READ MORE >>   GPMPS

Ada yang istimewa di tahun 2005, tahun ini adalah ulang tahun revolusi di dunia fisika. Seratus tahun yang lalu, pada tahun 1905, Albert Einstein (yang kala itu berusia 26 tahun) mempublikasikan tulisannya pada majalah ilmiah berkala Jerman “Annalen der Physik”. Tulisan itu berjudul “On the Electromagnetic of Moving Body”, di dalamnya terdapat sebuah ide revolusioner: teori Relativitas Khusus.

Begitu besarnya arti revolusi tersebut, Persatuan Fisika Murni dan Aplikasi Internasional (International Union of Pure and Applied Physics, IUPAP) atas permintaan Masyarakat Fisika Eropa (Europian Physical Sociaty, EPS) mendeklarasikan tahun 2005 sebagai Tahun Fisika Dunia. Artikel ini membahas secara popular arti besarnya revolusi yang dilakukan Einstein muda dan dampaknya pada pemahaman kita terhadap alam semesta.

Perkembangan Fisika Sebelum 1900

Perkembangan fisika selalu menjurus pada penyatuan (atau unifikasi) teori-teori. Semakin banyak sebuah teori menjelaskan fenomena, semakin fundamentallah teori itu. Sebelum 1900, sejarah mencatat dua unifikasi teori yang merevolusi pemahaman kita terhadap alam semesta. Pertama adalah unifikasi teori Gravitasi oleh Isaac Newton (Inggris, 1642 – 1727) pada tahun 1687. Kedua adalah unifikasi teori listrik-magnet-cahaya oleh James Clerk Maxwell (Skotlandia, 1831 – 1879) pada tahun 1855.

Teori Gravitasi Newton (atau sering disebut Hukum Gravitasi Newton) adalah teori unifikasi pertama yang dibuat manusia, yang sukses menyatukan hukum pergerakan planet Kepler (Johannes Kepler, Jerman, 1571 – 1630) dan hukum fenomena dinamika dan inersia Galileo (Galileo Galilei, Itali, 1564 – 1642). Newton menjelaskan idenya dalam “Principia Mathematica”, publikasi pertama yang menjelaskan fisika memakai bahasa metematika.

Karya Newton benar-benar merubah wajah dunia. Hukum pergerakan benda kemudian menjadi dasar dari Mekanika Klasik dan Fluida. Sementara hukum pegerakan planet dipakai menjadi acuan oleh para astronom untuk mempelajari tata surya.

Teori listik-magnet (atau sering disebut teori elektromagnetik) sukses menyatukan fenomena listrik dan magnet – yang sebelumnya ditemukan oleh Michael Faraday (Inggris, 1797 – 1867) pada tahun 1831 – dengan fenomena cahaya. Salah satu prediksi penting dari teori ini menyatakan bahwa cahaya adalah gelombang elektromagnetik dengan kecepatan konstan ~ 3×10E8 m/s.

Teori Elektromagnetik ini adalah teori unifikasi kedua yang dibuat manusia, dan menjadi teori fundamental fisika kedua setelah Hukum Gravitasi Newton. Kalau Newton berlaku untuk benda berukuran massif (makro), maka Maxwell untuk benda berukuran ringan (mikro).

Kontradiksi Newton - Maxwell

Suksesnya dua teori unifikasi tersebut bukan tanpa masalah. Ada sebuah kontradiksi yang tidak terpecahkan pada akhir abad 18 dan awal abad 19. Kontradiksi ini lahir dari persamaan gerak benda Newton dan persamaan Maxwell. Persamaan Maxwell mengatakan bahwa tidak perduli kita berlari mengejar atau menjauhi berkas cahaya, kecepatan cahaya tetap konstan, tidak peduli betapa cepat kita berlari. Berbeda dengan hukum gerak benda Newton, yang mengizinkan kita bisa mengejar kecepatan cahaya asal memiliki percepatan yang cukup.

Bagaimana mungkin kecepatan cahaya tidak terlihat bertambah cepat atau lambat relatif terhadap kita yang bergerak menjauh atau mendekatnya?

Disinilah Einstein merubah segala-galanya. Kecepatan adalah sebuah ukuran jarak tempuh dibagi oleh lama waktu tempuh, dan ini jelas tergantung oleh ruang (space) dan waktu (time). Semua konsep fisika yang dibangun dari dua teori unifikasi ini memandang ruang dan waktu adalah dua hal yang tetap dan tak-berubah oleh apapun fenomena di alam semesta. Ruang dan waktu menjadi dua referensi utama dalam pengamatan dan pengukuran fenomena alam.

Dan sangat kontras dengan persepsi ini, Einstein menyatakan ruang dan waktu tidak tetap dan tidak tak-berubah. Sebaliknya, ruang dan waktu ini seperti karet yang bisa memanjang dan memendek. Ruang dan waktu mengatur diri mereka sendiri untuk menjaga sesuatu yang lain – kecepatan cahaya – konstan, tidak peduli pergerakan benda itu mendekati atau menjauhi berkas cahaya. Dengan kata lain, benda yang bergerak menuju atau menjauhi berkas cahaya merasakan ruang dan waktu memuai atau memendek, sehingga kecepatan cahaya pada akhirnya tetap konstan.

Praktisnya, ini berarti jika kita mengukur panjang sebuah mobil yang sedang bergerak, hasilnya akan berkurang dibandingkan ketika kita mengukur panjang mobil ini sedang diam (penyempitan ruang). Dan jika kita pasang jam pada mobil yang bergerak ini, kita akan menemukan bahwa kecepatan jam ini berputar lebih lambat daripada jam yang sama yang tidak bergerak (dilatasi waktu). Kesimpulannya, benda bergerak akan melihat ruang memendek dan waktu melambat. Perubahan ruang-waktu ini semakin besar ketika benda bergerak mendekati kecepatan cahaya.

Inilah revolusi terbesar fisika yang merubah cara pandang kita terhadap alam semesta. Ruang dan waktu bukan lagi sesuatu yang konstan, melainkan kecepatan cahaya lah yang konstan dan dan nilainya absolut. Tidak ada yang lebih cepat daripada kecepatan cahaya.

Teori Relativitas Khusus menyatukan konsep ruang dan waktu yang diperlakukan berbeda pada fisika sebelumnya menjadi satu: konsep ruang-waktu (spacetime). Dan inilah cikal bakal revolusi kedua oleh Einstein, lewat Teori Relativitas Umumnya pada tahun 1915.

Usaha Einstein dalam merubah cara pandang kita terhadap alam semesta tidak dilakukan dengan mudah. Butuh kejeniusan khusus memang, dan orang-orang seperti Einstein tidak dilahirkan setiap saat di dunia ini. Tapi ada satu hal yang dicontohkan Einstein yang pantas kita tiru: berani berpikir keluar dari pola yang ada. Inilah salah satu kunci dari kesuksesan Einstein selain kerja kerasnya yang menakjubkan.

2005: Tahun Fisika Dunia

IUPAP lewat PBB mencanangkan tahun 2005 ini sebagai Tahun Fisika Dunia. Di Indonesia, kesadaran umum masyarakat berkurang tentang fisika dan pentingnya fisika dalam keseharian. Jumlah mahasiswa yang belajar fisika berkurang secara dramatis. Banyak penelitian yang tidak jalan, lab kosong dan diskusi-diskusi teori berkurang. Dalam seleksi masuk perguruan tinggi pun, jurusan Fisika biasanya menjadi jurusan alternatif.

Padahal fisika bukan saja berperan penting dalam pembangunan sains dan teknologi, tapi juga membawa dampak pada masyarakat kita. Fisika mengajarkan kita berpikir ilmiah, bertindak seirama dengan prilaku alam. Semakin banyak sarjana fisika yang konseptual dan membahasakannya pada masyarakat, semakin tinggilah pengetahuan-dasar umum masyarakat itu. Hingga pada suatu titik kreativitas masyarakat yang sudah ada bisa dikembangkan lewat pola-pola ilmiah sehingga hasilnya lebih efektif, efesien, dan bisa lebih bermanfaat bagi orang banyak.

Indonesia memiliki banyak bibit-bibit unggul. Yang muncul di permukaan lewat lomba internasional fisika, matematika, biologi, astronomi dan sains lainnya hanyalah baru secuil. Di pelosok desa dan kampung yang tersebar di seluruh Indonesia pastilah berlimpah mutiara-mutiara yang mampu menerangi dan memajukan bangsa kita lewat fisika ataupun sains lainnya.

Mudah-mudahan memanfaatkan moment Tahun Fisika Dunia, perhatian pemerintah pada pendidikan Fisika dan sains umumnya – baik itu teori maupun eksperimental – meningkat dari tahun sebelumnya. Mudah-mudahan juga semangat ini mengilhami para generasi muda kita untuk mulai berkenalan dengan fisika.

  READ MORE >>   GPMPS