Materi Fisika klasik Menuju Fisika Kuantum

SEJARAH  KELAHIRAN FISIKA KLASIK

• 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.

MEKANIKA KLASIK 

‡

Dalamperkembangannyasebelummekanikakuantumdikenalmekanikaklasik (Newton,Lagrange, Hamilton dll)

‡

Mekanika klasikadalahbagiandari ilmu fisika mengenai gayayang bekerja padabenda.Sering dinamakan"

mekanikaNewton

" dari Newton danhukumgerak Newton. Mekanikaklasikdibagimenjadisub bagianlagi, yaitu statika (mempelajaribendadiam), kinematika(mempelajaribenda bergerak), dandinamika(mempelajari bendayang terpengaruh gaya).Lihatjugamekanika.

‡

Mekanikaklasikmenggambarkandinamikapartikel atau sistem partikel.

Mekanika klasiksukses menjelaskangerak dinamisbenda-bendamakroskopis.

Tentang Mekanika Klasik

Meskipun mekanika klasik hampir cocok dengan teori "klasik" lainnya seperti elektrodinamika dantermodinamika klasik, ada beberapa ketidaksamaan ditemukan di akhir abad 19 yang hanya bisadiselesaikandengan fisika modern.Ketika mekanika klasik digabungkan dengan termodinamika klasik, mekanika klasik menuju keparadoks Gibbs yang menjelaskan entropi bukan kuantitas yang jelas dan ke penghancuran ultravioletyang memperkirakan benda hitam mengeluarkan energi yang sangat besar.Usaha untuk menyelesaikan permasalahan ini menuju ke pengembangan mekanika kuantum.

Sebelum masamekanika kuantumcahaya dikelompokkansebagai gelombang elektromagnetik berkat keberhasilanMaxwell memperoleh hasil perhitungan kecepatangelombang elektromagnetik yang ternayatasamadengankecepatancahaya. Cahaya sebagai gelombang sangatberhasil menjelaskan beberapa sifat-sifat cahaya.hakekatgelombang cahaya yaituketika gelombang cahayaditembakkanpada permukaan logam maka energi yangditerimaoleh permukaan sebanding dengan intensitascahaya, luas permukaan logam yang disinari dan lamanyapenyinaran. lni berarti bahwa apabila intensitas cahayakecil, diperlukan waktuyanglebih lama agar energi yangdiserap elektron cukup besar untuk melepaskan dirinyadari permukaan logam.makintinggi intensitas cahaya makinbanyak pula energi yangdiserap oleh elektron pada permukaan logam

Pada akhir abad ke 19 para ilmuwan tertarik pada pembahasan spektrum radiasitermal, yang tidak dapat dijalaskan dengan teori-teori klasik di atas. Akibatnya,dasar-dasar fisika yang ada secara radikal diteliti-ulang, dan dalam perempatpertama abad 20 muncul berbagai pengembangan teori seperti relativitas danmekanika kuantum.

C

ahaya dalam Pandangan Fisika Klasik

FISIKA KLASIK

Fisika klasik adalah fisika yang didasari prinsip-prinsip yang dikembangkan sebelum bangkitnya teori kuantum, biasanya termasuk teori relativitas khusus dan teori relativitas umum.

Cabang-cabang yang termasuk fisika klasik antara lain adalah:

• Mekanika klasik 

  Hukum gerak Newton

  Lagrangian dan mekanika Hamiltonian

• Elektrodinamika klasik (persamaan Maxwell)

• Termodinamika klasik

• Teori relativitas khusus dan teori relativitas umum

• Teori chaos klasik

TOKOH FISIKA KLASIK

Galileo Galilei

Galileo Galilei dilahirkan di Pisa, Tuscany, Italia, pada tanggal 15 Februari 1564. Sebagai seorang matematikawan, ayahnya berharap Galileo menjadi seorang dokter gaji dokter sangat besar dibandingkan dengan matematikawan. Mengikuti kehendak ayahnya, Galileo masuk jurusan kedokteran, Universitas Pisa. Karena merasa bosan dengan ilmu kedokteran, Galileo mempelajari matematika pada seorang guru di istana Tuscana, yakni Ostillo Ricci. Ketika berusia 21 tahun, Galileo berhenti kuliah karena kekurangan biaya. Ketika keluar, ia ditawarkan untuk mengajar matematika pada Universitas Pisa. Selanjutnya, Galileo pindah ke Universitas Padua tahun 1592 untuk mengajar astronomi, geometri dan mekanika sampai tahun 1960. pada massa ini ia menghasilkan beberapa penemuan penting.

Sumbangan penting Galileo berkaitan dengan bidang mekanika. Pada waktu itu berkembang gagasan Aristoteles yang menyatakan bahwa benda yang lebih berat jatuh lebih cepat dibandingkan dengan benda yang lebih ringan. Galileo memutuskan untuk melakukan percobaan dengan menjatuhkan berbagai benda yang berbeda ukuran maupun massanya dari menara pisa (Italia). Hasil percobaannya menunjukan bahwa gagasan Aristoteles salah. Selengkapnya dapat anda pelejari pada pokok bahasan Gerak Jatuh Bebas. Penemuan Galileo lainnya adalah Hukum Kelembaman. Sebelumnya orang percaya bahwa benda yang bergerak cenderung melambat dan akhirnya berhenti jika tidak ada tenaga yang memberikan kekuatan kepada benda tersebut untuk bergerak. Percobaan-percobaan yang dilakukan oleh Galileo membuktikan bahwa gagasan tersebuut keliru. Jika gaya gesek yang menjadi penyebab benda yang bergerak melambat dan akhirnya berhenti, dihilangkan, maka benda cenderung bergerak lurus dengan laju tetap. Selain gagasan Aristoteles di atas, pemikiran Galileo ini menjadi salah satu dasar perumusan Hukum Newton tentang gerak.

Penemuan Galileo yang terkenal lainnya adalah pada bidang astronomi. Pada waktu itu ilmu astronomi sedang berada dalam masa peralihan, dari anggapan lama yang mengatakan bahwa bumi sebagai pusat tata surya menuju gagasan bahwa pusat tata surya adalah matahari. Gagasan ii dikemukan oleh copernicus, yang kemudian disempurnakan oleh Kepler. Selengkapnya dapat anda pelajari pada Hukum Kepler. Galileo mendengar bahwa telah ditemukan teleskop di Belanda. Karena didorong oleh kehendak yang kuat untuk membuktikan kebenaran gagasan Copernicus, Galileo menyempurnakan teleskop dan menjadi orang pertama yang mengamati langit menggunakan teleskop. Sekitar tahun 1609, Galileo menyatakan bahwa gagasan Copernicus benar. Karena mendukung gagasan copernicus, maka pihak gereja katolik mengecam gagasan galileo mengenai pergerakan bumi dan melarangnya mendukung gagasan copernicus. Gereja sempat memberikan hukuman tahanan rumah kepada Galileo. Galileo meninggal dunia pada tahun 1642.

Sumbangan yang sangat penting dari Galileo bagi perkembangan ilmu pengetahuan adalah metodologi ilmu pengetahuan. Galileo menetapkan fenomena dan melakukan pengamatan secara kuantitatif. Penetapan yang cermat terhadap perhitungan secara kuantitatif sejak saat itu menjadi dasar penyelidikan ilmu pengetahuan hingga saat ini.

Pada tahun 1612, muncul penolakan terhadap teori Copernicus, sebuah yang mengatakan bahwa matahari sebagai pusat tata surya। Teori tersebut didukung juga oleh Galileo. Pihak gereja melarangnya mendukung dan mengajar teori Copernicus.

Joseph John Thomson

Joseph John Thomson (1856-1940) ialah seorang ilmuwan yang lahir di Cheetham Hill, 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. Thomson memenangkan Hadiah Nobel Fisika 1906.

Joseph John Thomson lahir di Creetham Hill, pinggiran kota Manchester pada tanggal 18 Desember 1856. 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 Lord 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, berjudulProperties of Matter dan tahun 1895, dia menghasilkan bukuElements 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 AS, 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 Jum’at, 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.

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 hadiah nobel di bidang Fisika tahun 1937, dan seorang puteri.

J। J. Thomson meninggal dunia pada tanggal 30 Agustus 1940.

Alfred Nobel

Alfred Nobel dilahirkan pada tanggal 21 oktober 1883, di Stockholm, Swedia. Alfred dan kedua saudaranya, Robert, Ludvig dan Emil memperoleh pendidikan dari guru privat. Pengetahuan yang diajarkan meliputi ilmu alam, bahasa dan sastra. Pada usia 17 tahun, Alfred telah menguasai bahasa Swedia, Rusia, Perancis, Inggris dan Jerman. Alfred sangat tertarik di bidang bahasa, kimia dan fisika. Alfred akhirnya dikirimkan oleh ayahnya ke luar negeri untuk belajar kimia dan menjadi insinyur kimia. Di Paris, Alfred bekerja di laboratorium pribadi kimiawan terkenal, profesor TJ Pelouze. Di sana ia berkenalan dengan kimiawan Italia, Ascanio Sobrero. Alfred sangat tertarik dengan nitrogliserin, cairan berdaya ledak tinggi yang ditemukan oleh Sobrero, yang dianggapnya bermanfaat dalam pembangunan.

Setelah menyelesaikan studinya, ia kembali ke swedia dan mengembangkan nitrogliserin sebagai bahan peledak. Percobaannya membunuh beberapa orang termasuk adiknya Emil. Akhirnya, pemerintah Swedia melarang dilakukan percobaan ini dalam batas kota Stockholm. Alfred tetap ngotot melakukan percobaan di tongkang, di atas danau Malaren. Pada tahun 1864, ia bisa memulai pembuatan massal nitrogliserin.

Alfred menemukan bahwa campuran nitrogliserin dengan tanah halus akan mengubah cairan menjadi pasta, yang bisa dibentuk ke dalam batang, yang kemudian dimasukan ke dalam lubang bor. Ia menamakan penemuannya tersebut dinamit. Penemuan ini terjadi pada tahun 1866. setahun kemudian, ia mendapatkan hak paten atas penemuannya tersebut. Selain dinamit, Alfred juga menemukan detonator atau peledak yang diledakkan dengan menyalakan sumbu. Penemuan Alfred tersebut dimanfaatkan dalam pemboran saluran, peledakan batu, pembangunan jembatan, dan lain-lain.

Dinamit dan detonator yang ditemukan Alfred sangat dibutuhkan pada saat itu. Karenanya, ia mendirikan 90 pabrik di lebih dari 20 negara. Selain menemukan dinamit dan detonator, ia juga mencoba membuat karet dan kulit sintesis serta sutra tiruan. Ia juga membuat gelatin, balistit, batu permata tiruan dan lain-lain. Keseluruhan hak paten yang dimiliki Alfred nobel berjumlah 355.

Selama hidupnya Alfred tidak berkeluarga. Ia meninggal dunia di San Remo, Italia pada tanggal 10 desember 1896. dalam suart wasiatnya, ia menulis bahwa kekayaannya dapat digunakan untuk memberikan hadiah kepada lembaga atau perorangan yang melakukan usaha kemanusiaan di bidang fisika, kimia, sastra, perdamaian, fisiologi dan obat-obatan. Surat wasiatnya tersebut ditentang oleh keluarganya dan pihak berwenang di sejumlah negara dan membutuhkan waktu empat tahun bagi pengawasnya untuk menyakinkan semua pihak agar memenuhi harapan Alfred.

Tambahan

Ketika masih hidup, Alfred nobel membaca berita di koran yang memuat berita tentang dirinya. “Telah meninggal dunia, seorang ilmuwan pencipta bahan peledak yang telah kaya raya dengan membuat sengsara jutaan orang dengan kematian” Alfred Nobel yang ketika itu masih hidup kaget dan mencoba mengusut berita tersebut. Ternyata yang diduga meniggal adalah Alfred yang lain, bukan Alfred Nobel penemu dinamit. Ketidaksengajaan itu menjadi bahan renungan bagi Alfred. “Ketika meninggal dunia, mungkin orang lain akan mengenang saya sebagai seorang yang telah membuat orang lain sengsara. Akhirnya, Alfred Nobel memutuskan untuk menyumbangkan semua kekayaannya bagi umat manusia, yang kita kenal dengan hadiah nobel.

Terima kasih eyang Alfred nobel…

Michael Faraday

Faraday dilahirkan pada tanggal 22 september 1791 di Newington, Surrey, dekat London. Faraday berasal dari keluarga miskin dan ia hanya mengenyam sedikit pendidikan. Hal ini tidak membuatnya minder dan patah semangat. Ketika Faraday berusia 14 tahun, ia bekerja di sebuah perusahan penjilidan buku dan menjadi penjilid dan penjual buku. Kesempatan ini dimanfaatkan oleh Faraday untuk membaca banyak buku dan sejak saat itu ia mulai tertarik dengan ilmu fisika dan kimia. Ketika berusia 20 tahun, ia selalu menghadiri kuliah-kuliah yang diberikan dosen kimia terkenal waktu itu, Sir Humphry Davy. Setelah mendengar kuliah Humphry Davy, Faraday mengirim catatan kuliah kepada dosen kimia tersebut. Ternyata sang dosen tertarik dan mengangkat Faraday menjadi asistennya di laboratorium. Setelah beberapa tahun, Faraday menghasilkan penemuan-penemuan baru yang diperoleh dari usaha keras dan kreasinya.

Penemuan pertama Faraday dalam bidang listrik terjadi pada tahun 1821. Sebelumnya, pada tahun 1820, Hans Christian Oersted dan Andre Marie Ampere menemukan bahwa arus listrik menghasilkan medan magnet. Hal ini mengubah pemikiran Faraday mengenai kekekalan energi dan membuatnya yakin bahwa medan magnet juga menghasilkan arus listrik. Faraday berhasil membuktikannya pada tahun 1831. Penemuan Faraday ini menjadi dasar pembuatan generator dan dinamo.

Salah satu hasil pemikiran dan percobaan fenomena elektromagnetik yang ditunjukkan oleh Faraday diterima oleh seorang fisikawan terkenal pada saat itu, James Clerk Maxwell. Maxwell mengubahnya menjadi bentuk persamaan matematik dan menjadi tonggak lahirnya teori medan modern. Masih banyak hasil penemuan Faraday yang bermanfaat dalam kehidupan manusia serta perkembangan ilmu fisika. Selain menghasilkan penemuan penting dalam bidang fisika, Faraday juga menghasilkan penemuan dalam bidang kimia. Hasil penemuan Faraday akan dipaparkan di akhir tulisan ini.

Akhirnya, setelah memberikan sumbangan berarti bagi kehidupan manusia, Faraday meninggal dunia pada tanggal 25 agustus 1867.

Karya Faraday :

1813 : menyelidiki teori vulkanik bersama Humphrey Davy

1821 : Menggambarkan prinsip dinamo, Menemukan motor listrik pertama, Meneliti medan magnet di sekitar konduktor.

1823 : mencairkan gas Klorin

1831 : menemukan induksi elektromagnetik, meneliti tentang magnet yang bergerak menghasilkan arus listrik, menemukan garis gaya magnet, menemukan dinamo listrik, menemukan transformer listrik, membuat hukum tentang induksi

1832 : menjelaskan hukum tentang elektrolisis dan mengambil istilah ion untuk pertikel yang bertanggung jawab dalam membawa arus

1833 : mengembangkan hukumnya dalam bidang elektrolisis

1845 : meneliti rotasi cahaya terpolarisasi oleh medan magnet

1845 : menemukan bahwa perambatan cahaya pada materi dipengaruhi oleh perambatan medan magnet eksternal

1850 : memperbaiki penelitiannya yang gagal untuk mencari hubungan antara gravitasi dan medan elektromagnetik

Mekanika Kuantum Vs Mekanika Klasik

Mekanika Kuantum

Mekanika kuantum adalah cabang dasar fisika yang menggantikan mekanika klasik pada tataran atom dan subatom. Ilmu ini memberikan kerangkamatematika untuk berbagai cabang fisika dan kimia, termasuk fisika atom, fisika molekular, kimia komputasi, kimia kuantum, fisika partikel, dan fisika nuklir. Mekanika kuantum adalah bagian dari teori medan kuantum dan fisika kuantum umumnya, yang, bersama relativitas umum, merupakan salah satu pilar fisika modern. Dasar dari mekanika kuantum adalah bahwa energi itu tidak kontinyu, tapi diskrit -- berupa 'paket' atau 'kuanta'. Konsep ini cukup revolusioner, karena bertentangan dengan fisika klasik yang berasumsi bahwa energi itu berkesinambungan.

Mekanika Klasik

Mekanika klasik adalah bagian dari ilmu fisika mengenai gaya yang bekerja pada benda. Sering dinamakan "mekanika Newton" dari Newton dan hukum gerak Newton. Mekanika klasik dibagi menjadi sub bagian lagi, yaitu statika (mempelajari benda diam), kinematika (mempelajari benda bergerak), dan dinamika (mempelajari benda yang terpengaruh gaya). Lihat juga mekanika.

Mekanika klasik menghasilkan hasil yang sangat akurat dalam kehidupan sehari-hari. Dia diikuti oleh relativitas khusus untuk sistem yang bergerak dengan kecepatan sangat tinggi, mendekati kecepatan cahaya, mekanika kuantum untuk sistem yang sangat kecil, dan medan teori kuantum untuk sistem yang memiliki kedua sifat di atas. Namun, mekanika klasik masih sangat berguna, karena ia lebih sederhana dan mudah diterapkan dari teori lainnya, dan dia juga memiliki perkiraan yang valid dan luas terapannya. Mekanika klasik dapat digunakan untuk menjelaskan gerakan benda sebesar manusia (seperti gasing dan bisbol), juga benda-benda astronomi (seperti planet dan galaksi, dan beberapa benda mikroskopis (seperti molekul organik).

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".

Hukum-hukum gerak Newton baru memiliki arti fisis, jika hukum-hukum tersebut diacukan terhadap suatu kerangka acuan tertentu, yakni kerangka acuan inersia (suatu kerangka acuan yang bergerak serba sama - tak mengalami percepatan). Prinsip Relativitas Newtonian menyatakan, "Jika hukum-hukum Newton berlaku dalam suatu kerangka acuan maka hukum-hukum tersebut juga berlaku dalam kerangka acuan lain yang bergerak serba sama relatif terhadap kerangka acuan pertama".

Konsep partikel bebas diperkenalkan ketika suatu partikel bebas dari pengaruh gaya atau interaksi dari luar sistem fisis yang ditinjau (idealisasi fakta fisis yang sebenarnya). Gerak partikel terhadap suatu kerangka acuan inersia tak gayut (independen) posisi titik asal sistem koordinat dan tak gayut arah gerak sistem koordinat tersebut dalam ruang. Dikatakan, dalam kerangka acuan inersia, ruang bersifat homogen dan isotropik. Jika partikel bebas bergerak dengan kecepatan konstan dalam suatu sistem koordinat selama interval waktu tertentu tidak mengalami perubahan kecepatan, konsekuensinya adalah waktu bersifat homogen.

HIKMAH FISIKA KUANTUM

A.      Dalam Kehidupan Bermasyarakat

Quantum Ikhlas

Kebanyakan orang meyakini bahwa dalam hidup ini ia harus berjuang meraih keinginannya dengan berusaha keras, membanting tulang hingga tetes darah penghabisan. Tuntunan agama menjanjikan berbagai kemudahan atau kesuksesan akan datang menghampiri jika dalam ikhtiarnya manusia berhasil bersyukur, menikmati prosesnya, dan menyerahkan seluruh urusan dan kepentingan hanya kepada Tuhan. Inilah kompetensi ikhlas.

Ikhlas sebagai keterampilan atau skilI, yang lebih bercirikan  silent operation dari pikiran dan perasaan yang ”tak tampak” memiliki kekuatan yang sangat dahsyat. Ikhlas bukan hanya diucapkan di bibir atau dipikirkan di kepala, melainkan keterampilan unutk menciptakan ”peristiwa keikhlasan” di dasar hati yang terdalam.

Nasib seseorang mencerminkan karakternya. Sementara karakter itu berasal dari semua kebiasaan serta tindakannya. Dan tindakannya berasal dari pikirannya yang bermuara dari perasaannya. Nasib, karakter, kebiasaan dan tindakan adalah sesuatu ”yang tampak”. Sementara pikiran dan perasaan adalah energi kuantum ”yang tak tampak”. Dan kenyataan kuantum ini mengatakan bahwa kita bisa ”mengatur” perasaan untuk mengubah nasib kita.

Di dalam buku terbarunya, The Spees of Trust, Stephen M.R. Covey menuliskan : untuk meraih tujuan hidup pribadi dan bahkan di dunia korporat ”tidak ada sesuatu yang bisa melebihi kecepatan trust”. Memang benar, sifat percaya kepada orang lain berasal dari rasa percaya terhadap diri sendiri dan Tuhan adalah salah satu unsur utama ikhlas. Sehingga aplikasinya tentu akan mengaktivasi gerakan kuantum yang memiliki daya dorong, daya pukul, dan tenaga yang sangat dahsyat menuju tercapainya tujuan secara cepat. Kita mungkin pernah melihat disekitar kita, ada beberapa orang yang terampil menerapkan sikap ikhlas dalam hidupnya. Kita mendengar keajaiban yang mereka alami dalam lingkungan sosial dan keluarganya, keberuntungan yang mereka temukan dalam bisnis dan berbagai hal lain yang sepertinya tak masuk akal. Tapi semua itu bisa dimengerti, karena begitu kita mengikhlaskan sesuatu, maka kita telah menyerahkan hal itu kepada Yang Maha Kuasa sehingga kecerdasan Tuhanlah yang bekerja pada diri kita dengan mekanisme yang sulit dipahami oleh pikiran manusia.

Ketika manusia benar-benar ikhlas, saat itulah doa atau niatnya ”berjabat tangan” melakukan kolaborasi dengan energi vibrasi quanta

B.      Perkembangan IPTEK

v Gravitasi Kuantum

Teori gravitasi kuantum (quantum gravity) adalah sebuah nama untuk teori yang sampai sekarang belum terwujud, yang seyogyanya mengawinkan teori kuantum dengan teori relativitas (yaitu teori tentang ruang-waktu dan gravitasi) dalam satu framework : one unified theory, atau theory of everything. Kedua teori ini adalah pilar utama fisika modern, dan keduanya berhasil dalam domainnya masing-masing dan telah teruji dengan berbagi eksperimen:

Fisika kuantum berhasil dalam menjelaskan atom, partikel elementer, dan fenomena mikro lainnya;

Sedangkan fisika relativitas berhasil menjelaskan gravitasi, kosmologi, dan fenomena makro lainnya.

·      Keduanya membawa sudut pandang yang revolusioner mengenai realita:

Teori relativitas merubah pandangan mengenai ruang dan waktu

Sedangkan teori kuantum merubah pandangan mengenai pengamat dan yang diamati. Tak heran jika banyak orang yang memberikan timeline bahwa fisika modern adalah fisika setelah ditemukannya teori relativitas dan kuantum, dan fisika klasik adalah fisika sebelumnya. Namun keduanya cukup berbeda dan usaha untuk menyatukannya belum berhasil sampai saat ini. Bisa dikatakan bahwa teori kuantum gravitasi adalah "holy grail" dari fisika teori.

Fisika kuantum mempunyai implikasi yang sangat luas pada perubahan peradaban manusia. Penjelasan tentang atom, molekul dan zat padat telah melahirkan material semikonduktor, laser, dan chips mikroskopis yang menghasilkan akselerasi kemajuan di bidang teknologi dan informasi. Implikasi filosofis fisika kuantum lebih dasyat diantaranya tentang prinsip ketidakpastian Heisenberg  dan participating observer (hasil eksperimen tergantung pada pengamat dan suatu realitas tidak akan terjadi sebelum kita benar-benar mengamatinya) sehingga pada dunia subatomik, hukum fisika tidak lagi merupakan suatu kepastian, tetapi gerak partikel diatur oleh konsep probabilitas.

Dalam teori kuantum setiap keadaan partikel (posisi, momentum, energi, dst) dihubungkan berdasarkan suatu eksperimen. Ketika formulasi telah dirumuskan maka perilaku partikel dapat diprediksi. Schrodinger menunjukan bahwa perilaku partikel dapat ditunjukan oleh sebuah persamaan matematis gelombang. Namun, persamaan ini tidak memberikan informasi apapun tentang keadaan partikel sebelum suatu eksperimen benar-benar dilakukan, dengan kata lain persamaan tersebut meramalkan dua hasil kemungkinan secara sepadan. Dalam percobaan celah ganda, tampak bahwa hasil pengamatan tergantung kepada cara eksperimen dilakukan. Partikel tersebut tidak punya sifat ”asli”. Dan dalam  sebuah eksperimen lain yang dikenal dengan kucing Schrodinger (Dewiit, 1970) bahwa partikel mempunyai sifat dualisme yaitu bisa dipandang sebagai partikel dan sebagai gelombang yang disebut dengan dualisme gelombang partikel merupakan konsekuensi pengembangan teori Kuantum.

Pandangan yang menunjukan indeterminisme ini menimbulkan kontroversi yang cukup ramai di kalangan ilmuwan. Bahkan Einstein yang pada awal turut serta membangun teori Kuantum (pada kasus efek fotolistrik) menentang konsekuensi filosofis teori Kuantum ini, sampai-sampai dia berucap ”Tuhan tidak bermain dadu”. Dalam debat melawan Bohr dan kawan-kawan, argumentasi Einstein tentang determinisme selalu dapat dipatahkan. Sehingga sampai saat ini teori Kuantum yang meskipun ”agak edan” tetapi terbukti merupakan teori yang dapat menerangkan dunia mikroskopis dan mempunyai manfaat dalam kehidupan sehari-hari.

Skenario Pembelajaran Berbasis Masalah

SKENARIO PEMBELAJARAN

Model Pembelajaran : Problem Based Learning (PBL)

Metode Pembelaran : Diskusi

Pendekatan              : Terpadu

Materi                       : Usaha dan Energi

Sub Materi               : Usaha

1.    Kegiatan Awal

a.      Pengucapan salam

Guru : “Assalamu’alaikum wr. wb. Anak-anak”

Siswa: “Wa’alaikumsalam wr. wb. Pak”

Guru : Siapa yang tidak masuk hari ini?”

Siswa: Nihil…. Pak….

Guru : Bagus…..

b.      Penyampaikan tujuan pembelajaran

Guru : Anak-anak dalam prtumuan kali ini kita akan mempelajarisub pokok bahasan usaha.

Siswa: Iya Pak….

Guru : Dalam mempelajari usaha, kita memilki tujuan yaitu:

1.      Siswa mampu memahami konsep usaha

2.      Siswa mampu mengaplikasikan konsep usaha dalam kehidupan sehari-hari.

            Siswa: Oke Pak…

c.      Penyampaikan metode pembelajaran dan pendekatan yang dipakai dalam proses pembelajaran

Guru : Agar lebih memahamimateri ini, Bapak akan menggunakan metode  Problem Based Learning (PBL)

Siswa: Pak mau tanya, Problem Based Learning itu apa?

Guru : Problem Based Learning artinya pembelajaran berbasis masalah dimana dalam pembelajaran tersebut, Bapak akan memberikan masalah pada kalian yang berhubungan dengan materi dan kemudian kalian diskusikan dalam kelompok.

Siswa:  Owww,,, begitu tho Pak,,, kelihatannya menarik….

Guru : Ya,,, dalam pembelajaran itu harus ada inovasi dan kreativitas agar proses pembelajarannya lebih menarik dan menyenanngkan.

d.     Penyampaikan apersepsi

Guru : Seperti yang kita ketahui akhir-akhir ini banyak sekali terjadi bencana alam seperti: banjir, tsunami, tanah longsor, gunung meletus, awan panas dll. Nah… dalam proses belajar mengajar kali ini, Bapak akan mengungkap bagaimana material dan awan panas dari letusan gunung merapi dapat mencapai puluhan kilometer. Dalam pembahasan ini kita tinjau dari konsep usaha.

Siswa: Wah,,, Topiknya menarik sekali Pak, Up to date dengan fenomena yang terjadi sekarang.

Guru : Sebelum kita membaas lebih dalam lagi tentang hal tersebut, Kita lebih baik memahami terlebih dahulu apa itu konsep usaha.

              Siapa yang yang tahu apa yang dimaksud usaha?

Siawa: Saya Pak, Usaha itu merupakan segala bentuk kegiatan yang menggerakkan segala sesuatu dengan tenaga pikiran/badan untuk mencapai tujuan yang dimaksud.

Guru : Yaps,,, Bagusss

              Untuk menghitung besarnya usaha yang dilakukan maka usaha dirumuskan

              W = F.ΔX

              Dimana: W = usaha ( J )

                             F = gaya ( N )

                             ΔX= perpindahan ( m )

              Usaha terhadap suatu sudut dirumuskan

              W = F.s cos α         

2.    Kegiatan Inti

a.       Fase mengorientasi siswa untuk belajar

Guru mengajukan masalah untuk dibahas oleh siswa

Guru : Untuk lebih memahami tentang usaha, Bapak akan memberikan masalah untuk kalian bahas dalam kelompok.

             Masalahnya adalah (silahkan ditulis)

             “Mengapa material dan awan panas hasil letusan gunung Merapi dapat mencapai puluhan kilometer dari puncak gunung Merapi?”

Siswa: Kok susah banget Pak… Tapi menarik juga untuk dibahas Pak.

b.      Fase mengorganisasi siswa pada masalah

Guru membagi kelompok belajar kedalam 5 kelompok

Guru : Oke,,, Anak-anak sekarang silahkan kalian membentuk 5 kelompok dan silahkan saling membagi tugas.

Siswa: Iya Pak…!!!

c.       Fase membimbing penyelidikan

Ø Mendorong diskusi antar anggota kelompok

Guru : Ayo anak-anak,,, antar anggota kelompok harus saling kerja sama dan kompak

Siswa: Okey Pak… !!!

Ø Selama diskusi berlangsung, guru memantau kerja masing-masing keraja kelompok dan mengarahkan kelompok yang mengalami kesulitan.

Guru : Gimana anak-anak, ada yang mengalami kesulitan dalam pemecahan maslah tersebut?

Siswa: Saya mau Tanya Pak. Hubungan antara awan panas dan usaha itu apa Pak?

 Guru :Ya… Kalian pahami dahulu konsep usaha itu gimana… Pasti kalian akan menemukan hubungannya.

 Siswa: Ow gitu tho Pak,,, tetapi entar kalo mengalami kesulitan lagi tolong dibantuin ya pak..

Guru : Ya…

d.   Fase mengembangkan dan menyajikan hasil.

Ø Menjelaskan sistematika penyusunan hasil

Guru : Udah selesai?

Siswa: Sudah Pak….

Guru : Nah sekarang hasilnya kalian susun sesuai dengan sistematika yang telah bapak tuliskan dipapan tulis

1.      Rumusan Masalah

2.      Tujuan

3.      Manfaat

4.      Landasan Teori

5.      Pembahasan

6.      Kesimpulan

 Siswa: Kalau pembahasan itu isinya apa Pak?

Guru : Pembahasan itu isinya tentang jawaban rumusan masalah yang berdasarkan dengan landasan teori

Siswa: Oh… iya ya ya.. Terima kasih Pak.

 Guru : Iya sama-sama

Ø Memberikan kesempatan pada kelompok untuk mempresentasikan hasil diskusi didepan kelas

Guru :Oke… waktunya sudah habis, Silahkan kelompok siapa yang berani maju untuk mempresentasikan hasil diskusinya?

Siswa: Saya Pak…

 Guru : Ya… Silahkan maju!

 Siswa: Dari hasil diskusi kelompok Kami menyimpulkan bahwa:

Material dan awan panas hasil letusan Gunung Merapi dapat terpental hingga puluhan kilometer diakibatkan oleh usaha yang dilakukan merapi sangat kuat. Sesuai dengan konsep usaha bahwa W = F. ∆x dimana gaya (F) yang sangat besar dapat memindahkan benda sejauh (∆x) hingga puluhan kilometer.  

Ø Memberikan kesempatan pada kelompok lain untuk menanggapi prensentasi kelompok yang maju didepan kelas.

Guru : Bagus analisis dari kelompok ini. Mungkin dari kelompok lain yang ingin menanggapi dan menambahi pendapat dari kelompok ini.

Siswa: Saya Pak…

Guru : Ya Shita, silahkan…!

Siswa: Menurut saya peristiwa terpentalnya material dan meluncurnya awan panas dari letusan Gunung Merapi hingga puluhan kilometer itu akibat dari angin yang bertiup disekitar Gunung Merapi.

Siswa: Ya memang benar, tapi itu merupakan factor dari luar Gunung Merapi. Angin tersebut hanya mempengaruhi arah pergerakan awan panas.

Guru : Ya.. jawaban yang bagus…

Ada tanggapan lagi atau sudah paham semua?

Siswa: Sudah paham Pak…

e.     Fase menganalisis dan mengevaluasi proses pemecahan masalah

Ø Memberikan penguatan terhadap hasil pemecahan masalah

Guru : Untuk memperjelas pemahaman kalian tentang konsep usaha dalam letusan gunung Merapi, maka Bapak akan memperjelaskannya.  

Usaha merupakan gaya yang bekerja pada benda, dan suatu gaya dikatakan melakukan usaha pada benda jika gaya tersebut dapat menyebabkan benda berpindah. Letusan Gunung Merapi telah melakukan sebuah usaha karena merapi telah menekan/mendorong lapisan batuan sehingga bebatuan berpindah tempat dari puncak hingga kaki gunung merapi. Batuan yang berukuran besar (bongkah - kerikil) biasanya jatuh disekitar kawah sampai radius 5 – 7 km dari kawah, dan yang berukuran halus dapat jatuh pada jarak mencapai ratusan km bahkan ribuan km dari kawah karena dapat terpengaruh oleh adanya hembusan angin. Hal ini terjadi karena batu yang bermasa lebih berat lebih sulit untuk dipindahkan W= f ∆x atau W= mg ∆x. Kemudian Merapi mencatatkan rekornya dalam meluncurkan awan sejauh 15 kilometer dari Puncak Merapi menuju Cangkringan yang berjarak 15 kilometer dari Puncak Merapi.

Benar apa yang dikatakan Nia bahwa angin hanya memepengaruhi arah dari pergerakan awan panas. Meskipun demikian, angin juga mempengaruhi kecepatan dari awan panas meskipun kecil…

Gimana anak-anak, semakin lebih paham kan?

Siswa: Iya Pak semakin paham…

3.    Kegiatan Penutup

a.    Membantu siswa merangkum materi pelajaran.

Guru : Sebagai bahan materi, maka silahkan susun materi yang berkaitan dengan konsep usaha dan dikumpulkan minggu depan.

Siswa: Yah… tugas lagi…

Guru : Ya supaya kalian mempunyai materi untuk ujian semesteran bulan depan.

b.    Memberikan motivasi kepada siswa dengan memberitahukan materi yang akan dipelajari pada pertemuan selanjutnya.

Guru : Akhirnya Kita sampai pada penghujung pelajaran. Apa yag telah kita pelajari tadi sangat bermanfaat bagi Kita sendiri dan dapat diamalkan dalam kehidupan sehari-hari. Sebelum Bapak akhiri pelajaran ini, Bapak beritahukan bahwa pada pertemuan minggu depan Kita akan mempelajari Energi, oleh karena itu silahkan anak-anak mempelajari terlebih dahulu. Tenang saja Bapak akan menyajikan materi dengan model yang lebih menarik lagi.

Oke… Akhirul salam Wassalamu’alaikum wr. wb.

Selamat Belajar ya  anak-anak..!

Siswa: Ya Bapak… Wa’alaikumsalam wr. wb.