu pasokan materi dan
gerak yang tetap. Agar bahwa mesin dunia tidak "berhenti akhirnya",
dia berasumsi bahwa kapanpun dua partikel bertumbukan, daya dorong atau momentum
total mereka harus tetap tak berubah. Descartes mendefinisikan momentum sebagai
perkalian massa dan kecepatan, mv.
Ini tidak sepunuhnya benar kecuali "kecepatan" diperlakukan sebagai
sebuah vektor suatu besaran
yang memiliki arah tertentu di dalam ruang
sehingga kecepatan‑kecepatan yang sama dalam arah belawanan akan
saling menghilangkan.
Teori
tumbukan benda‑benda
diselesaikan pada basis ini oleh fisikawan Belanda Christiaan Huygens (1629-
1695) pada 1660‑an. Di samping memantapkan hukum kekekalan momentum,
Huygens menemukan bahwa besaran lain, mv2,
tetap konstan dalam tumbukan benda‑benda yang kelak menjadi konsep yang
lebih umum dari energi.
Zaman
Newton. Isaac Newton lahir pada 1642, di tahun kematian Galileo. Dia
belajar di Universitas Cambridge dan pada usia awal 20‑an ketika dia
membuat tiga penemuan besarnya teori
matematikanya yang sekarang dikenal dengan kalkulus, teori gravitasi, dan
tentang komposisi cahaya. Karya besarnya, Mathematical
Principles of Natural Philosophy (biasa
disebut Principia) diterbitkan
pada 1687.
Teori‑teori
fisika Newton didasarkan
pada tiga hukum fundamental. Pertama adalah hukum inersia Galileo, telah
disebutkan di atas. Hukum kedua menyatakan bahwa percepatan sebuah benda adalah
sama dengan gaya yang bekerja kepadanya dibagi oleh massanya, atau a =
F/m. Hukum kedua Newton memiliki bentuk sama seperti hukum dinamika
Aristoteles, v =
kF/R, dengan dua perbedaan penting. Yang satu adalah bahwa gaya menghasilkan
percepatan ketimbang kecepatan, sehingga dalam ketidak hadiran gaya kecepatan
tetap konstan (hukum pertama). Perbedaan yang lain adalah bahwa hambatan
terhadap gerak adalah disuplai oleh
massa benda itu sendiri, ketimbang atau, di samping, medium terhadap mana ia
bergerak.
Hukum ketiga Newton menyatakan bahwa gaya‑gaya selalu datang
berpasangan: terhadap setiap gaya ada gaya lain yang berkaitan yang besarnya
sama namun dalam arah yang belawanan. Ini kadang‑kadang disebut hukum aksi
dan reaksi.
Newton
dengan jelas membedakan antara massa dan berat. Massa adalah sifat inheren dari
suatu benda, suatu ukuran bagaimana banyak materi yang ia kandung. Berat adalah
sesungguhnya suatu gaya, yaitu gaya berat yang bekerja pada sebuah benda. Jadi
berat W sebuah benda adalah W
= mag,
di mana ag adalah
percepatan karena gravitasi.
Newton
menunjukkan bahwa jatuh bebasnya benda‑benda di dekat permukaan bumi dan
gerak bulan dan planet‑planet dapat diterangkan secara sangat akurat
dengan menganggap adanya suatu hukum gravitasi universal tunggal. Diungkapkan
sebagai sebuah persamaan, F = G(m1m2/r2), di mana F gaya gravitasional diantara dua benda
bermassa m1 dan m2,
r adalah jarak antara pusat‑pusatnya, dan G adalah tetapan
gravitasional. Gerak sebuah planet mengelilingi matahari adalah suatu
kombinasi gerak garis lurus yang ia harus miliki jika tak ada gaya yang bekerja
kepadanya dan percepatannya karena gaya gravitasional matahari. Dua gerakan ini
adalah hampir dalam arah saling tegak lurus. Resultan mereka adalah sebuah
ellips, bersesuaian dengan teori Johannes Kepler (1571- 1630).
Newton
menghitung dari teorinya bahwa rotasi bumi akan membuatnya menggembung pada
ekuator dan mengambil bentuk sebuah bola pepat. Sebaliknya, suatu elongasi sumbu
kutub disimpulkan dari teori vorteks Descartes. Ekpedisi‑ekspedisi
Perancis ke daerah kutub dan katulistiwa pada 1730‑an menentukan bahwa
bentuk bumi adalah pepat, dengan demikian mengukuhkan kemenangan teori Newton
atas teori Descartes.
Meskipun
sukses dalam menerapkan hukum gravitasi ke astronomi, Newton menolak menerima
aksi pada suatu jarak. Malahan, dia menekankan bahwa gaya‑gaya haruslah
bekerja melalui ether dalam beberapa cara. Gagal untuk menemukan suatu mekanisme
yang memuaskan atas aksi ini, dia membuat suatu proklamasinya yang terkenal,
"Hypotheses non fingo".
Frase ini bermakna "saya tidak berpura-pura
dengan hipotesa‑hipotesa";
yaitu suatu hipotesis buruk (tidak masuk akal) adalah lebih buruk dari pada
tidak sama sekali. Sayang sekali, pernyataan ini sering ditafsirkan sebagai
"saya tidak menyusun
hipotesis", dan diambil sebagai renunsiasi atau penolakan hipotesis secara
umum.
Dalam
karyanya tentang optik Newton menetapkan bahwa cahaya putih terdiri dari
campuran sinar‑sinar berwarna. Sinar‑sinar direfraksikan secara
berbeda oleh sebuah prisma dan lalu tersebar ke dalam suatu spektrum.
Berkebalikan dengan penjelasan sebelumnya, Newton berdalih bahwa prisma tidak
mengubah cahaya putih ke dalam cahaya berwana tapi hanya memisahkan
warna‑warna yang telah ada (hadir sebelumnya).
Newton
mendukung teori partikel cahaya, meskipun dia mengakui bahwa cahaya memiliki
beberapa sifat yang menunjukkan suatu karakter serupa gelombang periodik.
Fisikawan Inggris Thomas Young berusaha membangkitkan teori gelombang cahaya
sekitar 1800, namun sebagian besar ilmuwan lebih suka teori partikel hingga
1818, ketika Augustin Fresnel menyajikan teori gelombangnya di Akademi Ilmu
Pengetahuan di Paris. Fresnel menerangkan semua sifat‑sifat yang dikenal
dari cahaya dan meramalkan suatu hasil baru yang dikonfirmasi oleh eksperimen,
karena itu membalikkan pasang surut dalam suasana menyenangi teori gelombang.
2.4 Penyatuan Fisika
Selama
paroh pertama abad ke‑19 ada sejumlah penemuan yang menjalin
area‑area berbeda dari fisika tersebut.
Di
Perancis, Charles Coulomb telah memperlihatkan dalam 1780‑an bahwa
gaya‑gaya elektrostatik dan magnetik mengikuti hukum berbalik kuadrat
serupa dengan hukum universal gravitasi Newton, dengan muatan listrik atau
kutub‑kutub magnetik menggantikan massa‑massa m1dan m2.
Pada 1820 fisikawan Denmark Hans Christian Oersted menemukan interaksi langsung
pertama antara kelistrikan
dan kemagnetan. Dia menemukan bahwa sebuah arus listrik dalam
sebuah kawat penghantar akan beraksi pada sebuah magnet di dekatnya dengan
sebuah gaya yang tegak lurus terhadap garis antara mereka, menyebabkan magnet
bergerak dalam suatu lingkaran di sekitar arus.
Efek
Oersted merupakan basis untuk operasi motor listrik dan telegraf listrik, tapi
kedua penemuan ini membutuhkan suatu metode yang murah untuk menghasilkan arus
listrik agar menjadi praktis. Hingga 1831 arus hanya dapat dihasilkan oleh
baterai yang mengkonsumsi logam‑logam mahal. Pada tahun itu Michael
Faraday di Inggris dan Joseph Henry di Amerika Serikat menemukan induksi
elektromagnetik, yang merupakan basis untuk elektromagnetik, yang merupakan
basis untuk generator listrik.
Panas.
Teknologi mesin uap, menjadi pertambah penting bagi Revolusi Industri di Eropa
antara 1750 dan 1850, menstimulasi studi lebih rinci tentang hubungan antara
panas dan kerja mekanis. Sadi Carnot, seorang insinyur-fisikawan Perancis,
meletakkan fondasi termodinamika
pada 1824 dengan analisisnya tentang jumlah maksimum kerja yang dapat diperoleh
dari sejumlah tertentu panas dalam sebuah mesin.
Carnot percaya bahwa panas adalah suatu substans, "kalorik", yang
tetap tak berubah ketika alirannya menghasilkan kerja mekanis.
Akan
tetapi, eksperimen‑eksperimen pada panas radian telah mensugestikan bahwa
panas dan cahaya pada dasarnya adalah fenomena yang serupa. Jadi, bilamana teori
gelombang cahaya diadopsi, ia menampakkan sangat mungkin bahwa panas radian juga
semacam gerak gelombang di dalam ether. Teori kalorik dengan demikian mulai
digantikan oleh gagasan bahwa panas adalah suatu bentuk gerak. Di Inggris, James
P. Joule menunjukkan dengan sejumlah eksperimen bahwa sejumlah tertentu panas
adalah dihasilkan kapanpun sejumlah tertentu kerja mekanis dilakukan
("ekivalen mekanis panas") atau ketika suatu arus listrik mengalir
terhadap suatu hambatan.
Energi.
Generalisasi agung yang keluar dari penemuan‑penemuan ini adalah prinsip
kekekalan energi yang diumumkan secara independen pada 1840‑an oleh Julius
Robert Mayer dan Herman Von Helmholtz di Jerman, Joule di Inggris, Ludvig
Colding di Denmark. Yang menyatakan bahwa jumlah total energi di alam semesta
adalah tetap, meskipun ia dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain.
Prinsip ini memberikan suatu penyataan yang mengesankan bagi fisika baik pada
level teoretik maupun pada level praktis.
Akibat
segera dari adopsi prinsip energi adalah pengembangan termodinamika oleh Rudolf
Clausius di Jerman dan Wiliam Thomson (kelak Lord Kelvin) di Skotlandia. Hukum
pertama termodinamika secara sederhana menyatakan bahwa energi total berubah
dalam sembarang proses bergantung pada panas yang diserap atau yang dilepaskan
dan kerja mekanika yang dilakukan. Hukum kedua menyatakan bahwa adalah tak
mungkin mengkonversi panas kedalam kerja tanpa panas mengalir dari suatu
reservoir (tangkup) temperatur tinggi ke yang lebih rendah. Thomson menyatakan
suatu prinsip umum dalam hubungan dengan hukum kedua: panas cenderung mengalir
secara irreversibel dari panas ke dingin, dan energi cenderung berubah ke dalam
bentuk‑bentuk yang kurang berguna. Clausius meramalkan akibat akhir akan
terjadi "kematian panas" alam semesta
semua energi akan berubah menjadi panas pada suatu temperatur rendah
seragam, dan tak akan mungkin diperoleh sembarang kerja mekanik lebih lanjut.
Atom dan Gerak Atom.
Sekali setelah tertetapkan bahwa panas dapat dikonversi menjadi energi mekanik,
maka tampak wajar untuk menganggap bahwa panas adalah suatu bentuk energi
mekanis pada level atom. Spekulasi tetang atom telah dimunculkan kembali pada
abad ke‑17, namun terlihat tiada cara yang andal untuk menentukan
sifat‑sifat mereka.
Atomisme
modern dimulai dengan kerja kimiawan dan fisikawan Inggris John Dalton. Teori
atomnya (1803), direvisi oleh kimiawan‑kimiawan lain di abad ke‑19,
menyediakan suatu metoda untuk menentukan berat‑berat atom relatif dari
berbagai unsur.
Teori kinetik gas, diusulkan pertama kali oleh Daniel Bernoulli pada
1738, dibangkitkan kembali oleh Clausius pada 1856. Teori itu dapat menjelaskan
hukum Boyle dan hukum Gay‑Lussac dalam pengertian gerak dan tumbukan
atom‑atom kecil infinitesimal (kecil tak terhingga). Lebih penting lagi,
Clausius dan James C. Maxwell di Inggris mampu membangun formula‑formula
teoretik bagi sifat‑sifat gas yang bergantung pada ukuran sebuah atom.
Misalnya, Clausius memperoleh suatu persamaan untuk lintasan bebas
rata‑rata jarak rata‑rata
sebuah atom bergerak sebelum menumbuk atom‑atom lainnya. Pada 1865, Josef
Lochmidt menggunakan rumus lintasan bebas rata‑rata untuk memperkirakan
diameter sebuah atom. Hasilnya adalah kira‑kira 3 � 10 ‑ 8
cm. Lima tahun kemudian William Thomson memperlihatkan bahwa empat metode
berbeda membawa nilai‑nilai serupa bagi diameter atom, dengan demikian
menyediakan suatu bukti kuat bagi kebenaran atom.
Clausius
dan Maxwell memperkenalkan metode statistik ke dalam teori kinetik, bekerja
dengan distribusi probabilistik untuk lintasan‑lintasan atom dan
kelajuan‑kelajuannya. Akan tetapi, umumnya dipercaya pada abad ke‑19
bahwa gerak atom adalah telah tertentukan secara sempurna. Sebagaimana astronom
Perancis Pierre Simon de Laplace mengungkapkannya, jika seorang superinteligens
dapat mengetahui pada suatu saat posisi, maka seluruh masa depan dan sejarah
masa lalu alam semesta akan dapat juga diketahui. Seseorang hanya harus
menggunakan statistik saja karena pengetahuan seperti itu adalah di luar
kemampuan manusia untuk mengoleksi dan menganalisisnya.
Begitu
pendekatan statistik menjadi lebih familiar, asumsi determinisme dikecilkan.
Misalnya, fisikawan Austria abad ke‑19 Ludwig Boltzmann mengusulkan untuk
mendefinisilkan istilah "entropi" sebagai ukuran keacakan atau
ketakberaturan dalam sebuah sistem. Hukum kedua termodinamika kemudian dapat
ditafsirkan berarti bahwa ada suatu kecenderungan alamiah untuk sistem untuk
meningkatkan entropi mereka dengan berjalan dari keadaan teratur ke keadaan tak
teratur.
Gelombang‑gelombang
Elektromagnetik. Barangkali
kemenangan terbesar fisika teoretik di abad ke‑19 adalah teori gelombang
elektromagnetik Maxwell. Dengan memperkenalkan hipotesa bahwa medan‑medan
magnetik dapat menginduksi untuk menghasilkan suatu gerak muatan listrik dalam
ether juga dalam kawat‑kawat penghantar, Maxwell menurunkan sekumpulan
persamaan yang menghubungkan perubahan‑perubahan dalam medan‑medan
magnetik dan listrik. Persamaan‑persamaannya mencakup semua interaksi
elektromagnetik yang diketahui dan meramalkan bahwa medan‑medan listrik
dan magnetik yang terisolasi dapat berjalan bergerak menembus ether.
Menurut
teori Maxwell, dikerjakan pada 1860‑an, cahaya terdiri dari
gelombang‑gelombang elektromagnetik yang dapat menjalar menembus ether.
Juga, dia meramalkan bahwa ada gelombang‑gelombang elektromagnetik lain,
yang berbeda dalam frekuensi dengan frekuensi gelombang cahaya. Di Jerman,
Heinrich Hertz berhasil menghasilkan dan mendeteksi gelombang‑gelombang
elektromagnetik frekuensi rendah pada 1888. Ini menyediakan dasar bagi penemuan
radio oleh Guglielmo Marconi pada 1895. Fisikawan Jerman lain, W.C. Roentgen,
menemukan sinar-X pada 1895. Gelombang‑gelombang elektromagnetik frekuensi
sangat tinggi ini memungkinkan orang membuat fotografi kerangka manusia dan
sembarang benda keras lain di dalam badan manusia.
2.5. Zaman Einstein
Menuju akhir abad ke‑19 telah diketahui bahwa semua
benda‑benda panas memancarkan suatu spektrum kontinyu
gelombang‑gelombang elektromagnetik, bergantung hanya pada temperatur
mereka. Efek temperatur pada frekuensi (atau panjang gelombang) dari radiasi ini
secara kualitatif terbukti dari pengamatan. Misalnya, ketika sepotong besi
menjadi lebih panas, warnanya pertama menjadi merah, menunjukkan bahwa
kebanyakan radiasinya adalah pada ujung frekuensi rendah spektrum tampak. Pada
temperatur lebih tinggi yang ditemukan di bintang‑bintang, warna benda
yang terpanaskan dapat berubah menjadi biru, menunjukkan bahwa sebagian besar
radiasinya adalah pada bagian lebih tinggi dari spektrum tampak.
Fisikawan
Jerman Max Planck berusaha untuk menurunkan distribusi frekuensi radiasi benda
hitam energi radian dari radiator
sempurna dengan menggunakan teori termodinamika teori elektromagnetik Maxwell.
Pada Oktober 1900 dia berhasil menemukan sebuah rumus yang bersesuaian secara
persis dengan pengukuran laboratorium pada berbagai temperatur. Pada 14 Desember
1900, dia mengumumkan bahwa rumusnya dapat diturunkan dengan menganggap bahwa
sebuah atom dapat memancarkan radiasi hanya dalam jumlah diskrit atau
"kuanta". Sebuah kuantum radiasi memiliki sejumlah energi E yang
diberikan oleh persamaan E = hf, di
mana f adalah frekuensi radiasi, dan h
tetapan Planck. Teori Kuantum Planck mengawali suatu revolusi yang berakibat
pada penggantian konsep‑konsep Newtonian sebagai suatu basis untuk fisika
fundamental.
Pemimpin
revolusi fisika abad ke‑20 adalah seorang Yahudi kelahiran Jerman Albert
Einstein. Einstein menerbitkan tiga teori utamanya tentang gerak Brown, relativitas, dan foton pada 1905.
Kemashurannya membawa dia memperoleh Hadiah Nobel 1921, tapi dia harus terpaksa
meninggalkan Jerman ketika Hitler berkuasa pada 1933. Teori Einstein tentang
gerak Brown gerak tak beraturan dari partikel‑partikel kecil yang
mengapung dalam fluida memberikan metoda baru untuk memperkirakan ukuran
molekul. Dengan bantuannya, fisikawan Perancis Jean Perrin dapat meyakinkan
sisa‑sisa keraguan tentang sifat atom materi. Namun demikian atom tidak
selamanya sebagai partikel keras
yang tidak dapat dibagi seperti yang dibayangkan oleh Epicurus. Pada
kenyataannya, penemuan elektron oleh J.J. Thomson pada 1897 telah
mengindikasikan bahwa atom‑atom tersusun dari partikel‑partikel
lebih kecil yang bermuatan listrik, seperti pada fenomena radioaktivitas.
Penemuan
Henri Becquerel terhadap radioaktivitas (1896) diikuti dengan isolasi radium dan
unsur‑unsur radioaktif oleh Marie dan Pierre Curie. Ernest Rutherford dari
Selandia Baru mengidentifikasikan beberapa produk peluruhan radioaktif, dan dia
menemukan bahwa suatu transmutasi dari suatu unsur ke yang lain dapat terjadi.
Pada 1911, Rutherford mengusulkan model nuklirnya tentang atom. Dalam modelnya,
sebagian besar massa adalah terkonsentrasi pada inti sentral, semetara
elektron‑elektron bergerak dalam
ruang hampa besar yang mengelilinginya.
Perkembangan
lebih lanjut teori atom menyaratkan konsep kuantum, yang mana Einstein telah
mengembangkannya secara luar biasa dalam salah satu makalahnya 1905. Kendati
kenyataan bahwa teori gelombang cahaya telah mengakar secara kuat dalam fisika
hampir seabad, dia mengusulkan bahwa cahaya dan bentuk‑bentuk radiasi
elegtromagnetik lain hadir dalam jumlah‑jumlah diskrit
kini disebut foton dengan energinya diberikan oleh rumus Planck E = hf.
Einstein menunjukan bahwa emisi fotolistrik emisi elektron‑elektron dari
permukaan suatu bahan ketika cahaya menumbuknya dapat dijelaskan dalam cara ini.
Bukti
tambahan bahwa foton harus dipandang sebagai partikel datang pada 1923 ketika
fisikawan Amerika A.H. Compton mempelajari tumbukan‑tumbukan sinar‑X
dengan elektron. Dia menemukan bahwa sinar‑X berperilaku seperti foton
frekuensi sangat tinggi, membawa momentum seperti partikel yang ditransfer ke
elektron menurut prinsip kekekalan momentum. Pada 1924, Louis de Broglie
mengusulkan bahwa partikel‑partikel harus memiliki sifat‑sifat
gelombang seperti interferensi dan difraksi, sebagaimana gelombang memiliki
sifat‑sifat partikel. Ini segera dikuatkan oleh percobaan‑percobaan
yang memperlihatkan bahwa elektron‑elektron didifraksikan ketika mereka
melewati barisan atom‑atom dalam kristal.
Teori
kuantum struktur atom didasarkan pada model nuklir Rutherford telah diusulkan
oleh fisakawan Denmark Niels Bohr pada 1913. Pada 1920‑an, de Broglie
menunjukkan bahwa restriksi (pembatasan) pada orbit‑orbit yang mungkin
dalam model atom Bohr dapat dijelaskan sebagai suatu sifat gelombang. Terutama,
keliling orbit harus cukup besar untuk memuat sejumlah genap panjang gelombang.
Jadi, level‑level energi atom menjadi terkuantisasi dalam cara yang sama
dengan frekuensi‑frekuensi nada‑nada harmonis dari suatu tali dawai
yang bergetar, yang telah ditemukan memiliki ratio‑ratio bulat genap yang
berhubungan terhadap fraksi‑fraksi sederhana dari panjang dawai. Apakah
mungkin bahwa pandangan dunia dari Pythagoras tua tentang harmoni matematis
universal dapat dihidupkan kembali dalam fisika atom modern?
Mekanika
kuantum. Pemecahan banyak teka‑teki
dualisme gelombang- partikel, struktur elektronik atom‑atom, ikatan
kimia, konduksi listrik dalam logam, superfuiditas helium cair hadir bersamaan
dengan perkembangan mekanika kuantum sekitar 1926. Penemu‑penemunya adalah
Werner Heisenberg dan Erwin Schrodinger, dengan kotribusi‑kontribusi utama
oleh Max Born dan P.A.M. Dirac. Teori melepaskan usaha untuk memberi deskripsi
detail perilaku partikel‑partikel individual seperti dalam pandangan dunia
atomistik. Malahan, dipostulatkan bahwa semua sifat‑sifat yang dapat
diamati dari suatu partikel atau sistem banyak partikel dapat dihitung dengan
menyelesaikan sebuah persamaan matematis. Persamaan ini menghubungkan tiap
partikel terhadap bagian (sisa) alam semesta yang lain; tak ada partikel tunggal
dapat dipandang secara independen kecuali sebagai suatu pendekatan kasar.
Partikel senantiasa merupakan bagian dari suatu sistem dalam fisika, sebagai
mana sel senantiasa merupakan bagian suatu organisme dalam biologi. Jadi,
mekanika kuantum mengembalikan sesuatu karakter organik deskripsi Aristotelian
tentang alam.
Dalam versi teori Schrodinger, dikenal sebagai mekanika gelombang,
persamaan dasar adalah serupa dengan persamaan gerak gelombang. Tetapi, besaran
"gelombang‑gelombang" bukanlah suatu impuls mekanis dalam medium
atau medan elektronik sekalipun seperti dalam teori Maxwell. Malahan,
"fungsi gelombang" adalah entitas matematis murni yang dapat disangkut
pautkan dengan suatu distribusi probabilitas. Juga dapat ditafsirkan sebagai
suatu keadaan "potensial" partikel‑partikel yang
ditrasformasikan kedalam suatu keadaan "aktual" dengan akta pembuatan
suatu pengurangan. Di sini lagi‑lagi orang dapat mendeteksi suatu sisa
pandangan dunia Aristoteles.
Sifat probabilistik mekanika kuantum didramatisir oleh prinsip
indeterminisme Heisenberg. Ia menyatakan bahwa tidak mungkin untuk mengukur
secara simultan posisi dan momentum sebuah pertikel dengan akurasi tak terbatas,
dan karena itu pengetahuan lengkap adalah mustahil meskipun pada suatu waktu
sesaat. Einstein menolak untuk menerima gagasan bahwa alam secara fundamental
adalah random, dengan menyatakan bahwa "Tuhan tidak bermain dadu". Dia
mempertahankan bahwa mekanika kuantum belum merupakan suatu deskripsi lengkap
tentang realitas fisis.
Teori
Relativitas. Teori
relativitas Einstein diperkenalkan pada 1905. Dia menunjukkan bahwa tak ada
satupun di alam yang berhubungan "ruang mutlak" atau
"ether". Juga, dia mempostulatkan bahwa kecepatan cahaya adalah sama
dalam setiap sistem kordinat, atau kerangka acuan, dan merupakan batas tertinggi
mutlak dari kecepatan sembarang benda
dalam kerangka itu. Dari postulat‑postilat ini dia mengambil kesimpulan
bahwa pengamat‑pengamat dalam kerangka‑kerangka berbeda akan
mendapat hasil‑hasil berbeda untuk panjang, massa, interval waktu bila
kecepatan relatif mereka mendekati kecepatan cahaya. Prediksi ini telah
dipertegas ketika mereka mengujinya.
Dalam teori
relativitas umumnya (1916) Einstein menerangkan gaya‑gaya gravitasional
non‑Euclid yang dibangun oleh N.I. Lobachevsky dan G.F.B. Riemann di abad
ke‑19. Teori ini sangat sulit diuji di laboratorium, tapi ia memiliki
konsekuensi‑konsekuensi penting bagi astronomi dan kosmologi. Misalnya,
ramalan pembelokkan cahaya bintang oleh gaya gravitasi matahari dikonfirmasikan
oleh pengamat‑pengamat Inggris terhadap gerhana matahari pada 1919. Pada
1922, A.A Friedmann di Rusia menyelesaikan persamaan‑persamaann teori
relativitas umum untuk model tersederhanakan dan menunjukkan bahwa solusinya
menunjukkan adanya suatu alam semesta yang mengembang tiap galaksi harus
bergerak menjauh dari yang lain dengan suatu kecepatan yang sebanding dengan
jaraknya. Pada 1929, Edwin P. Hubble di Amerika Serikat mendapatkan suatu hasil
serupa dari pengamatan‑pengamatan astronomis.
Keberhasilan
teori relativitas membuat Einstein percaya bahwa hukum‑hukum alam dapat
diperoleh dengan pertimbangan matematis dari postulat‑pustulat sederhana,
dengan hanya mengambil petunjuk‑petunjuk dan panduan‑panduan umum
dari eksperimen. Pandangan Pythagorean Einstein dapat didukung oleh beberapa
contoh‑contoh dari fisika abad ke‑20. Misalnya, laser adalah
didasarkan pada emisi radiasi terstimulasi, suatu prinsip yang diusulkan pertama
atas landasan‑landasan teoretik murni oleh Einstein pada 1916.
2.6. Fisika Zaman Nuklir
Pertumbuhan fisika sejak 1939 telah terpengaruh dalam beberapa cara oleh
pengembangan bom atom, dimulai di Amerika Serikat dan surat Einstein kepada
Presiden Roosevelt dalam tahun itu. Ketika potensial
bagi kerusakan skala besar disadari pada peristiwa di Hiroshima dan
Nagasaki pada 1945, maka para fisakawan segera
memutuskan bahwa mereka tidak dapat selamanya menjauhkan diri dari
aplikasi‑aplikasi yang dibuat dari penemuan‑penemuan mereka dan
mulai mengambil suatu peran aktif dalam masalah‑masalah publik. Misalnya,
para fisikawan membuat beberapa kredit poin bagi moratorium atau penundaan yang
dideklarasikan pada pengujian‑pengujian atmosfer dari
senjata‑senjata nuklir.
Aplikasi
dan penyempurnaan teori‑teori fisika tumbuh subur dalam kurun waktu
terakhir abad ke‑20, tapi sedikit penemuan dalam fisika dasar dibandingkan
terhadap pada bagian permulaan abad. Sebagian besar dana riset diabdikan bagi
penggunaan akselerator untuk mempelajari tumbukan‑tumbukan energi tinggi
partikel‑partikel elementer. Hasil‑hasilnya adalah penemuan banyak
lagi partikel‑partikel, sebagian besar dari mereka berkaitan dengan
cara‑cara yang kurang dipahami bagi elektron, proton, neutron dan foton.
Setiap usaha untuk menerangkan partikel‑partikel lebih baru tampak
melibatkan suatu level abstraksi matematika lebih tinggi kendati dengan
mengadopsi istilah‑istilah
yang indah spin, strangeness, charm, dan
seterusnya. Abstraksi‑abstraksi ini harus memiliki beberapa signifikansi
fisis karena mereka membawa ke prediksi‑prediksi yang berhasil tentang
hasil‑hasil eksperimen. Bagaimanapun, terlihat bahwa fisika
lagi‑lagi tenggelam atau dibenamkan dalam suatu dunia fantastik
bentuk‑bentuk Platonik dan harmoni bilangan Pythagorean.
Untuk
mereka yang kurang sedikit tertarik dengan fisika partikel elementer, ada gairah
besar dalam perkembangan dalam geofisika dan astrofisika. Pada yang pertama,
hanyutan benua dan sejarah awal bumi dan planet‑planet, menuntut
penjelasan yang mungkin akan didasarkan terutama fisika Newton. Dalam astronomi,
struktur dan dinamika bintang‑bintang, quasar‑quasar, dan lubang
hitam (black hole) menghadirkan problem‑problem teoretik yang akan
merentangkan atau harus membedah sumber‑sumber mekanika kuantum dan
relativitas.
Selain itu, perkembangan lain yang melibatkan fisika
adalah dalam bidang biofisika, studi-studi yang akan menyingkap lebih
dalam sifat-sifat kromosom dan sel, yang seterusnya akan bermanfaat untuk
merunut asal-mula kehidupan dan misteri hidup itu sendiri. Telah diyakini bahwa
tergelarnya struktur mikro sel akan disandarkan lebih banyak pada pemahaman kita
terhadap kimiawi sel, yang sesungguhnya merupakan fenomena keadaan fisis pada
energi sangat rendah, pada orde beberapa mikrovolt sampai milivolt. Keyakinan
itu didasarkan oleh keberhasilan penerapan fisika dalam menyelidiki struktur sel
yang membawa kepada penemuan struktur molekul DNA
sebagai pengandung kode-kode pewarisan
genetik oleh Crick dan
Watson. Perburuan paling bersemangat di dalam sains saat ini memang sedang
merevolusi di sekitar pusaran bidang ini dengan harapan semakin dipahaminya
sifat-sifat kehidupan dan bagaimana teknik-teknik memanipulasinya untuk berbagai
tujuan dan aplikasi.
2.7. Fisika Zaman Unifikasi
Sebagaimana dapat dilihat di atas, bahwa perkembangan fisika yang paling
fantastik terjadi pada titik transisi abad ke-19 ke abad ke-20. Perkembangan
fisika selanjutnya yang paling menantang keingin-tahuan manusia adalah terjadi
di bidang fisika nuklir dan fisika partikel. Kedua bidang ini merupakan disiplin
yang mempelajari struktur dasar materi. Dua bidang tersebut sangat berkaitan
erat: Mereka menguji dan memperluas kesimetrian dan hukum-hukum alam fundamental
yang sama, mereka membagi penggunaan yang banyak dari instrumentasi teknik
eksperimental yang sama. Partikel-partikel elementer adalah konstituen materi
fundamental, dan fisika partikel melongok sifat-sifat dan interaksi-interaksi
mereka. Fisika nuklir mempelajari struktur inti atom dan interaksi mereka
terhadap satu sama lain, dengan partikel-partikel konstituennya, dan dengan
spektrum partikel elementer yang dihadirkan melalui akselerator-akselerator
partikel. Sebagaimana satu-satunya sistem di mana semua gaya-gaya alam yang
diketahui dapat dikaji secara simultan, inti-inti atomik menyediakan suatu
laboratorium alam yang menghadirkan hasil-hasil yang melengkapi hasil-hasil
fisika partikel.
Fisika
Nuklir. Asal-mula fisika nuklir terikat pada fisika atom, teori
relativitas, dan teori kuantum dalam permulaan abad kedua-puluh. Kemajuan awal
utama meliputi penemuan radioaktivitas (1898), penemuan inti atom dengan
menginterpretasikan hasil hamburan partikel alfa (1911), identifikasi isotop dan
isobar (1911), pemantapan hukum-hukum pergeseran yang mengendalikan
perubahan-perubahan dalam nomor atom yang menyertai peluruhan radioaktivitas
(1913), produksi transmutasi nuklir karena penembakan dengan partikel alfa
(1919) dan oleh partikel-partikel yang dipercepat secara artifisial (1932),
formulasi teori peluruhan beta (1933), produksi inti-inti radioaktif
oleh partikel-partikel yang dipercepat (1934), dan penemuan fissi nuklir
(1938).
Domain nuklir menempati suatu posisi sentral antara jangkauan gaya-gaya
dan ukuran atomik dan yang untuk
fisika partikel elementer, yang secara karakteristik di dalam nukleon-nukleon
itu sendiri. Dengan mengandung suatu rentang yang cukup besar dan jumlah yang
dapat ditangani dari komponen-komponen yang berinteraksi kuat, inti-inti atom
juga menempati posisi sentral dalam masalah fisika banyak benda, yang berada
antara karakteristik masalah beberapa benda interaksi partikel elementer dan
situasi banyak benda ekstrim fisika plasma dan zat mampat di mana
pendekatan-pendekatan statistik mendominasi. Inti-inti atom menyediakan kepada
ilmuwan suatu rentang fenomena yang kaya untuk menyelidiki
dengan harapan memahami fenomena-fenomena ini pada level mikroskopik.
Aktivitas dalam bidang ini berpusat pada tiga sub-bidang interdependen
dan luas. Pertama, dinyatakan sebagai fisika nuklir klasik, dalam mana
aspek-aspek struktural dan dinamik sifat-sifat nuklir diduga dan diukur di
banyak laboratorium dan dalam banyak sistem nuklir, dengan menggunakan
teknik-teknik eksperimental dan teoretik yang luas. Kedua, fisika nuklir energi
tinggi, yang di Amerika Serikat dinyatakan sebagai fisika energi tengah, yang
menyelidiki interior dan interaksi nuklir dengan penduga-penduga mesonik.
Ketiga, fisika ion-berat, secara internasional merupakan sub-bidang yang
berkembang sangat cepat, di mana berkas-berkas inti yang dipercepat
yang menempati bagian akhir tabel periodik digunakan untuk mempelajari
fenomena nuklir yang tak dapat dimasuki sebelumnya.
Fisika nuklir ialah unik pada tingkat terhadap mana ia menghadirkan
banyak topik terapan dan paling fundamental. Instrumentasi-intrumentasinya telah
menemui kegunaan yang banyak di seluruh sains, teknologi, dan kedokteran;
rekayasa nuklir dan kedokteran nuklir adalah dua bidang spesialisasi terapan
yang sangat penting.
Fisika
Partikel. Sementara itu fisika partikel elementer dapat dikatakan
bermula pada identifikasi atau penemuan elektron (1897), proton (1919), neutron
(1932), positron (1932), dan muon (1936), penemuan dan klasifikasi sejumlah
besar partikel dilakukan dalam kurun waktu 1947-1964, pertama-tama melalui
studi-studi peristiwa sinar kosmik dan kemudian dengan akselerator-akselerator
makin berdaya tinggi. Meskipun hasil �kebon binatang� dari lebih 100
�partikel� tampak menentang usaha-usaha untuk mengkontruksi teori terhadap
perilaku mereka, berbagai kumpulan hipotesa berbeda berhasil mengorganisasikan
berbagai aspek data, dan membuat mungkin untuk mengklasifikasikan baik
partikel-partikel maupun interaksi-interaksi mereka dengan bantuan
prinsip-prinsip kesimetrian.
Interaksi-interaksi tersebut dapat diklasifikasikan ke dalam empat jenis
nuklir kuat, elektromagnetik, nuklir lemah, dan gravitasional yang berbeda
secara radikal dalam hal kekuatan, jangkauan, dan karakteristik lain. Partikel
dapat diklasifikasikan ke dalam dua grup utama, hadron dan lepton, menurut
apakah mereka terpengaruh terhadap interaksi kuat atau tidak. Daftar lepton
masih tetap terbatas pada elektron, muon, dan (kelak) tau, dan neutrino-neutrino
yang mengiringi mereka; adalah di antara keluarga hadronlah bahwa proliferasi
partikel terjadi.
Aplikasi prinsi-prinsip kesimetrian
untuk mempelajari hadron menghantarkan kepada hipotesis bahwa mereka tersusun
dari konstituen-konstituen dengan muatan listrik fraksional yang disebut quark,
dan dengan demikian mereka bukan benar-benar sebagai partikel elementer. Lebih
100 hadron dengan demikian telah dipahami dalam hal konfigurasi quark-quark
konstituen mereka, mirip seperti atom-atom yang dipahami dalam hal konfigurasi
elektron-elektron, proton-proton, dan neutron-neutron mereka. Namun, meskipun
model quark mendapat dukungan dari data hamburan elektron-proton energi tinggi,
beberapa teka-teki muncul, termasuk kegagalan semua usaha untuk menemukan quark
bebas, menimbulkan keraguan serius tantang apakah dia dapat membentuk basis
teori fisika.
Gambaran fisika partikel ini telah berubah secara radikal sebagai akibat
dari kemajuan-kemajuan teoretik dan hasil-hasil eksperimental. Sentral terhadap
pekerjaan teoretik berada pada konsep invariansi tera (gauge), dengan jalan mana
interaksi diturunkan dari prinsip-prinsip kesimetrian dan diwahanai oleh
partikel-partikel pembawa gaya dengan spin 1 yang disebut boson-boson tera.
Contoh paling sederhana teori tera adalah teori interaksi elektromagnetik, yang
diwahanai oleh foton. Dalam tahun
1967, S. Weinberg dan A. Salam membangun suatu teori tera yang menyatukan
gaya-gaya elektromagnetik dengan nuklir lemah yang juga disebut gaya interaksi
elektrolemah, di mana foton digabungi oleh tiga boson tera massif, W+,
W- dan Z0. Aplikasi prinsip invariansi tera terhadap
interaksi kuat dari quark-quark membawa kepada penciptaan kromodinamika kuantum,
di mana quark-quark saling mempertukarkan boson-boson tera tak bermassa yang
disebut gluon; teka-teki yang menyelimuti sekitar model quark sebagian besar
terpecahkan dalam teori ini.
Hasil-hasil eksperimental telah memberikan dukungan dramatik terhadap
teori-teori ini. Hasil-hasil tersebut meliputi penemuan apa yang disebut
interaksi lemah arus netral (1973) yang diramalkan oleh teori Weinberg-Salam;
penemuan partikel J/Y
(1974), sebuah hadron berat biasanya berusia panjang yang diketahui sebagai
suatu sistem terikat dari suatu quark massif baru dengan antiquarknya; penemuan
serupa partikel-partikel upsilon (1977); pengamatan boson-boson W dan Z (1983);
dan pengamatan, dalam tumbukan energi tinggi, jet-jet yang memancar dari
partikel yang dipercayai memancar dari quark dan gluon.
Gambaran yang muncul tersebut, dikenal dengan model standar, ialah salah
satu simplisitas dan generalitas terbesar. Semua materi tampak tersusun dari
quark-quark dan lepton-lepton, yang merupakan partikel-partikel titik dan tak
berstruktur dengan spin 1/2. Jika gravitasi (yang merupakan perturbasi yang
dapat diabaikan pada skala-skala energi yang biasanya ditinjau) dikesampingkan,
maka interaksi di antara partikel-partikel ini adalah interaksi nuklir kuat dan
elektrolemah, keduanya dijelaskan oleh teori-teori tera dan diwahanai oleh
boson-boson tera berspin 1. Quark dan lepton ditata dalam famili-famili, dan ada
suatu petunjuk tentang famili-famili yang diperluas yang mengandung baik quark
maupun lepton.
Sementara model standar memberikan suatu sintesis yang berjangkau lebar,
dia tidak merupakan jawaban akhir. Dia tidak meramalkan jumlah famili quark dan
lepton, massa mereka atau ratio massa mereka, atau berbagai parameter lain dalam
teori. Barangkali yang terpenting, mekanisme yang menyebabkan boson W dan Z
memperoleh massa yang besar sementara tetap membiarkan foton tak bermassa adalah
sangat miskin dipahami. Penelitian akhir-akhir ini diarahkan menuju perluasan
model standar untuk menyembuhkan cacat-cacat ini dan untuk menyatukan interaksi
kuat dan elektrolemah (sebagai teori pemaduan raya atau GUT), dan boleh jadi
bahkan juga interaksi gravitasional, dalam satu teori tunggal (sebagai teori
Supergravitasi).
Implikasi
Kosmologis. Kemajuan di dalam fisika partikel elementer terutama dengan
terwujudnya unifikasi-inifikasi yang mati-matian diupayakan ternyata tidak hanya
penting bagi fisika partikel itu sendiri, tapi juga akan sangat berpengaruh pada
upaya pemahaman kosmologi modern sekarang. Pemahaman secara menyeluruh dan
komprehensif tentang asal-mula alam semesta dan bagaimana kelak kesudahannya
tampak harus diletakkan pada sejauh mana teori-teori di dalam fisika partikel
elementer dapat dielaborasi dan dibuktikan secara eksperimental.
Usaha-usaha untuk merunut dan menjejaki kembali awal alam semesta
dilakukan di dalam simulasi-simulasi dan eksperimen-eksperimen yang dilakukan di
dalam laboratorium dan akselerator-akselerator. Berbagai teori fisika yang
dikerahkan untuk mengungkapkan beberapa aspek alam semesta, disandarkan pada
teori relativitas umum Einstein (1915), yang dielaborasi selanjutnya oleh
Friedmann, dan beberapa teoretisi lain. Upaya lain adalah bagaimana mencari
hubungan antara relativitas umum dengan mekanika kuantum dalam bentuk teori
kuantum gravitasi. Teori ini berupaya membahasakan kuantisasi partikel wahana
gravitasi dengan metoda-metoda kuantum. Beberapa pioner ke arah sana adalah
Roger Penrose dan muridnya Stephen Hawking, yang sangat terkenal selain karena
kecerdasannya tapi juga karena lumpuh.
Beberapa pemikiran teoretik lain juga dihadirkan, di antaranya adalah
teori Superstring atau yang disebut Teori Segalanya (TOE), yang dikemukakan oleh
beberapa fisikawan, seperti Y. Nambu, E. Witten, dan M. Green. Teori ini
menspekulasikan bahwa alam semesta kita tersusun dan teruntai dalam suatu
tali-tali kosmis yang saling berinteraksi. Namun, sejauh ini belum ada teori
yang benar-benar memuaskan, bahkan semakin membawa kepada kompleksitas yang
semakin kompleks pula!
Meski demikian pelik dan kadang melelahkan atau bahkan gagal dalam
pencarian yang maha luas itu, tapi tetap ada kepuasan besar untuk sedikit
kebenaran, sebagimana yang pernah dikatakan Salam: �...bahwa itu mungkin
datang dari warisan Islamku untuk itu adalah cara
kami memandang alam semesta yang diciptakan Allah, dengan idea‑idea
kecantikan dan kesimetrian dan keharmonian,
dengan keteraturan dan tanpa
kekacauan. Al‑Qur�n menempatkan banyak pengakuan pada
hukum‑hukum alam. Jadi Islam memainkan suatu peran besar dalam pandangan
saya tentang sains; kita sedang mencoba
menemukan apa yang dipikirkan Tuhan; tentu
saja kita gagal secara sangat menyedihkan dalam sebagian besar waktu tapi
kadang‑kadang ada kepuasan besar dalam mencari sedikit kebenaran."
3. PERAN MASYARAKAT DALAM MENDUKUNG
PERKEMBANGAN FISIKA
3.1. Pendahuluan
Kadang-kadang
pembicaraan tentang perkembangan fisika diberikan tanpa mengacu pada lingkungan
budaya, politik, atau ekonomi. Hal ini menunjukkan seolah-olah bahwa para
fisikawan dalam pekerjaan ilmiah mereka sepertinya terisolasi dalam
laboratorium‑laboratorium menara gading, kebal dari tekanan dan pengaruh
dunia luar. Fisika dikatakan berkembang secara misterius. Pendekatan ini
memiliki konsekuensi yang tak men�guntungkan dalam memperkuat pandangan
masyarakat umum tentang ilmuwan yang sepertinya berjalan sendiri, suka berahasia
dan tak dapat dipercaya.
Padahal kita tahu bahwa banyak fisikawan besar sangat tertarik dengan
masalah‑masalah filsafat kontemporer dan masalah‑masalah religius
yang berjalan jauh dari kompetensi sains mereka, dan secara tak terhindarkan
mereka menyerang paham dan keyakinan di zamannya. Kenyataannya bahwa fisika,
dalam bentuknya yang modern, tidak hadir di semua budaya dan di semua zaman. Ia
membu�tuhkan suatu bentuk toleransi khusus dan secara relatif membu�ka iklim
intelektual tertentu, seperti terjadi dalam masyarakat Eropa pada abad
ketujuh-belas untuk mana teori‑teori fisika terbesar pertama kali muncul.
Nega�ra‑negara industri maju sekarang membelanjakan satu persen atau
lebih dari produk nasional kotor (GNP) mereka pada ilmu‑ilmu pengetahuan
alam dan pada riset dan pengembangan teknolo�gi‑teknologi yang terkait
fisika.
Jadi
fisika telah sangat terpengaruh oleh sebagian besar masyarakat baik dalam
kandungannya maupun dalam gaya pengem�bangannya. Gagasan dan kepercayaan dalam
masyarakat luas banyak mempengaruhi para fisikawan. Dukungan material masyara�kat
terhadap perusahaan-perusahaan yang terkait ilmu juga penting.
Suatu model sederhana tentang interaksi antara fisika dan masyarakat yang
memberikan suatu titik tolak yang membantu dilukiskan dalam Gambar 1(a) dan
1(b). Pertanyaan selanjut�nya adalah bagaimana model ini berubah sepanjang
waktu. Inter�aksi pada dua level berbeda, yaitu level material dan level
ideologis ditinjau. Pada level material kita memiliki aliran finansial dan
sumber‑sumber lain dari berbagai badan‑badan pendanaan kepada
komunitas fisikawan. Input meliputi
peneli�ti‑peneliti muda yang terdidik. Output adalah berbagai macam teknologi terkait fisika yang merentang
dari pesawat televisi hingga senjata nuklir, meski tentu saja
produk‑produk akhir ini telah memadukan banyak hal dari hanya sekedar
fisika. Akan tetapi, sama pentingnya, adalah interaksi pada level ideologi
(gagasan) konsep‑konsep
diambil dalam beberapa cara misteri�us oleh para fisikawan individual dari
gagasan masyarakat kontemporer dan diolah oleh masyarakat ilmiah menjadi
teori‑teori dasar fisika, kembali lagi ke masyarakat dalam suatu bentuk
yang benar‑benar baru.
3.2.
Sumber-sumber Daya Bagi Fisika
Hal paling nyata dimana masyarakat mempengaruhi fisika adalah dengan cara
mendanainya. Hingga abad ke sembilan belas dana‑dana ini sebagian besar
datang dari individu‑individu, biasanya dari ilmuwan itu sendiri atau
patron‑patron kaya. Dana kerajaan misalnya sangat berarti di Perancis pada
abad ke delapan belas dalam menyokong kerja Akademi Ilmu Pengetahuan.
Profesionalisasi ilmuwan, termasuk fisikawan berjalan secara perlahan di
abad ke sembilan belas dan dengan laju yang berbeda di beberapa negara. Ini
terkait dengan perkembangan pendidikan yang memberi sains tempat paling utama
dalam kurikulum baik pendidikan menengah maupun pendidikan tinggi yang
menimbulkan perlunya guru dan peneliti. Perkembangan ini terkait dengan
kebutuhan yang meningkat dari industri akan staf-staf yang berkualifikasi
ilmuwan. Dalam fase awal Revolusi Industri sains hanya memainkan peran tak
langsung. Namun, tidak sampai pada bagian terakhir abad kesembilan-belas bahwa
inovasi berbasis sains, ketimbang berbasis pesawat peluncur, menjadi penting;
kerja fisikawan menjadi sangat berarti teristimewa bagi industri rekayasa
listrik pada tahap awal.
Di
abad kesembilan-belas di Jerman laboratorium‑laboratorium riset dalam
bentuknya yang moderen segera dimapankan, baik di Univesitas‑universitas
maupun industri-industri. Jerman kemudian mewarisi kepemimpinan dunia dalam
sains dari Perancis selama periode ini dan inovasi organisasional ini, kelak
ditiru secara luas di Negara‑negara lain. Kenyataan ini menunjukkan
sebagian dari supremasi Jerman. Tidak hanya level sumber‑sumber daya
penting untuk sukses pertumbuhan fisika, tapi juga organisasi
sumber‑sumber daya ini.
Hingga menuju akhir abad kesembilan-belas pembelanjaan pada riset fisika
adalah belum berarti menurut standar‑standar modern, meskipun telah
bertambah secara dramatik.
Adalah Perang Dunia II yang menjadi pendorong luar biasa, yang terus
berlanjut hingga periode pasca perang, terhadap pendanaan besar‑besaran
riset fisika. Para fisikawan secara spektakuler telah berhasil tidak hanya dalam
proyek Manhattan yang terkenal itu tapi juga dalam bidang‑bidang lain
seperti riset radar, dan mereka mengambil keuntungan atas penghargaan umum yang
tinggi di mana mereka harus meminta dan mendapatkan dana untuk
program‑program ambisius, terutama dalam fisika energi tinggi, fisika
nuklir dan terakhir radio astronomi dan fisika luar angkasa.
Periode sejak tahun 1940 sering dinyatakan sebagai periode sains besar,
di mana "besar" menyatakan tidak hanya terhadap pengeluaran belanja
tapi juga sumber daya manusia secara total, terhadap proyek‑proyek yang
dijalankan dan terhadap peralatan eksperimental yang digunakan. Hanya
negara‑negara besar dan kaya, seperti Amerika Serikat dan Russia, yang
dapat dan mampu berjalan sendiri dalam beberapa bidang‑bidang riset sangat
mahal tersebut. Sementara, untuk negara‑negara industri berukuran kecil
dan sedang di Eropa (dan Jepang) kerja sama internasional untuk beberapa saat
menjadi hal pokok dengan organisasi‑organisasi dan proyek‑proyek
mereka menjelma menjadi konsorsium-konsorsium dengan inisial-inisial seperti
CERN (Pusat Riset Fisika Nuklir dan Partikel Eropa), JET (Pusat Riset Fusi
Nuklir Eropa), ESPRIT (Pusat Riset Teknologi Informasi Eropa), ESA (Badan Ruang
Angkasa Eropa), dan RACE (Pusat
Riset dan Pengembangan Teknologi Komunikasi Maju Eropa).
Selain internasionalisasinya melalui keterlibatannya dalam
proyek‑proyek kerjasama raksasa, hal penting dari fisika moderen adalah
militerisasinya. Penelitian dan Pengembangan (R & D) di bidang
militer telah mempekerjakan banyak fisikawan. Dan patut diingat bahwa
gagasan ambisius Presiden Reagan dengan sistem pertahanan strategis
SDI-nya untuk Perang Bintang-nya Amerika Serikat adalah proyek teknologi tunggal
terbesar yang pernah direncanakan dalam sejarah perlombaan ummat manusia.
Dekade terakhir telah juga terlihat di beberapa negara adanya suatu
pergeseran sikap kearah persyaratan sumber‑sumber umum untuk sains.
Kasus‑kasus mendesakkan suatu dukungan tingkat tinggi untuk riset fisika
karena pengejarannya terha�dap kebenaran terakhir atau nilai kulturalnya makin
bertambah sedikit didengar, jika tidak ada keuntungan ekonomi yang mengalir dari
riset tersebut. Tekanan‑tekanan telah berkembang untuk hanya membiayai
riset‑riset yang relevan secara industrial yang jelas-jelas
"strategik" atau "terapan" dari pada yang "murni".
Persentasi sumbangan dari anggaran riset yang diperuntukkan ke fisika nuklir
telah menurun sementara yang diberikan ke rekayasa telah bertambah.
Banyak aspek tentang isu finansial dan dukungan meterial lain untuk
riset, tapi dapat diidentifikasikan tiga bentuk permasalahan utama untuk kajian
lebih lanjut. Bentuk yang pertama berhubungan dengan ukuran "kue"
sains dan ukuran "keratan" yang diberikan ke fisika. Ke tingkat apa
yang dapat diatributkan terhadap kepemimpinan dalam bidang fisika dengan
institusi‑institusi tertentu dan negeri‑negeri tertentu pada
beberapa waktu untuk melimpahkan sumber‑sumber dana? Apakah kuantitas
menyi�ratkan kualitas? Di bawah lingkungan apa fisika akan menikmati dukungan
yang baik? Bagaimana ia dibiayai dalam hubungannya dengan sains lain ? Bentuk
permasalahan ke dua, yang berkaitan erat dengan yang pertama, adalah menyangkut
efek‑efek pada pengemban�gan fisika dari sumber‑sumber dana yang
sedang langka dan alhasil menahan pertumbuhan, atau limpahan relatif, untuk
beberapa bentuk kerja dari pada yang lain ? Pada tingkat apa, dengan kata lain,
individu‑individu atau badan‑badan pemerin�tah yang telah
menyediakan dana, dari pada fisikawan itu sendiri, menetapkan agenda untuk riset
? Adakah juru bayar militer dan industrial, misalnya, dalam beberapa cara mengac�aukan
fisika, menyelewengkan usaha‑usaha menjauh dari tujuan riset murni?
Terakhir adanya permasalahan seluruhnya tentang pendidikan fisika, baik untuk
masyarakat bebas dan untuk fisikawan mesa depan.
3.4. Fisika dan Teknologi
Kita memandang teknologi‑teknologi kunci dari fase awal sejarah
umat manusia cukup penting sebagai label untuk periode‑periode tersebut
zaman batu, perunggu dan besi. Akan tetapi, beberapa sejarawan sekarang
berpendapat kasus determinisme teknologi murni
teori bahwa hidup dan struktur masyarakat pada akhirnya sepenuhnya
ditentukan oleh teknologi yang digunakan oleh masyarakat tersebut. Meskipun
demikian tak ada perhitungan yang memadai tentang masyarakat dapat diberikan
tanpa mencurahkan perhatian ke teknologi yang dikembangkan dan digunakan.
Teknologi berinteraksi dengan faktor‑faktor ekonomi, politik dan sosial
untuk membentuk masyarakat, dan sejak hari‑hari pemunculannya, terutama
pada seratus tahun terakhir, fisika telah memiliki suatu peranan memimpin dalam
membentuk teknologi itu.
Untuk menilai dengan pernyataan banyak orang yang menonjol dalam bidang
kebijaksanaan sains adalah masih merupakan keyakinan yang dipegang luas bahwa
progresi linier secara langsung hadir
dari riset fisika ke riset terapan, seterusnya ke pengembangan dan akhirnya ke
menufaktur produk‑produk baru dan memperkenalkan proses‑proses baru.
Sepintas terlihat seperti sebuah garis lurus yang ditarik dari sinar‑sinar
katoda-nya JJ Thomson (1856‑1940) ke perangkat televisi modern. Tapi
kenyataannya situasinya jauh lebih rumit.
Sejarah kemunculan termodinamika di abad kesembilan-belas melukiskan
semacam "proses balik ". Di sini teknologi mesin uap mendahului fisika
murni. Mesin‑mesin uap primitif merupakan hasil kerja
insinyur‑insinyur dengan pengetahuan berbasis keahlian ketimbang berbasis sains,
dan penyempurnaannya dilakukan secara kasar melalui metoda coba‑coba
meskipun ada beberapa input ilmiah dalam konteks teori kalori panas. Mesin uap
mencapai taraf perkembangan yang tinggi mendahului kerja S. Carnot, J.P. Joule
dan Lord Kelvin (William Thomson). Mesin uap itu sendiri ditemukan terutama
karena kebutuhan masyarakat akan suatu sumber tenaga yang lebih terpusat. Sains
akhirnya dianggap muncul dari paksaan‑paksaan ekonomi dan bahkan kerja
paling murni dari Newton harus dilihat dalam konteks kebutuhan kapitalisme abad
ketujuh-belas.
Akan tetapi, model‑model linier
sederhana telah memadukan fisika murni, teknologi dan masyarakat dalam
satu arah perkem�bangan. Degan pasti benar bahwa tanpa fisika murni, teori
relativitas khusus atau mekanika kuantum, misalnya, maka banyak keajaiban
teknologi hari ini tak akan mungkin terjadi. Dalam pengertian ini teori dasar
yang luas dari fisika menjadi sokoguru utama perkembangan teknologi
modern.Dengan cara serupa, akan tetapi tanpa desakan‑desakan ekonomi
seperti tuntutan pasar, tanpa potensial penjualan pada skala besar,
gagasan‑gagasan yang paling brilian dari
fisikawan terapan tak akan dapat termaterialisasi. Dorongan saintifik
atau teknologi dan tarikan ekonomi adalah keduanya penting untuk inovasi yang
berhasil. Garis lebar yang menghubungkan sinar‑sinar katoda Thomson ke
perangkat televisi modern memiliki, dalam tinjauan lebih dekat, suatu struktur
halus sangat kompleks. Ia terdiri dari cabang‑cabang,
ranting‑ranting dan jaringan‑jaringan yang membagi dan menggabung
lagi; ia sesungguhnya hanya salah satu rangkain dari susunan garis‑garis
serupa, kurang lebih paralel, yang akhirnya mengumpul. Garis‑garis lain
ini mempunyai titik permulaan pada teori gelombang elektromagnetik Maxwell, atau
eksperimen‑eksperimen Hertz dan konsep‑konsep Faraday. Ini lewat
melalui kumpulan‑kumpulan, idea‑idea yang menandai teori atom Bohr,
peranan gelombang Schrodinger, dan seterusnya. Tapi banyak garis‑garis
dapat dijejaki kembali bukan ke teori‑teori fisika tapi agaknya ke
tantangan‑tantangan teknologi dan rekayasa (seperti
misalnya bagai mana membuat semikonduktor yang sangat murni),
respon‑respon terhadap mana akan membuka suatu bidang‑bidang teori
baru atau memberi para eksperimentalis dengan peralatan‑peralatan baru dan
material‑material baru yang akan memperluas rentang cakupan penyelidikan
mereka.
Masalah pendanaan riset fisika oleh pemerintah dan industri akan terkait
erat terhadap kemungkinan dihasilkannya produk‑produk yang menguntungkan
secara ekonomis dan inovasi‑inovasi proses, dan peneliti‑peneliti
murni ter�paksa mencari argumen dalam pengertian‑pengertian ini untuk
membuktikan kerja mereka. Pengkajian kepentingan relatif dari riset murni pada
inovasi teknologi adalah operasi kontrover�sial dan kompleks. Studi‑studi
riset berbeda telah datang dengan kesimpulan-kesimpulan berlain-lainan yang
sering mencerminkan kepentingan ekonomi atau bias disiplin dari peneliti.
Di tahun 1960‑an, misalnya, di Amerika Serikat, Departemen
Pertahanan menetapkan suatu proyek untuk menguji tingkat terhadap mana riset
sains murni dan terapan berkontribusi terhadap produksi sistem persenja�taan
baru. Studi ini menyimpulkan bahwa riset sains, dan riset dasar murni khususnya,
relatif tak penting sebagai sumber idea bagi pengembangan senjata, dan bahwa
uang diperuntukkan untuk riset murni lebih baik untuk kerja pengembangan terapan
atau missi.
Beberapa peneliti sosial telah mengidentifikasikan suatu teluk antara
fisika murni dan fisika terapan di Universitas‑univer�sitas Inggris di
masa lalu, dengan profesor‑profesor terkemuka
yang memiliki saham bagi suatu keyakinan bergengsi dalam superioritas
yang terbawa lahir dari masalah untuk pengetahuan murni dan beberapa kebencian
atas eksploitasi vulgar fisika di pasar. Ini barangkali salah satu aspek dari
suatu prasangka anti‑industri yang muncul dalam budaya Inggris dari
pertengahan abad kesembilan-belas yang tak hadir (atau setidaknya tak hadir pada
tingkat yang sama) di Jerman, Perancis dan Amerika Serikat. Pada saat ini di
Inggeris perhatian berayun ke arah lain, meskipun patut dicatat bahwa Jepang,
yang telah membangun suatu posisi teknologi yang sangat kuat dalam banyak
bidang, tanpa dasar riset murni yang kuat di masa lalu, sekarang mengembangkan
dengan cepat pro�gram‑program riset murninya. Berapa banyak usaha
Inggeris untuk bergerak ke fisika murni ? Ini suatu yang membangkitkan minat dan
masalah penting. Meskipun banyak kerja telah dilakukan studi‑studi kasus
lebih lanjut dari kaitan antara fisika dan teknologi di beberapa negara pada
beberapa periode dapat memberikan bahan pertimbangan yang bernilai untuk
memikirkan pembuatan kebijaksanaan sekarang.
3.5. Asal-usul Fisika Dalam Masyarakat
Dari semua bidang yang terlihat dalam meninjau interaksi fisika dan
masyarakat, studi terhadap gagasan fisika dalam masyara�kat barangkali yang
paling sulit dan kurang berkembang. Biasa�nya jauh lebih mudah
mengkaji dampak pada masyarakat pandan�gan dan konsep konsep yang datang
dari fisika dari pada menje�jaki asal‑usulnya dalam masyarakat pelopor
dan, sebagai ia ada, pendahulu konsep‑konsep ini. Dan jadi studi
pemunculan fisika ini dari kompleks pemikiran pra‑ilmiah, religius dan
filosofis dan dari pengembangan fisika pada periode tertentu sebagai bagian
kehidupan budaya dan intelektual periode itu, yang menghadirkan tantangan
terbesar bagi para epistemologis. Satu perangkat pertanyaan melingkari kemun�culan
konsep‑konsep tentang ruang, waktu, materi, kelistrikan, gaya,
transformasi, kekekalan, hukum ilmiah dan seterusnya. Banyak dari konsep ini
tentu saja telah mengalami banyak modifikasi meskipun selama periode
perkembangan yang matang dari fisika pada ratusan tahun terakhir atau lebih, dan
tak diragukan lagi akan memodifikasi lebih lanjut di masa depan.
Fisika disajikan sebagai ilmu pengetahuan yang bermula dari beberapa
eksperimen yang jelas dan sederhana dan beberapa gagasan, dan kemudian bertumbuh
secara kumulatif dan secara tidak problematik begitu makin banyak
"fakta" ditemukan dan ditambahkan kepadanya.
Refleksi pada hubungan antara agama dan timbulnya kapita�lisme dan sains
modern memunculkan tiba‑tiba pertanyaan lain yang menarik: Mengapa sains,
dan secara khusus fisika, baru hadir dalam bentuknya yang modern nanti di abad
ketujuh-belas dan tidak lebih awal?
3.6. Pandangan Dunia Ilmiah
Keberhasilan fisika abad ketujuh-belas akhirnya memiliki efek memapan�kan
pandangan dunia baru yang menonjol di Eropa yang sebagian besar, jika tidak
secara utuh, menggantikan pendangan‑pandangan religius yang telah mewarnai
semua kehidupan abad pertengahan. Pandangan dunia ilmiah ini diterima sangat
lambat, pertama‑tama oleh hanya minoritas kecil, tapi sejak itu telah
memapankan secara perlahan-lahan suatu hegemoni pada makin banyak bidang
pemikiran dan aktivitas dalam suatu varie�tas yang lebar dari kebudayaan,
meskipun tetap ditentang dari waktu ke waktu oleh gerakan fundamentalis
keagamaan dan oleh kritikus sains humanis.
Filsafat alam abad ketujuh‑belas menempatkan suatu tekanan sen�tral
dalam membawa secara bersama‑sama analisis, eksperimen dan matematika
sebagai suatu alat untuk mendekati fenomena alam. Jika ia gagal dalam banyak
daerah untuk menerobos sains modern, maka sedikitnya dalam bidang mekanik dan
astronomi ia mencapai sukses spektakuler yang kelak dalam abad kedelapan-belas
secara mendalam mempengaruhi banyak pemikir non‑ilmiah. Ia mencari
jawab‑jawab atas pertanyaan‑pertanyaan yang berkaitan dengan dunia
alamiah bukan dalam kitab-kitab suci atau pada komentar berdasar keyakinan agama
atau dalam tulisan‑tulisan penguasa mapan yang dilihat seperti dapat
diterima secara teologis, tapi agaknya pada analisis yang presis dari
konsep‑konsep sederhana yang sesuai dengan matematika dan pengukuran
eksperimental. Kerja Newton dalam menyatukan penje�lasan gerak‑gerak
terestial dan selestial di bawah satu perangkat hukum yang sama telah memberi
kesan yang dalam pada sebagian besar orang ketimbang pada beberapa gelintir
orang yang cukup mengetahui untuk menghayati secara penuh elegansi mate�matisnya
dan keeksakannya.
Banyak filosof alam abad ketujuh‑belas amat religius, tapi efek
akhir kerja mereka dan pengganti‑pengganti mereka telah meruntuhkan
otoritas gereja dan Kitab Suci. Mulai dari pembicaraan sistem heliosen�trik
Kopernikus hingga teori geologi yang menjadi sokoguru teori evolusi Darwin
merupakan suatu rangkaian panjang dari konfrontasi langsung dengan gereja. Idea
bahwa bilangan adalah kunci untuk memahami alam dapat ditelusuri kembali
setidaknya ke zaman Phythagoras. Keteraturan di alam, seperti dinyatakan, dapat
dihubungkan dengan matematika dan ditelaah dengan peralatan penguku�ran yang
teliti. Penekanan pada besaran yang dapat diukur membawa pada kepentingan yang
meningkat guna tujuan‑tujuan deskriptif kualitas‑kualitas primer
dari benda‑benda (ukuran, bentuk, keadaan gerak) dan suatu pengabaian
relatif dari kualitas‑kualitas sekundernya (warna, bau, suara�) dan
atribut‑atribut lain yang tak dapat dikuantifikasi. Pemakaian matematika
memperkuat presisi dalam pemikiran, penyempurnaan konsep‑konsep yang masih
kabur, dan membuang pikiran animistik dan " keyakinan-keyakinan
supernatural."
Sains baru adalah bersifat analitik, yang mempelajari sistem‑sistem
sederhana, teridealisasi dan terisolasi yang dapat dijelaskan dengan hanya
menggunakan beberapa variabel. Orang boleh membayang�kan sebuah partikel
Newton, suatu massa titik yang terpisah pada jarak jauh tertentu, secara mutual
tarik menarik satu sama lain tapi tak dipenga�ruhi oleh bagian alam semesta
yang lain. Dari sistem sederhana ini sistem‑sistem yang lebih kompleks
dapat dibangun untuk mengaproksimasi secara lebih baik terhadap
bagian‑bagian tertentu dunia nyata. Jenis pendekatan ini mencerminkan
pandangan-pandangan Descartes,tapi ada keganjilan‑keganjilan dengan
metoda‑metoda yang menekankan koleksi dan klasifikasi dari bermacam dan
banyak tulisan‑tulisan kaum terpelajar pada subyek‑subyek tertentu,
sebagai suatu pendahuluan untuk memah�ami subyek itu. Tentu saja tidak mudah
untuk tiba pada asumsi‑asumsi sederhana yang memungkinkan seseorang untuk
mengekstraksi bahan‑bahan yang bermanfaat dari agregasi ilmu pengetahuan
yang heterogen dan luar biasa besar tersebut yang mengumpul�kan secara
bersama‑sama sifat‑sifat fisis dari benda‑benda, deskrip�si‑deskripsi
literalnya, atribut‑atributnya dalam berbagai sistem mitikal, peranan dan
signifikansinya dalam agama, keyakinan‑keyakinan animis yang berkaitan
dengannya dan seter�usnya.
Dengan demikian secara tak terelakkan, pemakaian matematika dan analisis
telah mendorong dan menyemangati suatu pendekatan eksperimental, yang menolak
banyak pemikiran tradisional yang berhubungan langsung dengan pengalaman.
Hasil‑hasil eksperimen dibahas, diterbitkan dan di disebarkan lebih
terbuka dan secara luas daripada sebelumnya. Akhirnya, dapat diargumentasikan,
para ahli filsafat alam terdahulu dimotivasi oleh keinginan untuk memperoleh kon�trol
lebih besar terhadap alam lebih dari sebelum�nya, dan metoda‑metoda
mereka diadaptasi terhadap tujuan ini. Di sini aspek yang sangat signifikan dari
apa yang kita nama�kan pandangan dunia ilmiah baru adalah bahwa ia dapat diter�apkan
ke banyak bidang aktivitas manusia yang lain sama seperti halnya pada astronomi
dan mekanika. Kita dapat merasakan pengaruhnya yang pertama dalam mempercepat
perkembangan cabang‑cabang sains alamiah lainnya
kimia, elektromagnetisme, dan ilmu-ilmu tentang bumi di abad
kesembilan-belas, ilmu-ilmu tentang substans hidup pada tahun-tahun terakhir ini
meski aki�batnya berjalan jauh di luar sains. Dalam beberapa cara
sejarah 300 tahun terakhir dapat dilihat sebagai sejarah "kolonisa�si"
dari semua jenis aktivitas berbeda oleh metoda‑metoda dan
sikap‑sikap saintifik. Jadi Revolusi Industri dapat dipandang sebagai
hasil penerapan pemikiran saintifik secara perlahan‑lahan ke metoda-metoda
produksi. Organisasi kerja, manajemen orang, perencanaan teknologi, birokrasi
negara, peperangan, pertanian, perawatan kesehatan, pendidikan, olah raga dan
lain‑lainnya, semuanya telah, dan masih sedang, ditransformasikan oleh
metoda‑metoda matematis analitik dan eksperimental yang memi�liki asal
muasalnya dalam fisika abad ketujuh‑belas tersebut. Secara esensial proses
itu adalah salah satu pemecah problem ke dalam berbagai elemen, berusaha
mengkuantifikasikannya dan mengukur variabel‑variabel pentingnya dan
menguji rangkaian penyelesaian‑penyeles�aian yang mungkin yang belum
pernah dipikirkan sebelumnya. Komputer adalah instrumen akhir yang memadukan
pandangan dunia ilmiah ini.
Pandangan dunia ini tentu saja memiliki kelemahan-kelemahan, dan
aplikasinya memerlukan biaya
sebesar manfaatnya.
4.
PENDIRIAN AKADEMI-AKADEMI SAINS
Sebagaimana diketahui bahwa selama abad ketujuh belas telah terjadi suatu
perkembangan pesat dalam matematika, astronomi, dan ilmu-ilmu kealaman lain.
Banyak orang terdidik menjadi tertarik di dalam sains dan kerja eksperimental
terutama yang menerima banyak perhatian. Banyak universitas dikontrol oleh
gereja, dan karena ini tidaklah menguntungkan bagi kemajuan ilmiah, sehingga
suatu perkumpulan masyarakat terpelajar segera diorganisasikan di negeri-negeri
Eropa. Tujuannya ialah untuk mengumpulkan mereka yang memiliki minat sama dan
untuk memfasilitasi pekerjaan-pekerjaan eksperimental. Gerakan ini pertama
dimulai di Italia di mana, pada 1560, didirikan Accademia Secretorum Naturae di
Naples. Kemudian Accademia dei Lincei di Roma pada 1603, di mana Galileo sebagai
salah seorang anggotanya. Setelah Galileo meninggal, Accademia del Cimento
didirikan di Florence dengan sokongan Duke Besar, Ferdinand de� Medici dan
saudaranya Leopold. Murid-murid Galileo, Viviani dan Torriceli berperan di
akademi tersebut.
Di Inggeris pada saat yang sama, sekitar 1645, juga telah ada kelompok
studi informal, namun baru 15 Juli 1662 secara resmi berdiri Royal Society of
London, dengan anggota-anggota Robert Boyle, Christopher Wren, John Wallis,
Robert Hook, Newton dan lain-lain.
Di Perancis, pada 1666, berdiri Akademi Ilmu Pengetahuan Perancis, yang
dipelopori oleh Father Marsenne. Serangkaian pertemuan pendahuluan yang
dilakukan dihadiri oleh Gassendi, Descartes, dan Pascal. Ini diresmikan oleh
menteri Louis XIV Colbert. Matematikawan Roberval, astronom Cassini, fisikawan
Denmark Romer, dan fisikawan Perancis Mariotte tampil sebagai anggota Akademi
yang utama.
Kemudian pada 1725 di Russia berdiri Akademi Ilmu Pengetahuan Russia di
St. Petersburg dengan dukungan penguasa Russia, terutama Chaterine II. Akademi
ini dijalankan oleh dua putra John Bernoulli, Nicholas dan Daniel, dan kemudian
oleh Leonard Euler, meski mereka bukan orang Russia asli tapi sebagai warga
Swiss.
Pada 1770 di Prussia (Jerman) berdiri Akademi Ilmu Pengetahuan Prussia
(Berlin) oleh Kaiser Frederick II. Akademi ini pertama kali dijalankan oleh
Euler setelah pindah dari St. Petersburg. Euler kemudian kembali lagi ke St.
Petersburg setelah dibayar lebih mahal oleh Chaterine II.
Sementara itu, perkembangan fisika di Jepang ialah didahului oleh
Rertorasi Meiji pada 1868. Memang, pada waktu itu Jepang telah memiliki
teknologi sendiri yang cukup maju, namun belum ada sains dalam pengertian yang
sesungguhnya. Ketika para pemimpin Jepang memutuskan untuk melakukan
modernisasi, menyusul kunjungan Komodor Perry pada 1853 yang memaksa Jepang
membuka bandar-bandarnya bagi pedagang-pedagang asing, mulai disadari
�pentingnya� sains dan segera didatangkan professor-professor fisika Eropa
dari Perancis dan Inggeris, sehingga terbentuk fisika Perancis dan fisika
Inggeris. Beberapa samurai juga terpaksa belajar fisika ke Eropa. Meski minat
ilmiah mereka sangat terbatas, tapi mereka penuh dengan jiwa patriotik dan
belajar sains dengan semangat militer. Mulanya para samurai ini agak ragu dengan
sains Barat, namun kemudian akhirnya percaya, dan segera kukuh tidak hanya
karena jiwa patriotik semata. Di antara figur terpenting adalah Hantaro Nagaoka
(1865-1950), Y. Nishina (1890-1951). Generasi berikutnya adalah Hideki Yukawa
(putra professor geologi Tokuji Ogawa), Seishi Kikuchi, dan Sin-itiro Tomonaga
(1906-1979).
Hal ini menunjukkan betapa besar perhatian dan dukungan dari
penguasa-penguasa setempat terhadap kegiatan para ilmuwan di waktu itu.
5.
FISIKA DAN MATEMATIKA
Jika sungguh-sungguh ada suatu prinsip unik pada mana hukum-hukum fisika
ditemukan kemudian dapat dipahami, kita harus mencari petunjuk atau gelagat
dalam sifat dari alam (the nature of nature), atau oleh Feynman disebut sebagai
karakter hukum fisika. Namun satu hal adalah jelas: Alam menggunakan matematika.
Jika ini tidak demikian, jika alam misalnya malahan diperintah oleh suatu komite
yang terdiri dari jin-jin dengan mana alam mengikuti kemauan mereka, maka akan
ada hanya sedikit harapan bagi kita untuk memahami fisika dan untuk meramalkan
kejadian eksperimen atau menemukan teknologi baru. Para ilmuwan segera akan
digantikan oleh para dukun dan ahli sihir.
Bagaimanapun hubungan timbal-balik antara fisika dan matematika tampaknya
jauh lebih dalam dari pada yang telah kita pahami. Dalam permulaan peradaban
hanya ada sedikit perbedaan antara seorang matematikawan dengan seorang
fisikawan, namun dalam zaman modern para matematikawan murni telah
mengeksplorasi subyek mereka secara independen dari aplikasi potensialnya.
Matematika telah memiliki suatu keberadaannya sendiri. Para matematikawan ini
telah membangun suatu jaringan raksasa dari struktur logika yang mana memiliki
suatu kecantikan dalam (alami) yang luar biasa yang hanya terlihat oleh mereka
yang meluangkan waktu mempelajari dan mengeksplorasinya. Mereka biasanya akan
mengatakan bahwa mereka menemukan matematika baru dari pada sekedar menciptanya.
Hampir pasti bahwa ras intelegensia (genius) lain di lain planet, atau bahkan di
alam semesta lain, juga akan mempunyai para matematikawan yang menemukan
teorema-teorema yang sama dengan notasinya saja yang berbeda.
Sungguh mengejutkan terhadap tingkat mana struktur-struktur matematik
adalah dapat diterapkan terhadap fisika. Seringkali seorang fisikawan akan
menemukan suatu konsep matematika berguna hanya dengan diberitahu oleh para
matematikawan bahwa mereka telah mempelajarinya untuk beberapa lama dan dapat
menolong dengan suatu daftar panjang dari teorema-teorema berguna tersebut.
Demikianlah halnya ketika Heisenberg merumuskan teori mekanika kuantumnya yang
menggunakan formulasi matriks yang sebelumnya tidak familiar bagi beberapa
fisikawan. Contoh-contoh lain berlimpah, penerapan Einstein terhadap geometri
non-Euclid pada gravitasi dan, dalam fisika partikel, penggunaan yang luas dari
klasifikasi grup-grup Lie. Akhir-akhir ini, teori matematika tentang simpul
telah menemukan tempatnya dalam teori gravitasi kuantum. Sebelumnya bahwa, para
matematikawan memandangnya sebagai suatu bidang matematika murni tanpa aplikasi.
Sekarang peran yang dimainkan oleh simpul-simpul dalam fisika fundamental tampak
begitu penting sehingga kita dapat menerka bahwa ruang memiliki tiga dimensi
hanyalah jumlah dimensi di dalam mana anda dapat mengikatkan simpul-simpul dalam
tali. Yang demikian adalah tingkat di mana matematika digunakan dalam fisika
yang para fisikawan menemukan teori-teori baru dengan mencari keindahan
matematisnya dari pada dengan mencoba mencocok-cocokkan fungsi-fungsi ke dalam
data empiris yang mungkin anda harap-harapkan. Dirac menjelaskan bahwa adalah
dengan cara inilah dia menemukan persamaannya yang terkenal tentang elektron.
Hal ini merupakan misteri yang dalam tentang mengapa ini harus demikian. Ini apa
yang dikatakan oleh Wigner dengan keefektifan matematika yang tak masuk akal
dalam ilmu-ilmu alam.
Juga telah dikemukakan oleh Feynman bahwa hukum fisika tampak mengambil
suatu bentuk sedemikian ia dapat diformulasikan ulang dalam beberapa cara yang
berbeda. Mekanika kuantum dapat diformulasi menurut mekanika matriksnya
Heisenberg, mekanika gelombangnya Schrodinger atau integral lintasannya Feynman.
Semua ketiganya secara matematik ekivalen namun sangat berbeda. Adalah mustahil
untuk mengatakan bahwa yang satu lebih benar dari yang lainnya.
6. FISIKA DAN HUBUNGANNYA DENGAN
BIDANG-BIDANG LAIN
Untuk
suatu waktu yang lama sains kurang lebih telah merupakan suatu totalitas padu
yang dikenal sebagai filsafat alam. Namun tidak sampai satu atau dua abad lalu
perbedaan-perbedaan antara fisika dan kimia dan juga ilmu-ilmu tentang kehidupan
mulai menjadi jelas. Tidaklah mengherankan karenanya bahwa perkembangan fisika
telah mempengaruhi dan dipengaruhi oleh bidang-bidang lain. Misalnya, buku
catatan Leonardo da Vinci memuat referensi (acuan) pertama tentang gaya-gaya
yang hadir di dalam struktur, suatu subyek yang kita pandang sebagai fisika
sekarang; namun Leonardo tertarik, sedikitnya sebagian, karena relevansinya
terhadap arsitektur dan bangunan. Usaha pertama dalam kelistrikan yang membawa
ke penemuan baterai listrik dan arus listrik dilakukan oleh seorang ahli
fisiologi abad kedelapan belas, Luigi Galvani (1737-1798). Dia memperhatikan
kedutan (kejangan) kaki-kaki katak karena suatu percikan listrik dan kelak bahwa
otot-otot akan terkedut bila berkontakan dengan dua logam yang tidak sama. Pada
awalnya fenomena ini dikenal sebagai �kelistrikan hewan�, tapi tak lama
kemudian menjadi jelas bahwa arus listrik itu sendiri dapat saja muncul tanpa
kehadiran seekor binatang. Kelak, pada 1930-an dan 1940-an, sejumlah ilmuwan
yang terdidik sebagai fisikawan tertarik dalam menerapkan gagasan-gagasan dan
teknik-teknik fisika pada masalah-masalah mikrobiologi. Di antara yang paling
menonjol adalah Max Delbr�ck (1906-1981) dan Erwin Schr�dinger (1887-1961).
Mereka berharap, di antara hal-hal lain, bahwa dengan mempelajari organisme
hidup mungkin akan membawa ke penemuan beberapa hukum fisika baru yang tak
terduga. Sayang, harapan ini belum terwujud; meski demikian usaha-usaha mereka
telah membantu melahirkan suatu bidang yang sekarang kita sebut biologi
molekuler, yang telah menyebabkan suatu peningkatan dramatik pada pemahaman kita
tentang genetika dan struktur zat-zat yang hidup.
Anda tidak perlu harus menjadi ilmuwan peneliti, misalnya, dalam
kedokteran atau biologi molekuler hanya untuk dapat menggunakan fisika dalam
pekerjaan anda. Seorang ahli zoologi, misalnya, dapat menemukan manfaatnya untuk
mengetahui bagaimana anjing-anjing praire (padang rumput) dan binatang-binatang
lain dapat hidup di dalam tanah tanpa mati lemas. Seorang ahli terapi jasmani
akan mengerjakan suatu pekerjaan yang lebih efektif jika mengetahui
prinsip-prinsip pusat gaya berat dan aksi gaya-gaya di dalam tubuh manusia.
Pengetahuan tentang prinsip-prinsip pengoperasian perlengkapan optik dan
elektronik adalah membantu dalam berbagai bidang. Para ilmuwan di bidang masalah
kehidupan dan arsitek juga akan tertarik pada sifat kehilangan dan kehadiran
panas dalam tubuh manusia dan kepada timbulnya rasa nyaman atau tidak nyaman.
Arsitek sendiri mungkin tidak pernah harus menghitung, misalnya, dimensi-dimensi
pipa dalam suatu sistem pemanas atau gaya-gaya yang terlibat dalam suatu
struktur tertentu untuk menentukan apakah dia akan tetap tegak atau tidak. Namun
demikian arsitek juga harus mengetahui prinsip-prinsip di balik
analisis-analisis ini agar dapat membuat suatu rancangan-rancangan yang
realistik dan dapat berkomunikasi secara efektif dengan konsultan-konsultan
teknik dan spesialis-spesialis lain. Dari titik pandang estetika atau
psikologis, juga, arsitek harus menyadari gaya-gaya yang terlibat dalam suatu
struktur karena
ketidakstabilan, sekalipun hanya ilusi dapat membuat rasa tidak nyaman kepada
mereka yang harus tinggal atau bekerja di dalam bangunan itu. Memang, banyak
kelebihan yang kita kagumi pada arsitektur tiga milenium yang lalu yang
diperkenalkan bukan untuk efek dekoratifnya tapi agaknya untuk tujuan-tujuan
praktis. Misalnya, kornis dan pedimen pada jendela-jendela adalah untuk
melindungi bagian depan bangunan-bangunan dari pengaruh-pengaruh kikisan air.
Dasar dan pokok sebuah tiang bekerja adalah untuk membagi beban dari tiang pada
bangunan di atas dan di bawah. Pembangunan lengkungan sebagai suatu peralatan
untuk membentangi ruang dan pada waktu yang bersamaan untuk menopang suatu beban
berat. Kita melihat bahwa lengkungan yang tirus, atau gaya Gothik, bukanlah pada
mulanya suatu peranti dekoratif tapi merupakan suatu bentuk pengembangan
teknologis kepentingan yang berdasar.
7.
PERSPEKTIF FISIKA DAN MASALAH-MASALAH YANG TERSISA
Sebagai bahan untuk diperhatikan bahwa tekanan-tekanan riset yang cukup
fundamental dalam berbagai bidang fisika, maka berikut ini mungkin ada gunanya
diketahui, yang mana merupakan bidang riset yang paling mendapat perhatian,
yaitu:
A. Fisika
Patrikel. Meliputi: studi-studi interaksi, perluasan model quark, elektrodimaika
kuantum, kromodinamika kuntum, flavourdinamika kuantum, pengendalaan quark,
fisika hadron dan lain-lain.
B. Fisika
Nuklir. Meliputi: studi-studi model-model potensial nuklir, studi-studi
hamburan, spektroskopi nuklir, fisika energi tengah, interaksi nukleon-nukleon,
dan lain-lain.
C. Fisika
Zat Mampat. Meliputi: studi-studi superfluiditas He-3, zat-zat padat tak
beraturan, struktur halus, pinggir serapan sinar-x, gelombang rapat muatan,
struktur kuasi-linear dan kuasi-bidang, fisika permukaan, transisi fase, cairan
elektron-hole, polariton, phonon drag, photon drag, dan lain-lain.
D. Asrofisika
dan Fisika Ruang Angkasa. Meliputi: studi-studi kuasar, eksistensi
bintang-bintang neutron, lubang hitam, model-model kosmologi, penyusun internal
bintang neutron, pencarian persamaan keadaan materi pada kerapatan tinggi,
materi gelap dan massa yang hilang, medium antar bintang, gelombang gravitasi,
monopol magnetik, dan lain-lain.
E. Fisika
Atom dan Molekuler. Meliputi: studi-studi spektra atom dan ion-ion, studi
tampang lintang berbagai tipe tumbukan, disosiasi klasik atom, akselerator
fisika �ion-berat�, dan lain-lain.
F. Fisika
Plasma. Meliputi: studi pengendala magnetik, instabilitas disruptif dalam
tokamak, waktu pengendala, penyelesaian persamaan non-linear terhadap
instabilitas.
G. Biofisika
dan Fisika Kedokteran. Meliputi: studi-studi tentang bionika, biosonar,
biolistrik, biosistem bagi elektronika, laser, maser, holografi, kriogenik,
ultrasonik, elektronika kedokteran, rekayasa genetika dan penciptaan kehidupan,
kloning, eksobiologi: penjelajahan ruang angkasa dan pencarian kehidupan di
dunia lain, dan lain-lain.
H. Fisika
Bumi dan Fisika Atmosfer. Meliputi: studi-studi tentang kebumian, gurun, iklim,
kelautan, lingkungan dan atmosfer, dan lain-lain.
I. Fisika
Terapan. Meliputi: studi-studi untuk perekayasaan di bidang instrumentasi,
kontrol, kecerdasan buatan, robotika, otomatisasi, komunikasi dan
telekomunikasi, dan lain-lain.
J. Fisika
Komputasi dan Pemodelan Matematika. Meliputi: studi-studi dan
pemodelan-pemodelan matematika melalui komputasi numerik pada komputer.
Sementara
masalah yang belum terjawab, sebagian saja:
1. Mengapa
muatan listrik merupakan kelipatan bulat muatan elektron? Kuantisasi muatan
elektron,
2. Kekekalan
nukleon dan kekekalan lepton. Mengapa elektron dan muon masing-masing mempunyai
neutrino sendiri yang berkaitan? Apa yang membedakan neutrino muonik dan
neutrino elektronik?
3. Pendeteksian
glueballs,Peluruhan proton,Partikel Higgs,Monopol magnetik, Osilasi neutrino dan
massa neutrino, Pendeteksian quark, Partikel-partikel supersimetri, partikel
teknikolor, Gelombang gravitasi, Generasi massa.
8.
HARAPAN KEPADA ALUMNI FISIKA
Dengan
melihat berbagai tantangan di masa datang dan gerak maju perkembangan sebuah
bangsa, berdasarkan pengalaman terhadap perkembangan peradaban bangsa-bangsa,
maka sudah tentu kita tidak akan pernah membiarkan diri untuk melepas tanggung
jawab. Dengan demikian kita akan terpanggil untuk terjun dan berperan serta di
dalamnya dengan, kalau perlu, berada di garis terdepan dari barisan tersebut.
Dengan berbagai persoalan fisika yang belum sepenuhnya terpecahkan itu, dan
dengan pertimbangan bahwa pemecahan persoalan-persoalan fisika yang langsung
maupun tidak langsung adalah berkaitan dengan pemenuhan kebutuhan dan
peningkatan standar hidup baik material maupun spiritual, maka tidak ada alasan
untuk kita untuk tidak berpikir optimis, kendati kondisi sekarang belum
sepenuhnya kondusif dan dapat memperlancar usaha-usaha kita.
Perlunya
untuk semakin banyaknya orang-orang yang akan berkecimpung di dalam
bidang-bidang riset dan pengembangan sains dasar atau ilmu-ilmu murni dalam
masa-masa sekarang dan masa datang dapat dilihat dalam Tabel 1 berikut.
Tabel
1. Kesepadanan Antara Persedian Dan Kebutuhan Tenaga
Kerja *)
Kesepadanan
Antara Persediaan dan Kebutuhan Tenaga Kerja
Tamatan S1 Menurut Keahlian/Fakultas
(Perkiraan Selama Pelita VI) |
No
Fakultas
Persediaan Kebutuhan Selisih |
1
Ilmu Kependudukan
724.460 717.413 +107.047 2.
Kesehatan
1.688 1.445
-234 3.
Humanisme
66.832 17.292
+49.540 4.
Ilmu Sosial
698.868 190.815
+508.053 5.
Administrasi Perusahaan 93.625
72.326
+21.299 6.
Hukum dan Kehakiman 363.506
57.791
+345.037 7.
Ilmu-ilmu
Murni
8.921 353.958
-345.037 8.
Teknik
170.610 185.646
-15.036 9.
Pertanian/Kehutanan
147.780 33.222
+114.558 10.
Komunikasi
10.031 3.129
+6.902 |
Jumlah
2.286.321 1.533.037 753.284 |
Sumber:
Bappenas, Depdikbud, BPS, Depnaker 1990/1991 |
*)
Dikutip dari Harian Terbit, Jumat, 23 Mei 1997
Dari tabel tersebut dapat dilihat betapa besar tenaga sumber daya manusia
yang perlu ditumbuhkan dibanding dengan ketersediaan yang ada sekarang. Sekali
lagi adalah harapan yang menggairahkan. Besarnya kebutuhan ini adalah karena
proyeksi terhadap semakin banyaknya industri-industri padat teknologi yang akan
dibangun dan dioperasikan di Indonesia. Dan semuanya boleh dikatakan terkait
sains modern. Lagi pula dalam hal ini semakin digalakkannya hubungan kemitraan
antara berbagai pihak baik pemerintah maupun swasta, dalam bentuk hubungan kerja
sama antara lembaga-lembaga riset dan perguruan tinggi di satu pihak dengan
dunia industri di pihak lain, untuk bersama-sama melakukan riset dalam berbagai
bentuk riset unggulan dan terpilih (RUT, RUK, RUTi, Program In-house, Program
Hibah Bersaing) yang pendanaannya berasal dari pemerintah dan dari dunia swasta.
Inilah harapan yang berupa tantangan yang harus dijawab dengan
kesungguh-sungguhan dan sikap profesionalisme.
8. FISIKA, MASYARAKAT DAN MASA DEPAN
Aplikasi fisika, seperti juga banyak aplikasi cabang ilmu pengetahuan
lain dalam dunia modern, adalah berubah dengan cepat dan bertambah kompleks.
Aplikasi‑aplikasi ini membentuk bagian‑bagian sistem yang makin
lebih independen. Adalah imperatif atau penting sekali bahwa para fisikawan
harus menyadari sepenuhnya tentang kekuatan sosial, ekonomi, dan politik dapat
sangat berperan pada level‑level nasional dan internasional membentuk tipe
kerja yang diperlukan untuk berbuat dan pemakaian‑pemakaian di mana ditem�patkan.
Bahaya‑bahaya fisis timbul dari proliferasi senjata perang berdaya
rusak, dari beberapa kompleks‑kompleks industri besar dan dari degradasi
lingkungan. Bahaya‑bahaya politik timbul dari konsentrasi sosial dan
kontrol ekonomi dimungkinkan oleh teknologi‑teknologi baru. Untuk
menghantam anca�man‑ancaman ini para ilmuwan perlu lebih berwawasan luas
dan berkesadaran sosial dan politik tinggi. Pemahaman terhadap riwayat
perkembangan fisika akan dapat membantu mereka yang mencintai fisika untuk
menghayati bagaimana rintangan‑rintangan bagi pemahaman alam telah diatasi
di masa lalu, dan ini dapat menjadi contoh untuk mengatasi
halangan‑halangan yang juga mereka alami dan untuk memperkuat wawasan
riset dalam bidang yang sangat sulit ini di masa sekarang dan masa depan. Ini
penting dalam memperbaiki pemahaman fisika mereka.
Pertumbuhan Ekonomi
Gambar 2. Trilemma
Pembangunan Berkelanjutan
10. PENUTUP
Terlepas dari usaha-usaha kita di dalam perburuan sains dan upaya
pemenuhan rasa kuriositas kita, namun sesungguhnya tantangan terbesar di masa
depan adalah bagaimana mencari jalan keluar dari masalah-masalah yang timbul
dalam kehidupan keseharian dan yang berhubungan dengan kelangsungan hidup ummat
manusia. Bentuk-bentuk masalah itu menjelma sebagai trilemma antara kebutuhan
energi, keselamatan lingkungan dan pertumbuhan ekonomi untuk terjaminnya
pembangunan berkelanjutan, seperti dilukiskan dalam Gambar 2. Tak ada keuntungan
yang dapat diperoleh di suatu sisi tanpa harus mengorbankan sisi lain. Sebagai
misal, tuntutan perlu dicapainya pertumbuhan ekonomi yang tinggi mengharuskan
pemakaian energi yang meningkat di berbagai sektor, haruslah dibayar mahal
dengan adanya kerusakan dan hadirnya kondisi lingkungan yang buruk. Begitu pula
bila dilakukan penekanan dampak buruk di satu sisi akan
mendatangkan kerugian di sisi lain, dan seterusnya. Apa yang dapat
dilakukan adalah hanya semata-mata melakukan suatu pencarian titik perimbangan
terbaik di antara ketiga segi tadi dengan risiko seminimal-minimalnya.
Bagaimanapun hal ini akan menjadi tema pokok dalam usaha mencapai tingkat
kemakmuran, untuk terwujudnya kualitas hidup yang baik.
Tentu saja, untuk tercapainya usaha-usaha tersebut adalah terletak pada
kebijaksanaan pengelolaan sumber-sumber daya alam
yang sangat terbatas, yang merupakan sasaran eksploitasi habis-habisan;
pencarian inovasi-inovasi baru; pengembangan teknologi-teknologi bersahabat
lingkungan dan usaha-usaha efisiensi sumber daya alam serta perlunya perubahan
perilaku dan gaya hidup yang mengarah kepada kesadaran lingkungan dan
penghematan penggunaan energi.
Dalam hubungan dengan tantangan-tantangan di atas, maka riset-riset
fisika akan tetap berada di barisan terdepan, sebagaimana telah ditunjukkannya
di masa-masa sebelumnya, untuk menjawab masalah-masalah yang berkaitan dengan
kebutuhan-kebutuhan kontemporer dan yang menyentuh tuntutan-tuntutan keseharian
kita. Karenanya, para fisikawan sebagai pelaku yang cukup sentral akan semakin
dituntut peran aktifnya. Di sinilah diharapkan peranan orang-orang yang
berkecimpung di bidang fisika
bidang yang sangat pervasif namun elusif ini
untuk dapat menjawab tantangan-tantangan tersebut, dan untuk dapat
berperan aktif sebagai anggota kelompok masyarakat yang berkepedulian tinggi,
dan karenanya dengan sendirinya akan memiliki citra atau bahkan kedudukan yang
baik di mata publik.
Namun,
yang terutama sekali adalah adanya suasana kondusif yang hadir dalam bentuk
kebijakan Pemerintah dan dukungan masyarakat umum, swasta dan industri, secara
lebih progresif, yang akan memungkinkan terciptanya gairah riset baik di
institusi pemerintah maupun swasta.
Dari semuanya, kita dapat memastikan satu hal: perubahan. Dunia besok
akan berbeda dari hari ini. Tiap hari membawa penemuan-penemuan dan
aplikasi-aplikasi baru. Efek kumulatif peristiwa-peristiwa ini mempunyai
pengaruh menonjol terhadap masyarakat kita dan akan pada akhirnya mengubah
kehidupan kita. Kecenderungan (trend) yang sekarang sedang membentuk dunia kita
begitu beragam dan saling bertentangan yang menjadi makin sulit bagi kita untuk
meramalkan pemunculan interaksi-interaksinya. Memang, suatu sains baru sedang
timbul: studi masa depan.
Meskipun adalah tak mungkin untuk meramalkan dengan pasti bagaimana dunia
nantinya meski hanya satu generasi dari sekarang, kecenderungan-kecenderungan
yang pasti adalah jelas. Jika ummat manusia berhasil bertahan hidup memasuki
abad kedua puluh satu, orang dapat memimpikan suatu masyarakat yang berbeda
nyata dari yang hari ini. Masyarakat masa depan bahkan akan lebih bergantung
secara nyata pada sains dan teknologi. Bahkan mungkin �si miskin� dari masa
depan akan menikmati suatu standar hidup jauh di luar yang dicapai oleh kelas
menengah saat ini.
Semua ini didasarkan pada asumsi bahwa manusia akan belajar memahami
dunianya, untuk mengantisipasi masalah-masalah masa depan, dan memecahkannya
secara bijaksana. Dan memang sesungguhnya dunia ini cukup untuk mengakomodasi
kehidupan, namun tidak untuk keserakahan manusia!