Penemuan-Penemuan Hebat Dalam Bidang Fisika

Jika kita urutkan berdasarkan tahun penemuan para ilmuwan dahulu dalam menemukan hukum-hukum alam, mulai dari penemuan oleh Galileo hingga terungkapnya empat gaya fundamental alam. Tak perlu menunggu lama, mari kita langsung melihatnya:

1. Hukum Falling Bodies (1604). Galileo Galilei menjungkirbalikkan hampir 2.000 tahun Aristoteles keyakinan bahwa benda lebih berat jatuh lebih cepat daripada yang lebih ringan dengan membuktikan bahwa semua benda jatuh dengan kecepatan yang sama.
2. Universal Gravitation (1666). Isaac Newton sampai pada kesimpulan bahwa semua benda di alam semesta, dari apel ke planet, mengerahkan gaya tarik gravitasi satu sama lain.
3. Laws of Motion (1687). Isaac Newton perubahan pemahaman kita tentang alam semesta dengan merumuskan tiga hukum untuk menjelaskan gerakan benda. 1) Sebuah benda yang bergerak tetap bergerak, kecuali jika gaya eksternal diberikan kepadanya. 2) Hubungan antara massa sebuah benda (m), percepatan (a) dan diterapkan gaya (F) adalah F = ma. 3) Untuk setiap aksi ada reaksi sama dan berlawanan.
4. Hukum Kedua Termodinamika (1824 - 1850). Ilmuwan yang bekerja untuk meningkatkan efisiensi mesin uap mengembangkan pemahaman tentang konversi panas menjadi kerja. Mereka belajar bahwa aliran panas dari yang lebih tinggi ke temperatur yang lebih rendah adalah apa yang mendorong sebuah mesin uap, menyerupakan proses aliran air yang mengubah roda penggilingan. Pekerjaan mereka mengarah pada tiga prinsip: panas mengalir secara spontan dari panas ke dingin tubuh; panas tidak bisa sepenuhnya dikonversi menjadi bentuk lain energi; dan sistem menjadi lebih teratur dari waktu ke waktu.
5. Elektromagnetisme (1807 - 1873). Percobaan perintis mengungkap hubungan antara listrik dan magnet dan mengarah pada satu set persamaan yang menyatakan hukum dasar yang mengatur mereka. Salah satu hasil hasil eksperimen secara tak terduga dalam kelas. Pada 1820, fisikawan Denmark Hans Christian Oersted sedang berbicara kepada siswa tentang kemungkinan bahwa listrik dan magnet saling berhubungan. Selama kuliah, sebuah eksperimen menunjukkan kebenaran teori-nya di depan seluruh kelas.
6. Relativitas Khusus (1905). Albert Einstein menggulingkan asumsi-asumsi dasar tentang waktu dan ruang dengan menjelaskan bagaimana jam berdetak lebih lambat dan jarak muncul untuk meregangkan sebagai objek mendekati kecepatan cahaya.
7. E = mc ^ 2 (1905). Atau energi adalah sama dengan massa kali kecepatan cahaya kuadrat. Albert Einstein rumus terkenal membuktikan bahwa massa dan energi adalah manifestasi yang berbeda dari hal yang sama, dan bahwa jumlah yang sangat kecil massa dapat dikonversi menjadi jumlah yang sangat besar energi. Salah satu implikasi mendalam penemuan adalah bahwa tidak ada objek dengan massa yang bisa pergi lebih cepat daripada kecepatan cahaya.
8. The Quantum Leap (1900 - 1935). Untuk menggambarkan perilaku partikel-partikel subatomik, satu set hukum-hukum alam yang dikembangkan oleh Max Planck, Albert Einstein, Werner Heisenberg dan Erwin Schrödinger. Sebuah lompatan kuantum didefinisikan sebagai perubahan dari sebuah elektron dalam sebuah atom dari satu keadaan energi yang lain. Perubahan ini terjadi sekaligus, tidak secara bertahap.
9. The Nature of Light (1704 - 1905). Pemikiran dan eksperimentasi oleh Isaac Newton, Thomas Young dan Albert Einstein mengarah pada pemahaman tentang apa cahaya, bagaimana berperilaku, dan bagaimana ditularkan. Menggunakan prisma Newton untuk memecah cahaya putih menjadi warna dan konstituennya prisma lain untuk mencampur warna dalam cahaya putih, membuktikan bahwa cahaya berwarna putih dicampur bersama-sama membuat cahaya. Young menetapkan bahwa cahaya adalah gelombang dan menentukan panjang gelombang warna. Akhirnya, Einstein mengakui bahwa cahaya selalu bergerak pada kecepatan konstan, tidak peduli kecepatan pengukur.
10. Neutron (1935). James Chadwick menemukan neutron, yang, bersama-sama dengan proton dan elektron terdiri dari atom. Temuan ini secara dramatis mengubah model atom dan mempercepat penemuan dalam fisika atom.
11. Superkonduktor (1911 - 1986). Penemuan yang tidak terduga bahwa beberapa material tidak memiliki perlawanan terhadap aliran listrik janji untuk merevolusi industri dan teknologi. Superkonduktivitas terjadi dalam berbagai material, termasuk unsur sederhana seperti timah dan alumunium, berbagai logam paduan dan senyawa keramik tertentu.
12. Quark (1962). Murray Gell-Mann mengusulkan keberadaan partikel dasar yang menggabungkan komposit membentuk objek seperti proton dan neutron. Proton dan neutron masing-masing mengandung tiga quark.
13. Nuclear Forces (1666 - 1957). Penemuan kekuatan dasar di tempat kerja pada tingkat subatomik menimbulkan kesadaran bahwa semua interaksi di alam semesta adalah hasil dari empat gaya fundamental alam - yang kuat dan gaya nuklir lemah, gaya elektromagnetik dan gravitasi.

J.J Thomson Ilmuwan Fisika Penemu Elektron

Sir Joseph John Thomson atau lebih dikenal sebagai J.J Thomson (1856-1940) adalah seorang ilmuwan yang lahir di Creetham Hill, pinggiran kota Manchester pada tanggal 18 Desember 1856, di mana ia diangkat sebagai profesor fisika eksperimental sejak 1884. Penelitiannya membuahkan penemuan elektron. Thomson mengetahui bahwa gas mampu menghantar listrik. Ia menjadi perintis ilmu fisika nuklir. Dia mendaftar di Owens College, Manchester tahun 1870, dan tahun 1876 mendaftar di Trinity College, Cambridge sebagai pelajar biasa. Dia menjadi anggota Trinity College tahun 1880, ketika dia menjadi penerima Penghargaan Wrangler dan Smith (ke-2). Dia tetap menjadi anggota Trinity College seumur hidupnya. Dia menjadi penceramah tahun 1883, dan menjadi profesor tahun 1918. Dia adalah professor fisika eksperimental di laboratorium Cavendish, Cambridge, dimana dia menggantikan John Strutt, 3rd Baron Rayleigh, dari tahun 1884 sampai tahun 1918 dan menjadi profesor fisika terhormat di Cambridge dan Royal Institution, London. 

Thomson baru-baru itu tertarik pada struktur atom yang direfleksikan dalam bukunya, yang berjudul Treatise on the Motion of Vortex Rings yang membuatnya memenangkan Adams Prize tahun 1884. Bukunya yang berjudul Application of Dynamics to Physics and Chemistry terbit tahun 1886, dan di tahun 1892 dia menerbitkan buku berjudul Notes on Recent Researches in Electricity and Magnetism. Pekerjaan belakangan ini membungkus hasil-hasil yang didapat berikutnya sampai pada kemunculan risalat James Clerk Maxwell yang terkenal dan sering disebut sebagai jilid ketiga Maxwell. Thomson bekerja sama dengan Professor J.H. Poynting untuk menulis buku fisika dalam empat jilid, berjudul Properties of Matter dan tahun 1895, dia menghasilkan buku Elements of the Mathematical Theory of Electricity and Magnetism, edisi kelima yang terbit di tahun 1921. 

Tahun 1896, Thomson mengunjungi Amerika Serikat untuk memberikan kursus dari empat ceramah, yang meringkaskan penelitian-penelitian barunya di Universitas Princeton. Ceramahnya ini berikutnya diterbitkan dengan judul Discharge of Electricity through Gases (1897). Sekembalinya dari Amerika Serikat, dia memperoleh pekerjaan paling brilian dalam hidupnya, yaitu mempelajari memuncaknya sinar katode pada penemuan elektron, yang dibicarakan selama kursus pada ceramah malamnya sampai Royal Instution pada hari Jumat, 30 April 1897. Bukunya Conduction of Electricity through Gases terbit tahun 1903, diceritakan oleh Lord Rayleigh sebagai sebuah tinjauan atas "hari-hari hebatnya di Laboratorium Cavendish". Edisi berikutnya, ditulis dengan kolaborasi dengan anaknya, George, dalam dua jilid (1928 dan 1933). 

Thomson kembali ke Amerika tahun 1904, untuk menyampaikan enam ceramahnya tentang kelistrikan dan zat di Universitas Yale. Ceramah itu memuat beberapa pernyataan penting tentang struktur atom. Dia menemukan sebuah metode untuk memisahkan jenis atom-atom dan molekul-molekul yang berbeda, dengan menggunakan sinar positif, sebuah ide yang dikembangkan oleh Francis Aston, Dempster dan lainnya, yang menuju pada banyak penemuan isotop. Dan lagi, untuk itu hanya disebutkan dan dia menulis buku-buku, seperti The Structure of Light (1907), The Corpuscular Theory of Matter (1907), Rays of Positive Electricity (1913), The Electron in Chemistry (1923) dan otobiografinya, dan buku Recollections and Reflections (1936), di antara banyak terbitan lainnya. Thomson, seorang penerima perintah atas jasa, dilantik tahun 1908. 

Dia dipilih menjadi anggota Royal Society tahun 1884 dan menjadi presiden selama 1916-1920; dia memperoleh medali Royal and Hughes pada tahun 1894 dan 1902, dan memperoleh Medali Copley tahun 1914. Dia dianugerahi Medali Hodgkins (Smithsonian Institute, Washington) tahun 1902; Medali Franklin dan Medali Scott (Philadelphia), 1923; Medali Mascart (Paris), 1927; Medali Dalton (Manchester), 1931; dan Medali Faraday (Institute of Civil Engineers) pada tahun 1938. Dia adalah Presiden British Association tahun 1909 (dan dari bagian A tahun 1896 dan 1931) dan dia memegang gelar Doktor Kehormatan dari Universitas Oxford, Dublin, London, Victoria, Columbia, Cambridge, Durham, Birmingham, Göttingen, Leeds, Oslo, Sorbonne, Edinburgh, Reading, Princeton, Glasgow, Johns Hopkins, Aberdeen, Kraków, dan Philadelphia. 

Dalam penelitiannya dia mempelajari bahwa tabung katoda pada kondisi vakum parsial (hampir vakum) yang diberi tegangan tinggi akan mengeluarkan "berkas sinar" dimana Thomson menyebut sinar ini sebagai "berkas sinar katoda" disebabkan berkas sinar ini berasal dari katoda (elektroda negative). Berkas sinar katoda ini apabila didekatkan dengan medan listrik negative maka akan dibelokan (berkas sinar katoda ini tertolak oleh medan negative), berdasarkan hal ini maka Thomson menyatakan bahwa berkas sinar katoda itu adalah partikel-partikel yang bermuatan negative yang ia sebut sebagai "corpuscle". 

Dia juga meyakini bahwa corpuscle itu berasal dari atom-atom logam yang dipakai sebagai elektroda pada tabung katoda. Dengan menggunakan jenis logam yang berbeda-beda sebagai elektroda yang dia gunakan pada tabung katoda maka percobaan Thomson tetap menghasilkan berkas sinar katoda yang sama. Akhirnya Thomson menyimpulkan bahwa setiap atom pasti tersusun atas corpuscle. Corpuscle yang ditemukan oleh Thomson ini kemudian disebut sebagai "electron" oleh G. Johnstone Stoney. Dari asumsi tersebut dia akhirnya meyakini bahwa atom sebenarnya tidak berbentuk masiv (berbentuk bulatan yang pejal) akan tetapi tersusun atas komponen-komponen penyususn atom. 

Di alam atom berada dalam keadaan yang stabil dan memiliki muatan yang netral, dengan demikian Thomson lebih lanjut mengasumsikan bahwa didalam atom itu sendiri pasti terdapat bagian yang bermuatan positif. Dari asumsi tersebut maka Thomson mengajukan struktur atom sebagai bulatan awan bermuatan posistif dengan elektron yang terdistribusi random di dalamnya. Model atom Thomson ini lebih dikenal sebagai "plum pudding model" atau dalam bahasa Indonesia dikenal sebagai "model roti kismis". Untuk memudahkan membayangkan model atom ini maka Anda harus membayangkan sebuah roti dalam bentuk bola yang didalamnya terdapat kismis yang menyebar merata secara random. 

Fisikawan Inggris ini telah berhasil memperoleh hadiah Nobel Fisika pada tahun 1906 atas penemuan elektron. Pada tahun 1890, dia menikahi Rose Elisabeth, putir Sir George E. Paget, K.C.B. Mereka dianugerahi seorang putera, sekarang Sir George Paget Thomson, profesor emeritus untuk fisika di Universitas London, yang juga dianugerahi Nobel Fisika tahun 1937, dan seorang puteri. Sir Joseph John Thomson meninggal dunia pada tanggal 30 Agustus 1940. 

Sumber : Blog Tokoh Ilmuwan Penemu, 15 Februari 2010

Penemuan Neutrino Bermassa dan Dampak bagi Ilmu Fisika

Jeffrey Rufinus
Universitas Wisconsin
——————————————————————————–
* Artikel ini telah dimuat di Waspada Online
Belum lama berselang, tepatnya tanggal 5 Juni yang lalu, suatu berita besar iptek muncul dari sebuah konperensi fisika “Neutrino 98″ yang berlangsung di Jepang. Neutrino, salah satu partikel dasar yang jauh lebih kecil daripada elektron, ternyata memiliki massa, demikian laporan dari suatu tim internasional yang tergabung dalam eksperimen Super-Kamiokande. Tim ahli-ahli fisika yang terdiri dari kurang lebih 120 orang dari berbagai negara termasuk AS, Jepang, Jerman, dan Polandia tersebut melakukan penelitian terhadap data-data yang dikumpulkan selama setahun oleh sebuah laboratorium penelitian neutrino bawah tanah di Jepang. Jika laporan ini terbukti benar dan dapat dikonfirmasi kembali oleh tim lainnya maka akan membawa dampak yang sangat luas terhadap beberapa teori fisika, terutama pembahasan mengenai interaksi partikel dasar, teori asal mula daripada alam semesta ini serta problema kehilangan massa (missing mass problem) maupun teori neutrino matahari. Neutrino, atau neutron kecil, adalah suatu nama yang diberikan oleh fisikawan dan pemenang hadiah Nobel terkenal dari Jerman: Wolfgang Pauli. Neutrino adalah partikel yang sangat menarik perhatian para fisikawan karena kemisteriusannya. Neutrino juga merupakan salah satu bangunan dasar daripada alam semesta yang bersama-sama dengan elektron, muon, dan tau, termasuk dalam suatu kelas partikel yang disebut lepton. Lepton bersama-sama dengan enam jenis partikel quark adalah pembentuk dasar semua benda di alam semesta ini. Ditemukan secara eksperimental pada tahun 1956 (dalam bentuk anti
partikel) oleh Fred Reines (pemenang Nobel fisika tahun 1995) dan Clyde Cowan, neutrino terdiri dari 3 rasa (flavor), yakni: neutrino elektron, neutrino mu dan neutrino tau. Neutrino tidak memiliki muatan listrik dan selama ini dianggap tidak memiliki berat, namun neutrino memiliki antipartikel yang disebut antineutrino. 

Partikel ini memiliki keunikan karena sangat enggan untuk berinteraksi. Sebagai akibatnya, neutrino dengan mudah dapat melewati apapun, termasuk bumi kita ini, dan amat sulit untuk dideteksi. Diperkirakan neutrino dalam jumlah banyak terlepas dari hasil reaksi inti pada matahari kita dan karenanya diharapkan dapat dideteksi pada laboratorium di bumi. Untuk mengurangi pengaruh distorsi dari sinar kosmis, detektor neutrino perlu ditaruh di bawah tanah. Dengan mempergunakan tangki air sebanyak 50 ribu ton dan dilengkapi dengan tabung foto (photomultiplier tube) sebanyak 13 ribu buah, tim Kamiokande ini menemukan bahwa neutrino dapat berosilasi atau berganti rasa. Karena bisa berosilasi maka disimpulkan bahwa neutrino sebenarnya memiliki massa. Penemuan ini sangat kontroversial karena teori fisika yang selama ini kerap dipandang sebagai teori dasar interaksi partikel, yakni disebut teori model standard, meramalkan bahwa neutrino sama sekali tidak bermassa. Jika penemuan neutrino bermassa terbukti benar maka boleh jadi akan membuat teori model standard tersebut harus dikoreksi. 

Penemuan neutrino bermassa juga mengusik bidang fisika lainnya yakni kosmologi. Penemuan ini diduga dapat menyelesaikan problem kehilangan massa pada alam semesta kita ini (missing mass problem). Telah sejak lama para ahli fisika selalu dihantui dengan pertanyaan: Mengapa terdapat perbedaan teori dan pengamatan massa alam semesta? Jika berat daripada bintang-bintang, planet-planet, beserta benda-benda alam lainnya dijumlahkan semua maka hasilnya ternyata tetap lebih ringan daripada berat keseluruhan alam semesta. Para ahli fisika menganggap bahwa terdapat massa yang hilang atau tidak kelihatan. Selama ini para ahli tersebut berteori bahwa ada partikel unik yang menyebabkan selisih massa pada alam semesta. Namun teori semacam ini memiliki kelemahan karena partikel unik yang diteorikan tersebut belum pernah berhasil ditemukan. Dari hasil penemuan tim Kamiokande ini dapat disimpulkan bahwa ternyata partikel unik tersebut tidak lain daripada neutrino yang bermassa. Menurut teori dentuman besar (Big Bang) alam semesta kita ini bermula dari suatu titik panas luar biasa yang meledak dan terus berekspansi hingga saat ini. Fisikawan Arno Penzias dan Robert Wilson (keduanya kemudian memenangkan hadiah Nobel fisika tahun 1978) pada tahun 1965 menemukan sisa-sisa gelombang mikro peninggalan dentuman besar yang sekarang telah mendingin hingga suhu sekitar 3 Kelvin. Namun salah satu hal yang masih diperdebatkan adalah masalah ekspansi alam semesta itu sendiri. Apakah hal ini akan terus menerus terjadi tanpa akhir? Penemuan neutrino bermassa diharapkan akan bisa menjawab pertanyaan yang sulit ini. Bayangkan suatu neutrino yang sama sekali tidak bermassa, seperti yang diperkirakan selama ini. Gaya gravitasi tentu tidak akan berpengaruh sama sekali pada partikel yang tidak memiliki berat. Namun apa yang terjadi jika neutrino ternyata memiliki berat? Dalam jumlah yang amat sangat banyak neutrino-neutrino ini tentu akan bisa mempengaruhi ekspansi alam semesta. Tampaknya ada kemungkinan ekspansi alam semesta suatu saat akan terhenti dan terjadi kontraksi atau penciutan kembali jika ternyata neutrino memiliki massa. 

Terakhir masih ada satu lagi problem fisika yang akan diusik oleh hasil penemuan ini yaitu problem neutrino matahari, dimana terjadi selisih jumlah perhitungan dan pengamatan neutrino yang dihasilkan oleh matahari kita. Untuk keabsahan penemuan ini tim internasional dari eksperimen super Kamiokande dalam laporannya juga mengajak tim-tim saintis lainnya untuk mengkonfirmasi penemuan mereka. Namun menurut pengalaman di masa lalu, laporan osilasi neutrino dan neutrino bermassa selalu kontroversi dan jarang bisa dikonfirmasi kembali. Untuk sementara ini para ahli harus sabar menunggu karena eksperimen semacam ini hanya bisa dilakukan oleh segelintir eksperimen saja di seluruh dunia. Yang pasti jika hasil penemuan ini memang nantinya terbukti benar maka jelas dampaknya akan sangat terasa pada beberapa teori fisika modern.