Kelompok 6 Fisika Modern [PDF]

Citation preview

MAKALAH SEJARAH PEMBELAJARAN FISIKA PERKEMBANGAN ILMU FISIKA MODERN



Diajukan Sebagai Pemenuhan Tugas Mata Kuliah Mekanika Semester 4



Tanggal Pengumpulan 31 Maret 2021



Dosen Pengampu Mata Kuliah: Dr. Viyanti, S.Pd., M.Pd. & Drs. Feriansyah Sesunan, M.Pd.



Disusun Oleh: Kelompok 6 Siti Nur Oktaviana



1913022007



Resti Yuliana



1913022011



Lutfia Maulidina



1913022013



Alfath Akbar



1913022017



PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS LAMPUNG 2021



KATA PENGANTAR



Puji syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas anugerahNya memberikan pengetahuan, kemampuan dan kesempatan kepada penyusun sehingga



mampu



meyelesaikan



penyusunan



makalah



yang



berjudul



“Perkembangan Ilmu Fisika Modern” dengan benar. Makalah ini merupakan makalah yang berisikan sejarah perkembangan ilmu fisika modern. Pembuatan makalah ini merupakan salah satu tugas mata kuliah Sejarah Pembelajaran Fisika Program Studi Pendidikan Fisika Semester 4. Oleh karena itu tugas ini dibuat untuk memenuhi tujuan tersebut. Pada kesempatan ini Kami ingin mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan penyusunan makalah ini. Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan yang mendasar pada makalah ini. Oleh karena itu, kami sangat mengharapkan kritik dan saran yang dapat membangun dari para pembaca demi penyempurnaan pembuatan makalah yang kami buat selanjutnya sehingga dapat menjadi lebih baik. Akhir kata semoga makalah ini mampu memberikan manfaat bagi kita semua.



Bandarlampung, 31 Maret 2021



Penulis



ii



DAFTAR ISI



Halaman HALAMAN JUDUL ......................................................................................... i KATA PENGANTAR ....................................................................................... ii DAFTAR ISI ...................................................................................................... iii BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang ........................................................................................ 1 B. Rumusan Masalah ................................................................................... 1 C. Tujuan ..................................................................................................... 2 BAB II PEMBAHASAN A. Awal Mula Munculnya Fisika Modern ..................................................... 4 B. Fenomena-Fenomena pada Era Fisika Modern......................................... 6 C. Tokoh dan Teori Fisika Modern ............................................................... 8 D. Konsep Fisika Modern .............................................................................. 21 E. Penerapan Fisika Modern.......................................................................... 22 BAB III KESIMPULAN DAFTAR PUSTAKA



iii



BAB I PENDAHULUAN



A. Latar Belakang Seiring berjalannya waktu, ilmu pengetahuan terus mengalami perubahan dan perkembangan. Tak dapat dipungkiri, polemik kehidupan membawa arus perkembangan zaman. Sehingganya manusia turut serta mengikuti paradigma yang telah diterima masyarakat ilmiah melalui normal sains yang mereka anut. Salah satu unsur yang mengalami perubahan dan perkembangan tersebut adalah ilmu pengetahuan, terutama materi pada bidang fisika. Perubahan demi perubahan terjadi sehingga menciptakan suatu sejarah yaitu sejarah fisika. Sejarah fisika sangat penting sekali untuk dipelajari. Karena dengan mengetahui banyak sejarah, pengetahuan akan bertambah luas, dan bahkan mungkin dari sejarah-sejarah tersebut bisa menemukan penemuanpenemuan baru yang mungkin bisa memperbaiki penemuan-penemuan sebelumnya. Sejarah fisika berkisar pada tahun 2400 SM, Sejak saat itu fisika terus berkembang sampai ke level sekarang. Perkembangan ini tidak hanya membawa perubahan di dalam bidang dunia benda, matematika, dan filosofi, melainkan melalui teknologi juga membawa perubahan ke dunia sosial masyarakat. Berdasarkan ulasan di atas, penulis akan memaparkan bagaimana perkembangan sejarah Fisika Modern seperti sekarang ini.



B. Rumusan Masalah Adapun rumusan masalah pada makalah ini diantaranya sebagai berikut: 1. Bagaimana awal mula munculnya Fisika Modern? 2. Jelaskan fenomena-fenomena yang terjadi di era Fisika Modern?



3. Siapakah tokoh-tokoh di era Fisika Modern dan Jelaskan teorinya? 4. Jelaskan konsep matematis Fisika Modern? 5. Bagaimana penerapan Fisika Modern dalam sejarah perkembangan fisika?



C. Tujuan Adapun tujuan dari penulisan makalah ini diantaranya sebagai berikut: 1. Untuk mengetahui awal mula munculnya Fisika Modern. 2. Untuk mengetahui fenomena-fenomena yang terjadi di era Fisika Modern. 3. Untuk mengetahui tokoh-tokoh di era Fisika Modern dan teorinya. 4. Untuk mengetahui konsep matematis Fisika Modern. 5. Untuk mengetahui penerapan Fisika Modern dalam sejarah perkembangan fisika.



2



BAB II PEMBAHASAN



A. Awal Mula Munculnya Fisika Modern Fisika klasik dimulai dari tahun 1800-an sampai 1890-an. Periode ini diformulasikan konsep-konsep fisika yang mendasar. Pada periode ini, perkembangan yang terlihat dari fisika Klasik adalah formulasi umum dalam Mekanika Klasik (Hukum Gerak Newton)( Vilmala, 2020), Fisika Panas, elektrodinamika klasik, termodinamika klasik, Listrik-Magnet, dan Gelombang (Alicki, 2018). Ketika digabungkan dengan termodinamika klasik, mekanika klasik menuju ke paradoks Gibbs yang menjelaskan entropi bukan kuantitas yang jelas dan ke penghancuran ultraviolet yang memperkirakan benda hitam mengeluarkan energi yang sangat besar. Usaha untuk menyelesaikan permasalahan ini menuju ke pengembangan mekanika kuantum. Pada Fisika Klasik pendekatan terhadap pemecahan persoalan didasarkan pada dalil-dalil mekanika gerak. Disamping itu, dalam penanganan solusi, dilakukan perbedaan antara benda partikel dan fenomena gelombang dan tidak ada pembatasan dalam besarnya energi. Beberapa fenomena yang tidak bisa dijelaskan melalui fisika klasik diantaranya adalah teori kinetik, karena model atom seperti bola kecil dianggap masih belum cukup untuk menentang anggapan mengenai struktur dibagian dalam atom tersebut. Kenyataannya beberapa ilmuwan menolak untuk mengakuinya, sebab atom berarti tidak dapat dibagi-bagi lagi dan tidak mungkin dibentuk atau tersusun dari partikel lain. Pendirian seperti ini tidak dapat diubah lagi dan telah cukup memuaskan pada periode ini. Fisika Klasik memiliki pengembangan dengan mengutamakan prinsip-prinsip tersendiri, yang dikembangkan sebelum bangkitnya teori kuantum dan teori relativitas dari abad 17 hingga 19.



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. 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. Selain itu, istilah fisika modern diperkenalkan karena banyaknya fenomenafenomena mikroskopis dan hukum-hukum baru yang ditemukan sejak tahun 1890. Fenomena mikroskopis yaitu fenomena-fenomena yang tidak dapat dilihat secara langsung, seperti elektron, proton, neutron, atom, dan sebagainya. Ahli fisika telah mencoba memecahkan persoalan tentang struktur atom, elektron, radiasi dengan fisika klasik. Namun, tidak berhasil menerangkan fenomena-fenomena tersebut. Karena itu para ahli fisika mencari ilmu dan model-model lain yang baru. Dengan didapatnya teori-teori baru yang dapat menerangkan fenomenafenomena mikroskopis itu, maka fisika telah memperluas ilmu ke arah yang lebih jauh lagi. Kemajuan teori kinetik tidak memuaskan bagi kebanyakan para ahli fisika, karena model atom seperti bola kecil itu dianggap masih belum cukup kelihatannya menentang anggapan mengenai struktur dibagian dalam atom tersebut. Kenyataannya memang demikian, beberapa ilmuwan menolak untuk mengakui adanya, sebab atom berarti tidak dapat dibagi-bagi lagi dan tidak mungkin dibentuk atau tersusun dari partikel lain. Pendirian begini tidak dapat dirubah lagi dan telah cukup memuaskan pada periode ini. Mekanika, bunyi, panas, dan mekanika statistika, elektromagnetik, dan optik semuanya telah mendapat perumusan yang baik dan akibat-akibatnya telah dikuatkan dengan bermacam-macam cara. Beberapa ahli memperlihatkan bahwa fisika telah selesai sama sekali, hanya tinggal cara memberi pengukuran yang lebih teliti dengan bermacam-macam konstanta fisika. Akan tetapi kepuasan ini belum waktunya, karena praktis tiaptiap cabang ilmu fisika itu diperlihatkan dalam abad ke-20 yang memerlukan



4



peninjauan fundamental kembali. Pembatasan-pembatasan yang diberikan ternyata telah membukakan jalan kepada seseorang untuk memperoleh fenomena-fenomena dalam skala atom yang memberikan indikasi bahwa atom itu lebih kompleks daripada yang dipikirkan selama abad ke-19. Misalnya spektrum atom menunjukkan kebingungan yang kompleks. Garis-garis dalam spektrum itu telah dapat diukur dengan teliti. Seperti pada atom hidrogen dan logam-logam alkali, Balmer dan Rydberg telah dapat menentukan frekuensi-frekuensi dengan hukum empirisnya yang lebih teliti. Meskipun mekanika klasik hampir cocok dengan teori klasik lainnya seperti elektrodinamika dan termodinamika klasik, ada beberapa ketidaksamaan ditemukan di akhir abad 19 yang hanya bisa diselesaikan dengan fisika modern. Khususnya, elektrodinamika klasik tanpa relativitas memperkirakan bahwa kecepatan cahaya adalah relatif konstan dengan Luminiferous aether, perkiraan yang sulit diselesaikan dengan mekanik klasik dan yang menuju kepada pengembangan relativitas khusus. Ketika digabungkan dengan termodinamika klasik, mekanika klasik menuju ke paradoks Gibbs yang menjelaskan entropi bukan kuantitas yang jelas dan ke penghancuran ultraviolet yang memperkirakan benda hitam mengeluarkan energi yang sangat besar. Usaha untuk menyelesaikan permasalahan ini menuju ke pengembangan mekanika kuantum (Geusic, 1967). Pada tahun 1900, Max Planck memperkenalkan ide bahwa energi dapat dibagi-bagi menjadi beberapa paket atau kuanta. Ide ini secara khusus digunakan untuk menjelaskan sebaran intensitas radiasi yang dipancarkan oleh benda hitam. Pada tahun 1905, Albert Einstein menjelaskan efek fotoelektrik dengan menyimpulkan bahwa energi cahaya datang dalam bentuk kuanta yang disebut foton. Pada tahun 1913, Niels Bohr menjelaskan garis spektrum dari atom hidrogen, lagi dengan menggunakan kuantisasi. Pada tahun 1924, Louis de Broglie memberikan teorinya tentang gelombang benda. Sejarah tentang perkembangan fisika memberi dorongan pada generasi muda untik dapat bersaing dalam badang sains ( Trabesinger, 2017).



5



B. Fenomena-Fenomena pada Era Fisika Modern 1. Radiasi Benda Hitam dan Bencana Ultraviolet Jika Wilhelm Wien melakukan eksperimennya di Biro Standar Departemen Fisika Berlin, maka beda lagi dengan Heinrich Rubens, seorang fisikawan Jerman yang juga teman dari Wien. Rubens melakukan eksperimen yang sama di tempat yang berbeda namun masih dalam satu kota, Berlin. Dia juga menggunakan oven yang berbeda dan metode penelitian yang berbeda. Karena itu hasil eksperimen Rubens juga berbeda jauh dengan eksperimen Wien. Rubens mendapatkan grafik intensitas radiasi benda hitam I terhadap frekuensi bentuk kurva yang sedikit mirip dengan kurva distribusi kecepatan molekul gas Maxwell yang dipanaskan dalam gas tertutup. Kurva intensitas radiasi benda hitam terhadap frekuensi yang dihasilkan dari eksperimen Rubens sebagai berikut :



Gambar 2.1 Kurva intensitas radiasi benda hitam terhadap frekuensi



6



Sedangkan kurva distribusi kecepatan molekul gas Maxwell yang dipanaskan dalam bejana tertutup adalah sebagai berikut :



Gambar 2.2 Distribusi kecepatan Maxwell Apabila diperhatikan dengan seksama, dua grafik di atas tidak mirip. Namun, apabila dibandingkan dengan grafik-grafik sebelumnya, grafik distribusi Maxwell adalah yang paling mirip. Inilah yang membuat para fisikawan mulai berkiblat pada Maxwell untuk kasus radiasi benda hitam.



2. Efek Fotolistrik Suatu ketika berkas cahaya dipancarkan di atas logam tertentu, dan ternyata cahaya tersebut dapat melontarkan elektron dari dalam logam dikenal dengan nama efek fotolistrik. Elektron yang dilontarkan, akan memiliki energi kinetik yang besarnya tak bergantung pada intensitas cahaya yang dipancarkan di atas logam dan dia juga membuktikan adanya frekuensi ambang. Frekuensi ambang adalah frekuensi minimal yang dimiliki oleh cahaya agar dapat melontarkan elektron di dalam logam tersebut. Pada tahun 1905, seorang pegawai kantor paten keturunan Yahudi yang bernama Albert Einstein, berhasil menerbitkan sebuah makalah ilmiah, yang diberi judul (jika diterjemahkan dalam bahasa Inggris) “On an Heuristic Viewpoint Concerning the Nature of Light”, yang mampu



7



menjelaskan efek fotolistrik secara matematis dengan pendekatan fenomenologi. (Malau, 2018)



C. Tokoh dan Teori Fisika Modern Beberapa tokoh yang kami ungkapkan disini adalah tokoh yang banyak pengaruhnya terhadap fisika modern, diantaranya: 1. Albert Einstein (1879-1955)



Gambar 2.3 Albert Einstein Einstein, lahir di Ulm, Jerman. Ia sangat tidak senang pada sekolahsekolah di Jerman yang disiplin secara kaku pada waktu itu, karena itu pada usia 16 tahun ia pergi ke negara Swiss untuk menyelesaikan pelajarannya, kemudian ia memperoleh pekerjaan yaitu sebagai orang yang memeriksa pemohon paten (hak paten) pada Swiss Patent Office (Kantor Paten Swiss) di Berne. Kemudian, dalam tahun 1905, gagasannya yang sudah ada dalam pikirannya bertahun-tahun ketika ia harus memusatkan perhatiannya untuk pekerjaan lain berbua menjadi tiga makalah pendek. Gagasan ini telah mengubah pikiran bukan hanya dalam bidang fisika melainkan juga dalam peradaban modern ini. Makalah yang pertama, mengungkapkan sifat cahaya, ia menyatakan bahwa cahaya mempunyai sifat dual, yaitu partikel dan gelombang. Makalah yang kedua, ialah mengenai gerak Brownian, gerak zigzag dari sebintik bahan yang terapung dalam fluida, misalnya serbuk sari dalam air. Einstein mendapatkan rumus



8



yang mengaitkan gerak brownian dengan gerak partikel yang ditumbuk oleh molekul fluida dimana partikel itu terapung. Walaupun teori molekular telah dikemukakan bertahun-tahun sebelumnya, ini merupakan eksperimen yang meyakinkan yang memperlihatkan kaitan pasti yang sudah lama dinantikan orang. Makalah yang ketiga, memperkenalkan teori relativitas. Walaupun sebagian besar dunia fisika pada mulanya tidak begitu peduli atau skeptis, tetapi segera kesimpulan yang ditarik oleh Einstein (bahkan yang tidak diharapkanpun) terbukti dan perkembangan yang sekarang dikenal sebagai fisika modern mulai tumbuh. setelah ia mulai mendapatkan keudukan pada Universitas di negara Swiss dan cekoslowakia, dalam tahun 1913 ia memperoleh pekerjaan di Kaiser Wilhelm Institute di Berlin, sehingga ia dapat melakukan penelitian dengan bebas tanpa kekhawatiran kekurangan uang dan beban kewajiban rutin. Pada waktu itu minat Einstein ialah terutama dalam bidang gravitasi, dan mulai dari hal yang ditinggalkan Newton lebih dari dua abad yang lalu. Teori Relativitas Umum Einstein yang diterbitkan dalam tahun 1915, mengaitkan gravitasi dengan struktur ruang dan waktu. Dalam teori ini, gaya gravitasi dapat dipikirkan sebagai ruang-waktu yang melengkung di sekitar benda sehingga massa yang berdekatan cenderung untuk bergerak ke arahnya, sama seperti kelereng yang menggelinding ke alas lubang yang berbentuk seperti mangkuk. dari teori teori relativitas umum orang dapat membuat ramalan teoretis, misalnya cahaya harus dipengaruhi oleh gaya gravitasi, dan ternyata semuanya terbukti secara eksperimental. Penemuan berikutnya yang menyatakan bahwa semesta ini memuai ternyata cocok dengan teori. Pada tahun 1917, Einstein mengemukakan penurunan baru mengenai rumus radiasi benda hitam Planck dengan memperkenalkan gagasan radiasi yang terstimulasi, suatu gagasan yang buahnya muncul 40 tahun kemudian sebagai penemuan laser. Perkembangan mekanika kuantum dalam tahun 1920 mengganggu Einstein yang tidak menerima pandangan probabilistik sebagai pandangan deterministik walaupun dalam skala atomik. "Tuhan tidak main dadu dengan dunia ini," katanya. Tetapi sekali



9



ini intuisi fisis Einstein tampaknya mempunyai arah yang salah. Einstein Menjadi orang yang terkenal di dunia, tetapi kemasyurannya tidak membawa keamanan ketika Hitler dan orang Nazi berkuasa di Jerman pada awal tahun 1930. Ia meninggalkan Jerman dalam tahun 1933 dan memakai sisa hidupnya untuk bekerja di Institute for Advanced Study di Princeton, New Jersey, sehingga ia lolos dari keadaan yang dialami oleh jutaan orang Yahudi eropa yang dibanatai oleh Jerman. Akhir hidupnya dipakai untuk mencari teori medan terpadu yang menyatukan medan gravitasi dan elektromagnetisme dalam suatu gambaran, namun usahanya ini tidak berhasil. masalah seperti ini memang pantas ditangani oleh orang berbakat ini, tetapi masalah ini belum terpecahkan sampai saat ini. Suatu pemikiran yang belum tepecahkan sampai sekarang yang diwariskan oleh Albert Einstein sampai ajalnya datang menjemput, yaitu menemukan teori medan terpadu yang menyatukan medan gravitasi dan elektromagnetisme dalam suatu rumus atau hukum.



2. Max Planck (1858 - 1947)



Gambar 2.4 Max Planck Max Planck dilahirkan di Kiel dan belajar di Munich dan Berlin. Seperti banyak ahli fisika, ia seorang pemain musik yang baik, selain itu ia juga senang mendaki gunung. dalam tahun 1900, setelah 6 tahun ia bekerja di Universitas Berlin, Planck mendapatkan bahwa kunci pemahaman radiasi



10



benda hitam ialah anggapan bahwa pemancaran dan penyerapan radiasi terjadi dalam kuantum energi hv. Penemuan yang menghasilkan hadiah Nobel dalam tahun 1918 ini, sekarang dianggap sebagai tonggak dari fisika modern. Selama bertahun-tahun Max Planck sendiri menyangsikan kenyataan fisis dari kuantum energi ini. Walaupun selama Hitler berkuasa Max Planck tetap ada di Jerman, ia memperotes perlakuan Nazi pada ilmuwan Yahudi dan sebagai akibatnya ia harus melepaskan kedudukannya sebagai Presiden Institute Kaiser Wilhelm. Setelah perang dunia kedua, Institute itu diberi nama Planck dan ia kembali menjabat kedudukan presiden sampai akhir hayatnya. 3. Arthur Holly Compton (1892 – 1962



Gambar 2.5 Arthur Holly Compton Ia dilahirkan di Ohio dan mengalami pendidikan di Wooster College dan Princeton. Ketika ia bekerja di Washington University di St. Louis ia menemukan bahwa panjang gelombng sinar-x bertambah jika mengalami hamburan, dan pada tahun 1923 ia dapat menerangkan hal itu berdasarkan kuantum cahaya. Pekerjaan ini telah meyakinkan orang akan kebenaran realitas foton, sebenarnya Compton sendirilah yang mengajukan kata “foton”. Setelah ia menerima hadiah Nobel pada tahun 1927, Compton bekerja di University of Chicago untuk mempelajari sinar kosmik dan menolong menjelaskan bahwa sinar ini sebenarnya terdiri dari partikel yang



11



bergerak cepat (sekarang ternyata bahwa partikel itu adalah inti atom, dan sebagian besar adalah proton) yang berputar dalam ruang dan bukan sinar gamma. Ia membuktikan hal ini dengan memperlihatkan bahwa intensitas sinar kosmik berubah terhadap lintang, dan hal ini hanya dapat diterima jika partikel itu adalah ion yang lintasannya dipengaruhi oleh medan magnetik bumi. Selama Perang Dunia II, Compton merupakan salah satu tokoh pimpinan yang mengembangkan bom atom. (Michael, 2005)



4. Louis de Broglie (1892 - 1987)



Gambar 2.6 Louis de Broglie Mula-mula De Broglie ingin jadi diplomat. Maka ia bersekolah dan kuliah di jurusan sejarah. Pada umur 17 tahun ia berhasil mendapatkan gelar di bidang sejarah. Tapi tiba-tiba ia mendengar tentang penemuan Max Planck dan Albert Einstein. Max Planck menemukan foton. Einstein menemukan bahwa massa sama dengan energi. Sejak itu De Broglie sangat tertarik pada fisika walaupun ada susah dan senang yang harus ia lewati. Louis de Broglie mengajukan suatu hipotesis bahwa suatu partikel bergerak yang memiliki momentum p dapat berperilaku sebagai gelombang. Hal ini dicirikan dengan adanya panjang gelombang yang dikenal sebagai panjang gelombang dari suatu partikel. Louis de Broglie, seorang ahli fisika Prancis, mengemukakan gagasannya



tentang



gelombang



12



materi.



Gagasan



ini



merupakan



kesimetrisan atau penerapan yang lebih luas dari gagasan partikel cahaya yang dikemukakan oleh Max Planck-Einstein. Jika cahaya memiliki sifat partikel, maka partikel juga memiliki sifat gelombang. Menurut de Broglie, gerakan partikel mempunyai ciri-ciri gelombang.(Viyanti, 2020: 67)



5. Max Born (1882 - 1970)



Gambar 2.7 Max Born Max Born dilahirkan pada 11 Desember 1882, di Breslau, Jerman (kini Wroclaw, Polandia). Born belajar fisika di Universitas Breslau, Heidelberg, dan Zürich. Pada 1909, ia ditunjuk sebagai dosen di Georg-AugustUniversitaet Goettingen, di mana ia bekerja sampai 1912, saat ia pindah ke Universitas Chicago. Pada 1915, ia kembali ke Jerman namun harus masuk Militer Jerman. Pada 1919, ia menjadi guru besar di Universitas Frankfurtam-Main, dan kemudian profesor di Göttingen pada 1921. Selama masa inilah Born merumukan penafsiran probabilitas fungsi kepadatan dalam persamaan mekanika kuantum Schroedinger. Gagasannya menggantikan teori kuantum yang asli; kini, persamaan matematika Born dimanfaatkan. Pada



1933,



Born



meninggalkan



Jerman



untuk



menghindari



meningkatnya anti-Semitisme dan menerima posisi dosen di University of Cambridge. Dari 1936 sampai 1953, ia adalah guru besar Filsafat Alam di Universitas Edinburgh di Skotlandia. Selama masa ini, kerja Born berfokus pada elektrodinamika nonlinear. Pada 1953, Born pensiun dan kembali ke Jerman di Bad Pyrmont, dekat Gottingen. Ia menjadi warganegara Inggris dan anggota Royal Society di London pada 1939. Pada 1954, Born



13



menerima Hadiah Nobel Fisika untuk karyanya pada fungsi kepadatan probabilitas dan studinya pada fungsi gelombang. Slain memenangkan Penghargaan Nobel, Born dianugerahi Stokes Medal dari Cambridge University dan Hughes Medal (1950). (Michael, 2005)



6. Werner Heisenberg (1901 - 1976)



Gambar 2.8 Werner Heisenberg Werner Karl Heisenberg (5 Desember 1901 - 1 Februari 1976) adalah seorang ahli teori sub-atom dari Jerman, pemenang Penghargaan Nobel dalam Fisika 1932. Werner Heisenberg dilahirkan pada tanggal 5 Desember 1901 di Würzburg, Jerman. Werner Heisenberg ahli Fisika asal Jerman berpendapat bahwa posisi dan momentum elektron tidak mungkin dapat ditentukan bersamaan dengan ketelitian tinggi. Pendapat ini kemudian dikenal dengan "Prinsip ketidakpastian Heisenberg”. Prinsip inilah yang dijadikan dasar pemikiran munculnya teori Mekanikakuantum. Mekanika kuantum modern lahir pada tahun 1925, ketika Werner Karl Heisenberg mengembangkan mekanika matriks. Prinsip ketidakpastian Heisenberg mengatakan bahwa manusia hanya dapat mengamati secara teliti separuh dari kenyataan keadana fisik suatu sistem. Artinya kalau kita dapat mengukur posisi suatupartikel, oengukuran suatu partikel, semakin tidak teliti pengukuran kecepatannya. Heisenberg menemukan mekanika matriks, versi pertama mekanika kuantum, pada tahun 1925. Namun ia tidak menemukan konsep-konsep ini sebagai aljabar matriks, tetapi ia memusatkan perhatian pada serangkaian



14



amplitudo probabilitas quantised. Amplitudo ini membentuk aljabar nonkomutatif. (Viyanti, 2020: 66)



7. Niels Bohr (1885 - 1962)



Gambar 2.9 Niels Bohr Niels Bohr (7 Oktober 1885–18 November 1962) adalah seorang ahli fisika dari Denmark dan pernah meraih hadiah Nobel Fisika pada tahun 1922. Pada tahun 1913 Bohr telah menerapkan konsep mekanika kuantum untuk model atom yang telah dikembangkan oleh Ernest Rutherford, yang menggambarkan bahwa atom tersusun dari inti atom (nukleus) yang dikelilingi oleh orbit elektron. Putranya, Aage Niels Bohr, juga penerima Hadiah Nobel.



8. Erwin Schrodinger (1887 -1961)



Gambar 2.10 Erwin Schrodinger Erwin Rudolf Josef Alexander Schrodinger (1887-1961) ialah fisikawan Austria. Dilahirkan di Wina, Austria-Hongaria. Ibunya berasal dari Inggris 15



dan ayahnya berasal dari Austria. Ia memperoleh gelar doktor di kota itu di bawah bimbingan mantan murid Ludwig Boltzmann. Selama PD I, ia menjadi perwira artileri. Setelah perang ia mengajar di Zurich, Swiss. Di sana, ia menangkap pengertian Louis Victor de Broglie yang menyatakan bahwa partikel yang bergerak memiliki sifat gelombang dan mengembangkan pengertian itu menjadi suatu teori yang terperinci dengan baik. Setelah ia menemukan persamaannya yang terkenal, ia dan ilmuwan lainnya memecahkan persamaan itu untuk berbagai masalah; di sini kuantisasi muncul secara alamiah, misalnya dalam masalah tali yang bergetar.



Setahun



sebelumnya



Werner



Karl



Heisenberg



telah



mengemukakan formulasi mekanika kuantum, namun perumusannya agak sulit dipahami ilmuwan masa itu. Schrödinger memperlihatkan bahwa kedua formulasi itu setara secara matematis. Schrodinger menggantikan Max Planck di Berlin pada 1927, namun pada 1933, ketika Nazi berkuasa, ia meninggalkan Jerman. Dalam tahun itu ia menerima Hadiah Nobel Fisika bersama dengan Dirac. Pada 1939 sampai 1956 ia bekerja di Institute for Advanced Study di Dublin, lalu kembali ke Austria.



9. Richard P. Feynman (1918 - 1988)



Gambar 2.11 Richard P. Feynman Richard Philips Feynman biasa dipanggil dengan nama kecilnya, Dick. Ia dilahirkan Far Rockaway, tidak jauh dari kota New York, dan belajar di



16



Massachussetts Institute of Technology dan Princeton. Si kecil Dick, yang masih berusia sebelas tahun, punya sebuah laboratorium sederhana di rumahnya. Ia senang sekali bermain-main dengan apa saja yang bisa ditemukannya: main lampu dan menciptakan sekring, membuat alarm antimaling di kamarnya, dan membuat sistem koil dengan pemantik api yang dilengkapi gas argon. Saat ia sedang bermain dengan koil itu dan menikmati percikan api yang tercipta (warnanya ungu lho!), tiba-tiba ada kertas yang terbakar terkena api itu. Kertas yang terbakar itu langsung dibuangnya ke tempat sampah, tapi tiba-tiba malah jadi makin menyala. Ternyata tempat sampah itu berisi kertas koran yang cepat terbakar. Anak bandel ini cepat-cepat menutup pintu kamarnya supaya Ibunya tidak mengetahui ‘kecelakaan kecil’ yang sedang terjadi. Untung saja api itu akhirnya berhasil dipadamkan! Kamarnya sih jadi penuh asap gara-gara kejadian itu. Setelah ia memperoleh Ph.D. dalam tahun 1942 ia membantu mengembangkan bom atom di Los Alamos, New Mexico bersama dengan ahli fisika muda lainnya. Ketika perang berakhir, ia pergi ke Cornell dan dalam tahun 1951 pindah ke California Institute of Technology. Pada tahun 1940 Feynmenn memberikan sumbangan pengetahuan yang penting dalam elektrodinamika kuantum, teori kuantum relativistic yang menggambarkan interaksi antarpartikel bermuatan. Masalah penting dalam teori ini ialah kehadiran kuantitas tak berhingga dalam hasilnya, sehingga diperlukan prosedur renormalisasi yang menyingkirkannya dengan melakukan pengurangan dengan kuantitas tak terhingga lain. Walaupun langkah ini meragukan secara matematis dan banyak para pakar fisika tidak senang, teori akhirnya terbukti sangat seksama dalam ramalan teoritisnya. Feynmenn menerima hadiah Nobel pada tahun 1965 bersama 2 pioner lain dalam bidang elektrodinamika kuantum, yaitu Julian Schwinger, juga seorang ahli fisika Amerika. Dan Sin-Itiro Tomonaga, seorang pakar fisika Jepang. Feymenn banyak menyumbangkan gagasan utama pada fisika, baik dalam penelitian maupun pengajaran. Ia juga seorang yang berbakat dalam membuka lemari besi dan memainkan drum bongo.



17



10. Wolfgang Pauli (1900 - 1958)



Gambar 2.12 Wolfgang Pauli Ia dilahirkan di Wina. Pada umur 19 tahun ia telah membahas secara terinci relativitas khusus dan umum yang menarik perhatian Einstein dan tetap merupakan karya standar dalam bidang itu selama bertahun-tahun. Pauli menerima gelar doctor dari universitas Munich pada tahun 1922 dan bekerja untuk jangka waktu pendek di Gotthingen, Copenhagen dan Hamburg sebelum ia menjadi guru besar fisika di institute teknologi di Zurich, Swiss pada tahun 1928. pada tahun 1925 ia mengajukan usul bahwa bilangan kuantum (ketika itu belum diketahui asal hukumnya) diperlukan untuk mengkarakterisasi masing-masing elektron atomic dan bahwa tidak ada dua elektron pada atom yang sama mempunyai seperangkat bilangan kuantum yang sama. Prinsip Eksklusi ini ternyata merupakan mata rantai untuk pemahaman susunan elektron dalam atom. Pada akhir 1925 Goudsmit dan Uhlenbeck, dua orang fisikawan Belanda memperlihatkan bahwa elektron memiliki momentum sudut intrinsic, sehingga elektron harus dibayangkan sebagai partikel yang berputar dan bilangan kuantum Pauli yang keempat menggambarkan arah perputaran (spin). Pada tahun 1931 Pauli memecahkan masalah kehilangan energi semu dalam peluruhan sinar Beta oleh inti dengan mengajukan usul yang menyatakan bahwa ada partikel tak bermassa yang meninggalkan inti bersama dengan elektron yang dipancarkan. Dua tahun kemudian Fermi mengembangkan teori peluruhan Beta dengan pertolongan partikel tersebut, yang dikenal sebagai neutrino (partikel netral yang kecil). Selama perang



18



berlangsung Pauli berada di Amerika Serikat, dan menerima hadiah Nobel pada tahun 1945.



11. Paul A. M. Dirac (1902 - 1984)



Gambar 2.13 Paul A. M. Dirac Ia dilahirkan di Bristol, Inggris, dan belajar teknik elektro di sana. Selanjutnya, ia berganti minat mempelajari matematika dan akhirnya fisika. Ia memperoleh gelar Ph.D. dari Cambridge pada tahun 1926. setelah ia membaca makalah Heisenberg yang pertama mengenai mekanika kuantum pada tahun 1925, Dirac segera merancang teori yang lebih umum dan pada tahun berikutnya ia merumuskan kaidah Eksklusi Pauli menurut prinsip mekanika kuantum. Ia mempelajari statistic partikel yang memenuhi prinsip Pauli, seperti elektron. Hal ini juga dipelajari secara tak bergantungan oleh Fermi pada waktu sebelumnya. Hasilnya disebut Fermi-Dirac untuk menghormati kedua peneliti itu. Pada tahun 1928 Dirac mempelajari gabungan teori relativitas khusus dengan teori kuantum sehingga menghasilkan teori elektron yang memungkinkan penjelasan spin dan momen magnetic elektron dan juga meramalkan keadaan elektron yang bermuatan positif atau positron. Partikel ini ditemukan oleh Carl Anderson dari Amerika Serikat pada tahun 1932. Dirac memperoleh hadiah Nobel fisika bersama dengan Schrodinger pada tahun 1933. Dirac tetap tinggal di Cambridge sampai tahun 1971 kemudian pindah ke Florida State University.



19



12. Enrico Fermi (1901 - 1954)



Gambar 2.14 Enrico Fermi Di dunia ini sangat sedikit orang yang jago fisika teori dan fisika eksperimen sekaligus. Diantara yang sedikit itu, yang sangat luar biasa adalah Enrico Fermi. Kemampuan dan kehebatannya tidak diragukan lagi, sehingga namanya diabadikan diberbagai hal seperti: nama sebuah laboratorium fisika terkenal di Chicago Amerika Serikat, Fermilab (Fermi National Accelerator Laboratory) yang telah mencetak banyak peraih Nobel fisika; nama unsur ke-100, Fermium; nama suatu institut yang melakukan riset dalam bidang fisika nuklir dan fisika partikel, Enrico Fermi Institute; dan nama hadiah yang paling bergengsi dari pemerintah Amerika untuk mereka yang melakukan penemuan hebat dalam bidang energi, atom, molekul, nuklir dan partikel, The Enrico Fermi Award. Enrico Fermi dilahirkan pada tanggal 29 September 1901 di Roma, Italia, dari pasangan Ida de Gattis dan Alberto Fermi, seorang karyawan di departemen komunikasi Italia. Enrico yang bertubuh kecil dan bermata keabu-abuan ini sangat pendiam dan sangat dekat dengan kakaknya, Giulio. Mereka sering menghabiskan waktu untuk merancang motor listrik dan menggambar desain mesin pesawat yang hampir sama canggihnya dengan rancangan para professional. Saat Enrico berumur 14 tahun, sang kakak, Giulio, meninggal dunia saat menjalani operasi kecil (sakit di kerongkongan). Enrico sangat sedih dan kesepian karena ditinggal oleh orang yang paling dekat dengannya. Tetapi dia tidak mau menunjukkan kesedihannya. Dia justru menyembunyikannya dengan cara melahap habis



20



buku-buku fisika dan matematika. Enrico yang tidak punya banyak uang tidak mampu membeli buku-buku baru, jadi ia selalu mencari buku-buku bekas di Campo dei Fiori. Suatu waktu Enrico menemukan dua buku kuno tentang fisika elementer di Campo dei Fiori. Dia langsung membacanya sampai habis, sambil sesekali mengoreksi perhitungan matematikanya. (Michael, 2005)



D. Konsep Fisika Modern Fisika Modern secara umum dibagi menjadi dua bagian pembahasan yaitu Teori kuantum lama dan Teori Kuantum Modern. Bahasan Fisika modern digambarkan dalam diagram seperti ditunjukkan pada Gambar 2.15 Teori Kuantum lama memperkenalkan besaran-besaran fisika, seperti energi merupakan besaran diskrit bukan besaran kontinu seperti halnya dibahas dalam mekanika klasik. Teori kuantum lama diawali oleh hipotesa Planck yang menyatakan bahwa energi yang dipancarkan oleh sumber (berupa osilator) bersifat kuanta/diskrit karena hanya bergantung pada frekuensinya bukan pada amplitudo seperti dalam mekanika klasik dimana besaran amplitudo tidak terbatas (kontinu). Pada tahun 1900 Max-Planck merumuskan besaran energi yang bersifat diskrit dalam merumuskan energi yang dipancarkan oleh benda hitam yaitu : 𝐸 = 𝑛ℎ𝑓 dimana 𝑛 = 1,2,3, … dan ℎ = 6,626 . 10−34 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒/𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 (konstanta Planck). Albert Einstein pada tahun 1905 menggunakan konstanta Planck dalam merumuskan energi yang dipancarkan oleh berkas cahaya/foton (penemuan efek fotolistrik).



21



Gambar 2.15 Materi yang dibahas dalam Fisika Modern Konsep yang paling mendasar dalam fisika modern adalah konsep dualisme partikel dan gelombang, dimana partikel berperilaku sebagai gelombang dan gelombang berperilaku sebagai partikel. Konsep ini sangat penting karena perilaku partikel dan gelombang semuanya sudah dipelajari dan diamati di fisika klasik. Konsep dualisme partikel-gelombang ini diamati oleh 2(dua) eksperimen yaitu efek fotolistrik oleh Albert Einstein dan eksperimen difraksi partikel/elektron oleh G.P. Thomson dan Davison Germer.



E. Penerapan Fisika Modern Fisika modern merupakan cabang ilmu yang penting dalam peradaban manusia. Banyak aplikasi yang merupakan penerapan dari konsep fisika modern telah terealisasi dan membantu kenyamanan hidup manusia. Salah satu cara untuk memahami konsep fisika modern adalah mempelajari penerapan dari fisika modern tersebut. 22



Gambar 2.16 Perkembangan teknologi komunikasi



Pada bagian berikut ini diuraikan beberapa penerapan dari fisika modern. Salah satu contoh aplikasi penting dari penerapan fisika modern adalah penemuan Laser (light amplification by stimulated emission of radiation). Laser adalah aplikasi dari Teori Bohr yang memodelkan lintasan diskrit dari elektron. Cahaya laser terbentuk melalui emisi radiasi elektromagnetik saat elektron berpindah dari suatu tingkat energi ke tingkat energi lain. Laser dipakai dalam berbagai bidang seperti kesehatan, industri, militer, telekomunikasi, hiburan, dan lainnya. LASIK merupakan salah satu aplikasi laser yang banyak dipakai dalam dunia kesehatan untuk mengkoreksi lensa mata manusia. Dalam dunia komersial, laser juga telah mempercepat antrian pembayaran di kasir-kasir supermarket karena dapat dipakai untuk membaca kode barang (barcode). Dalam industri, energi besar dari laser dipakai untuk memotong baja dan kepentingan lainnya. Dalam telekomunikasi, laser dipakai sebagai pembawa data melalui serat optik. Kapasitas dan kecepatan transmisi data dengan menggunakan serat optik menjadi sangat besar karena medium pembawa data berupa cahaya yang memiliki kecepatan sangat besar. Kemajuan ini telah membuat kenyamanan pada manusia karena biaya komunikasi menjadi lebih murah dan kualitasnya menjadi lebih baik. Laser juga dipakai sebagai sumber cahaya pada mikroskop yang dikenal sebagai mikroskop laser. Daya



23



resolusi mikroskop laser sangat tinggi sehingga mampu mengamati benda yang sangat kecil. Contoh lain aplikasi laser adalah dalam displai dan holografi. Sifat dualisme partikel gelombang memungkin penggunaan elektron sebagai pengganti cahaya dalam mikroskop elektron. Penggunaan elektron sebagai sumber tersebut telah meningkatkan daya resolusi mikroskop dari orde mikron menjadi angstrom. Peningkatan kemampuan mikroskop yang drastis tersebut memungkinkan kita untuk mengamati benda-benda dalam ukuran nanometer seperti sel darah merah, protein dan lain-lainnya. Penemuan tersebut secara tidak langsung telah mendukung perkembangan dunia kesehatan, khususnya ilmu kedokteran. Penyimpanan data secara optik (optical storage) dengan menggunakan laserdisc, CD dan DVD juga merupakan penerapan dari laser. Kemampuan ‘writing’ dari laser yang sangat presisi memungkinkan peningkatan kapasitas dari MegaBits (MB) menjadi GigaBits (GB), bahkan TeraBits (TB). Contoh aplikasi lain dari kajian fisika modern adalah penerapan teori relativitas, khususnya dinamika relativitas khusus yang memperlihatkan kesetaraan antara massa dan energi. Konsep kesetaraan antara massa dan energi ini diterapkan dalam teknologi nuklir. Teknologi nuklir dapat menghasilkan energi nuklir melalui reaksi fusi dan reaksi fisi. Apabila teknologinya dikuasai, energi nuklir memberikan banyak keuntungan bagi manusia. Energi nuklir menawarkan alternatif yang menarik sebagai pengganti bahan bakar konvensional seperti batubara dan minyak bumi. Efisiensi energi nuklir jauh lebih besar dibandingkan dengan efisiensi batubara dan minyak bumi. Efek rumah kaca (green house effect) yang merupakan gejala pemanasan global adalah penerapan dari sifat radiasi benda hitam yang merupakan gejala dari fisika kuantum yang juga merupakan bagian dari fisika modern. (Fitrilawati, 2007).



24



BAB III KESIMPULAN



Adapun perkembangan Ilmu Fisika Modern merupakan suatu memahami segala proses interaksi inti materi yang mempergunakan perangkat-perangkat sains dan rekayasa. Fisika Modern mengimplikasi bahwa penjelasan abad ke- 19 terhadap fenomena tidaklah cukup untuk menjelaskan alam yang teramati oleh perangkatperangkat modern. Istilah fisika modern diperkenalkan karena banyaknya fenomena-fenomena mikroskopis dan hukum-hukum baru yang ditemukan sejak tahun 1890. Fenomena mikroskopis yaitu fenomena-fenomena yang tidak dapat dilihat secara langsung, seperti elektron, proton, neutron, atom, dan sebagainya. Ahli fisika telah mencoba memecahkan persoalan tentang struktur atom, elektron, radiasi dengan fisika klasik. Namun, tidak berhasil menerangkan fenomena-fenomena tersebut. Karena itu para ahli fisika mencari ilmu dan model-model lain yang baru. Konsep yang paling mendasar dalam fisika modern adalah konsep dualisme partikel dan gelombang, dimana partikel berperilaku sebagai gelombang dan gelombang berperilaku sebagai partikel. Konsep dualisme partikel-gelombang ini diamati oleh 2 (dua) eksperimen yaitu efek fotolistrik oleh Albert Einstein dan eksperimen difraksi partikel/elektron oleh G.P. Thomson dan Davison Germer. Fenomena-Fenomena pada Era Fisika Modern meliputi radiasi benda hitam dan bencana ultraviolet dan efek fotolistrik. Kemudian para ilmuan bermunculan pada fisika modern ini diantaranya yaitu Albert Einstein, Max Planck, Arthur Holly Compton, Louis de Broglie, Max Born, Werner Heisenberg, Niels Bohr, Erwin Schrodinger, Richard P. Feynman, Wolfgang Pauli, Paul A. M. Dirac, dan Enrico Fermi.



Sejak adanya ilmuan-ilmuan yang mengembangkan ilmu Fisika Modern, pengaruhnya pada kehidupan yang mencakup sains dan teknologi, bidang telekomunikasi, kedokteran, dunia industri, militer dan masih banyak lagi.



26



DAFTAR PUSTAKA



Alicki, R and R. Kosloff. 2018. Introduction to Quantum Thermodynamics : History and Prospects, The Fritz Haber Research Center for Molecular Dynamics. Poland: The Hebrew University of Jerusalem & University of Gda´nsk.



Fitrilawati, dkk. 2007. Diseminasi Pengajaran Fisika Modern dalam Upaya Peningkatan Kompetensi Guru SMA di Sekitar Jatinangor. Jawa Barat: Universitas Padjadjaran.



Geusic, E. Schulz-DuBios, and H. Scovil. 1967. Quantum Equivalent of The Carnot Cycle. J. Phys. Rev. Vol 156(2). Hal 343.



Malau, Nya Daniaty. 2018. Pengantar Fisika Kuantum. Jakarta: Universitas Kristen Indonesia.



Michael, Hart H, 2005. 100 Tokoh Paling Berpengaruh Sepanjang Masa. Batam: Karisma Publising group.



Schrodinger, D. 1926. An Undulatory Theory of The Mechanics of Atoms and Molecules. J. Phys. Rev. Vol 28(6). Hal 1049.



Trabesinger, A. 2017. When Quantum Mechanics became Huge. Springer. Nature Publishing Group. Vol 13. Hal 5.



Vilmala, B. K. 2020. Revolusi Saintifik dalam Perkembangan Mekanika. J Filsafat Indonesia.Vol 3(1).



Viyanti & Sesunan, Feriansyah.2020. Perkembangan Sejarah Fisika dari Masa Ke Masa. Bandarlampung: Graha Ilmu.



28