SEJARAH PERKEMBANGAN ILMU FISIKA

Fisika adalah sains atau ilmu tentang alam dalam makna yang terluas. Fisika

mempelajari gejala alam yang tidak hidup atau materi dalam lingkup ruang dan waktu.

Fisikawan mempelajari perilaku dan sifat materi dalam bidang yang sangat beragam,

mulai dari partikel submikroskopis yang membentuk segala materi (fisika partikel)

hingga perilaku materi alam semesta sebagai satu kesatuan kosmos.

Beberapa sifat yang dipelajari dalam fisika merupakan sifat yang ada dalam semua

sistem materi yang ada, seperti hukum kekekalan energi. Sifat semacam ini sering

disebut sebagai hukum fisika. Fisika sering disebut sebagai "ilmu paling mendasar",

karena setiap ilmu alam lainnya (biologi, kimia, geologi, dan lain-lain) mempelajari jenis

sistem materi tertentu yang mematuhi hukum fisika. Misalnya, kimia adalah ilmu

tentang molekul dan zat kimia yang dibentuknya. Sifat suatu zat kimia ditentukan oleh

sifat molekul yang membentuknya, yang dapat dijelaskan oleh ilmu fisika seperti

mekanika kuantum, termodinamika, dan elektromagnetika.

Menurut Richtmeyer, sejarah perkembangan ilmu fisika dibagi dalam empat

periode yaitu:

Periode Pertama

Dimulai dari zaman prasejarah sampai tahun 1550 an. Pada periode pertama ini

dikumpulkan berbagai fakta fisis yang dipakai untuk membuat perumusan empirik.

Dalam periode pertama ini belum ada penelitian yang sistematis. Beberapa penemuan

pada periode ini diantaranya :

2400000 SM - 599 SM : Di bidang astronomi sudah dihasilkan Kalender Mesir dengan

1 tahun = 365 hari, prediksi gerhana, jam matahari, dan katalog bintang. Dalam

Teknologi sudah ada peleburan berbagai logam, pembuatan roda, teknologi bangunan

(piramid), standar berat, pengukuran, koin (mata uang).

600 SM – 530 M: Perkembangan ilmu dan teknologi sangat terkait dengan

perkembangan matematika. Dalam bidang Astronomi sudah ada pengamatan tentang

gerak benda langit (termasuk bumi), jarak dan ukuran benda langit. Dalam bidang sain

fisik Physical Science, sudah ada Hipotesis Democritus bahwa materi terdiri dari atom-

atom. Archimedes memulai tradisi “Fisika Matematika” untuk menjelaskan tentang

katrol, hukum-hukum hidrostatika dan lain-lain. Tradisi Fisika Matematika berlanjut

sampai sekarang.

530 M – 1450 M: Mundurnya tradisi sains di Eropa dan pesatnya perkembangan sains

di Timur Tengah. Dalam kurun waktu ini terjadi Perkembangan Kalkulus. Dalam bidang

Astronomi ada “Almagest” karya Ptolomeous yang menjadi teks standar untuk

astronomi, teknik observasi berkembang, trigonometri sebagai bagian dari kerja

astronomi berkembang. Dalam Sain Fisik, Aristoteles berpendapat bahwa gerak bisa

terjadi jika ada yang nendorong secara terus menerus; kemagnetan berkembang ;

Eksperimen optika berkembang, ilmu Kimia berkembang (Alchemy).

1450 M- 1550: Ada publikasi teori heliosentris dari Copernicus yang menjadi titik

penting dalam revolusi saintifik. Sudah ada arah penelitian yang sistematis

Periode Kedua

Dimulai dari tahun 1550an sampai tahun 1800an. Pada periode kedua ini mulai

dikembangkan metoda penelitian yang sistematis dengan Galileo dikenal sebagai

pencetus metoda saintifik dalam penelitian. Hasil-hasil yang didapatkan antara lain:

Kerja sama antara eksperimentalis dan teoris menghasilkan teori baru pada gerak

planet.

Newton: meneruskan kerja Galileo terutama dalam bidang mekanika

menghasilkan hukum-hukum gerak yang sampai sekarang masih dipakai.

Dalam Mekanika selain Hukum-hukum Newton dihasilkan pula Persamaan Bernoulli,

Teori Kinetik Gas, Vibrasi Transversal dari Batang, Kekekalan Momentum Sudut,

Persamaan Lagrange.

Dalam Fisika Panas ada penemuan termometer, azas Black, dan Kalorimeter.

Dalam Gelombang Cahaya ada penemuan aberasi dan pengukuran kelajuan cahaya.

Dalam Kelistrikan ada klasifikasi konduktor dan nonkonduktor, penemuan elektroskop,

pengembangan teori arus listrik yang serupa dengan teori penjalaran panas dan Hukum

Coulomb.

Periode Ketiga

Dimulai dari tahun 1800an sampai 1890an. Pada periode ini diformulasikan

konsep-konsep fisika yang mendasar yang sekarang kita kenal dengan sebutan Fisika

Klasik. Dalam periode ini Fisika berkembang dengan pesat terutama dalam

mendapatkan formulasi-formulasi umum dalam Mekanika, Fisika Panas, Listrik-Magnet

dan Gelombang, yang masih terpakai sampai saat ini.

Dalam Mekanika diformulasikan Persamaan Hamiltonian (yang kemudian dipakai

dalam Fisika Kuantum), Persamaan gerak benda tegar, teori elastisitas, hidrodinamika.

Dalam Fisika Panas diformulasikan Hukum-hukum termodinamika, teori kinetik gas,

penjalaran panas dan lain-lain.

Dalam Listrik-Magnet diformulasikan Hukum Ohm, Hukum Faraday, Teori

Maxwell dan lain-lain.

Dalam Gelombang diformulasikan teori gelombang cahaya, prinsip interferensi,

difraksi dan lain-lain.

Periode Keempat

Dimulai dari tahun 1890an sampai sekarang. Pada akhir abad ke 19 ditemukan

beberapa fenomena yang tidak bisa dijelaskan melalui fisika klasik. Hal ini menuntut

pengembangan konsep fisika yang lebih mendasar lagi yang sekarang disebut Fisika

Modern. Dalam periode ini dikembangkan teori-teori yang lebih umum yang dapat

mencakup masalah yang berkaitan dengan kecepatan yang sangat tinggi (relativitas)

atau/dan yang berkaitan dengan partikel yang sangat kecil (teori kuantum).

Teori Relativitas yang dipelopori oleh Einstein menghasilkan beberapa hal

diantaranya adalah kesetaraan massa dan energi E=mc2 yang dipakai sebagai salah satu

prinsip dasar dalam transformasi partikel.

Teori Kuantum, yang diawali oleh karya Planck dan Bohr dan kemudian

dikembangkan oleh Schroedinger, Pauli , Heisenberg dan lain-lain, melahirkan teori-

teori tentang atom, inti, partikel sub atomik, molekul, zat padat yang sangat besar

perannya dalam pengembangan ilmu dan teknologi.

1. FISIKA ZAMAN PURBAKALA

Sejak zaman purbakala, orang telah mencoba untuk mengerti sifat dari benda:

mengapa objek yang tidak ditopang jatuh ke tanah, mengapa material yang berbeda

memiliki properti yang berbeda, dan seterusnya. Lainnya adalah sifat dari jagad raya,

seperti bentuk Bumi dan sifat dari objek celestial seperti Matahari dan Bulan. Sejarah

fisika dimulai pada tahun sekitar 2400 SM, ketika kebudayaan Harappan menggunakan

suatu benda untuk memperkirakan dan menghitung sudut bintang di angkasa. Sejak

saat itu fisika terus berkembang sampai ke level sekarang. Perkembangan ini tidak

hanya membawa perubahan di dalam bidang dunia benda, matematika dan filosofi

namun juga, melalui teknologi, membawa perubahan ke dunia sosial masyarakat.

Revolusi ilmu yang berlangsung terjadi pada sekitar tahun 1600 dapat dikatakan

menjadi batas antara pemikiran purba dan lahirnya fisika klasik. Dan akhirnya berlanjut

ke tahun 1900 yang menandakan mulai berlangsungnya era baru yaitu era fisika

modern.

Tokoh-tokoh fisika di zaman ini diantaranya :

A. THALES (620-547 SM)

B. ANAKSIMANDROSS (609-546 SM)

C. ANAKSIMENES (585-525 bc)

D. EMPEDOCLES (490-430 bc)

E. LEUCIPPOS (5th century bc)

2. FISIKA KLASIK

Pada zaman ini pemahaman dibidang kefisikaan masih sempit dan

perkembangannya tidak seluas pada perkembangan konsep-konsep fisika modern.

Contoh-contoh pemikiran pada zaman ini adalah :

A. MEKANIKA KLASIK (MEKANIKA NEWTONIAN)

Mekanika klasik menggambarkan dinamika partikel atau sistem partikel.

Dinamika partikel demikian, ditunjukkan oleh hukum-hukum Newton tentang gerak,

terutama oleh hukum kedua Newton. Hukum ini menyatakan, "Sebuah benda yang

memperoleh pengaruh gaya atau interaksi akan bergerak sedemikian rupa sehingga laju

perubahan waktu dari momentum sama dengan gaya tersebut".

B. ELEKTRODINAMIKA KLASIK

Elekrodinamika, sesuai dengan namanya adalah kajian yang menganalisis

fenomena akibat gerak elektron. Fenomena ini berkaitan dengan kelistrikan dan

kemagnetan. Kendati elektrodinamika merupakan bagian dari fisika klasik, hukum-

hukum elektrodinamika yang dikompilasi oleh Maxwell ternyata sesuai dengan teori

Relativitas, salah satu pilar dari fisika modern. Teori elektromagnet membahas medan

elektromagnet, yaitu medan listrik dan medan magnet . Kedua besaran ini berhubungan

dengan rapat muatan dan rapat arus. Bagian ini tidak akan mengulas secara rinci teori

medan elektromagnet sebab dapat diperoleh dalam kuliah khusus tentang

elektrodinamika.

C. TERMODINAMIKA KLASIK

Thermodinamika adalah cabang ilmu pengetahuan yang membahas antara panas

dan bentuk – bentuk energi lainnya. Michael A Saad dalam bukunya menerangkan

Thermodimika merupakan sains aksiomatik yang berkenaan dengan transformasi

energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya . energi dan materi sangat berkaitan erat,

sedemikian eratnya sehingga perpindahan energi akan menyebabkan perubahan

tingkat keadaan materi tersebut.

D. TEORI RELATIVITAS UMUM

Einstein menyelesaikan teori relativitas umum pada 1915. Teori relativitas umum

menjelaskan bahwa gelombang elektromagnetik tidak sesuai dengan teori gerakan

Newton. Menurut Newton, gravitasi dianggap sebagai kekuatan penarik... Planet-planet

bergerak mengelilingi matahari dalam bentuk lingkaran elips karena matahari memiliki

kekuatan gravitasi yang amat besar. Tapi menurut Einstein, gravitasi tidak dianggap

sebagai kekuatan penarik, tapi lebih sebagai kekuatan eksterior yang merupakan

konsekwensi dari ruang dan waktu atau ruang-waktu. Rangkaian ruang-waktu empat-

dimensi yang melengkung seringkali dilukiskan seperti sebuah karet yang dimelarkan

oleh benda bermasa—bintang, galaksi, dll. Benda bermassa seperti matahari

melengkungkan ruang-waktu di sekelilingnya dan planet-planet bergerak di sepanjang

jalur melengkungnya ruang-waktu. Einstein berkata: “materi memberitahu ruang

bagaimana cara melengkungkan/memelarkan dirinya; ruang memberitahu materi cara

bergerak”. Teori relativitas umum memprediksi dengan tepat sampai pada tingkatan

apakah sebuah sinar cahaya akan terbentang saat ia lewat di dekat matahari. Kalau

dipaksa menyimpulkan teori relativitas umum dalam satu kalimat: Keberadaan ruang,

waktu, dan gravitasi tidak terpisahkan dari benda.

3. FISIKA MODERN

Fisika modern ini ditandai dengan pemikiran-pemikiran baru oleh para ilmuwan

fisika, dimana pemikiran baru ini lebih luas dari pemikiran di zaman fisika klasik.

Dengan kelamahan-kelemahan fisika klasik, fisika modern mampu mengembangkan

dan menjawab berbagai permasalahan yang tidak terjawab oleh pemikiran fisika klasik.

Beberapa penemuan penting dalam zaman ini diantaranya :

A. RELATIVITAS KHUSUS

Hasil percobaan Michelson Morley tidak dapat dijelaskan melalui Fisika Klasik.

Maka Einstein mengemukakan dua postulat relativitas khusus:

hukum fisika dapat dinyatakan dalam persamaan yang berbentuk sama dalam

semua kerangka acuan yang bergerak dengan kecepatan tetap satu terhadap

lainnya.

kelajuan cahaya dalam ruang hampa sama besar untuk semua pengamat, tidak

bergantung dari keadaan gerak pengamat itu.

B. EFEK COMPTON

Pada efek fotolistrik, cahaya dapat dipandang sebagai kuantum energi dengan

energi yang diskrit. Kuantum energi tidak dapat digambarkan sebagai gelombang tetapi

lebih mendekati bentuk partikel. Partikel cahaya dalam bentuk kuantum dikenal dengan

sebutan foton. Pandangan cahaya sebagai foton diperkuat lagi melalui gejala yang

dikenal sebagai efek Compton.

Jika seberkas sinar-X ditembakkan ke sebuah elektron bebas yang diam, sinar-X

akan mengalami perubahan panjang gelombang dimana panjang gelombang sinar-X

menjadi lebih besar. Gejala ini dikenal sebagai efek Compton, sesuai dengan nama

penemunya, yaitu Arthur Holly Compton. Sinar-X digambarkan sebagai foton yang

bertumbukan dengan elektron (seperti halnya dua bola bilyar yang bertumbukan).

Elektron bebas yang diam menyerap sebagian energi foton sehingga bergerak ke arah

membentuk sudut terhadap arah foton mula-mula. Foton yang menumbuk elektron pun

terhambur dengan sudut θ terhadap arah semula dan panjang gelombangnya menjadi

lebih besar. Perubahan panjang gelombang foton setelah terhambur. Dimana m adalah

massa diam elektron, c adalah kecepatan cahaya, dan h adalah konstanta Planck.