POLA PERKEMBANGAN SAINS DALAM PENEMUAN

POLA PERKEMBANGAN SAINS DALAM PENEMUAN MEKANIKA KUANTUM BERDASARKAN TEORI REVOLUSI SAINS KUHN

Fauzul Rizal 140322600899 Universitas Negeri Malang Email: faoezoel.rizal@gmail.com

ABSTRAK

Kata Kunci : Perkembangan Sains, Revolusi Sains, Kuhn, Mekanika Kuantum. Terdapat banyak sekali teori mengenai pola perkembangan sains, salah satunya adalah teori revolusi sains yang dikemukakan pemikir sains terkemuka Thomas Samuel Kuhn yang menyatakan bahwa sains berkembang melalui sebuah krisis karena ditemukannya anomali, lalu muncul suatu revolusi berpikir yang menciptakan kajian sains baru melalui masalah ditemukannya anomali tadi.

Teori Kuhn ini dapat dilihat pada proses pengetahuan terhadap nuklir yang muncul dari suatu masalah (dalam hal ini disebut anomali) yaitu masalah benda hitam. Pada masa itu, fisika telah dianggap hampir sempurna, ibarat langit yang bersih hanya tertutup suatu awan hitam. Awan itu adalah masalah eter dan masalah benda hitam. Apabila awan itu dapat disingkirkan maka sempurnalah fisika itu! Namun saat awan itu dipecahkan, yang muncul bukanlah hujan rintik-rintik, melainkan sebah badai yang amat dahsyat. Dari masalah eter muncul fisika relativistik, dan dari masalah benda hitam muncul fisika kuantum (Gie, Tan Ik, dkk: 1998, 5-6). Dari uraian singkat tersebut dapat dikatakan bahwa peristiwa munculnya pengetahuan baru tentang fisika kuantum (dari kata kuanta – paket energi) yang mendasari mekanika kuantum sesuai dengan teori revolusi sains Kuhn.

Dari pengetahuan tentang fisika kuantum (bidang mekanika kuantum) ditemukanlah partikel nuklir. Dari pertikel nuklir tersebut dikembangkanlah pemanfaatannya sehingga kita mengenal suatu pengetahuan mengenai nuklir di dunia ini. Diantara pemanfaatan energi nuklir saat ini adalah suatu pembangkit listrik tenaga nuklir, dan bom nuklir.

Tujuan dari arikel ini adalah untuk mengetahui bagaimana pola perkembangan sains dalam penemuan mekanika kuantum berdasarkan teori revolusi sains Thomas Kuhn. Selain itu juga diharapkan dengan artikel ini penulis dapat meningkatkan pengalaman dan pengetahuan serta mampu mengedukasi masyarakat mengenai perkembangan sains, khususnya dalam fisika kuantum.

PENDAHULUAN

Perkembangan sains mengikuti suatu pola. Pola-pola perkembangan sains berbeda-beda menurut filsuf (pemikir) yang menyimpulkannya. Beberapa pola perkembangan sains yang dikemukakan pemikir sains terkenal adalah Pola perkembangan verivikasi (oleh kelompok filsuf “Lingkaran Wina”), pola perkembangan falsifikasi (oleh Sir Karl R. Popper), pola revolusi sains (oleh Thomas S. Kuhn), pola program penelitian (oleh Imre Lakatos), pola pendekatan anarkistik (oleh Paul Feyerabend) dan pola harmoni (oleh Gaston Bachelard).

Thomas S. Kuhn dalam bukunya The Structure of Scientific Revolution menyebutkan bahwa dari bayak bangunan kokoh teori sering ada yang tidak berasal dari pencarian sistematis ilmuwannya namun berupa hasil dari peristiwa kebetulan, atau bahkan juga “pemaksaan” masuknya penggunaan suatu teori untuk menjelaskan sebuah gejala alam (Wonorahardjo,Surjani: 2011, 118). Bagi Kuhn, masyarakat ilmiah yang ada terlalu fanatik memegang beberapa teori dan berusaha melindungi teori tersebut dengan menyodorkan semua fakta yang mendukung serta terus mengumpulkan fakta baru untuk mempertahankan teori tersebut.

TEORI REVOLUSI SAINS KUHN

Thomas S. Kuhn dalam bukunya The Structure of Scientific Revolution menyebutkan bahwa dari bayak bangunan kokoh teori sering ada yang tidak berasal dari pencarian sistematis ilmuwannya namun berupa hasil dari peristiwa kebetulan, atau bahkan juga “pemaksaan” masuknya penggunaan suatu teori untuk menjelaskan sebuah gejala alam (Wonorahardjo, Surjani: 2011, 118). Bagi Kuhn, masyarakat ilmiah yang ada terlalu fanatik memegang beberapa teori dan berusaha melindungi teori tersebut dengan menyodorkan semua fakta yang mendukung serta terus mengumpulkan fakta baru untuk mempertahankan teori tersebut.

Kuhn pada mulanya mempelajari perkembangan sains dari masa Aristoteles ke masa Copernicus bukanlah suatu aliran penemuan yang ditambahkan satu dengan yang lain. Singkat kata, sains bukanlah kumpulan yang stabil dan terus-menerus ditambah dengan penemuan baru, namun lebih merupakan serangkaian selingan yang dimulai dari revolusi intelektual para pemikir (Wonorahardjo, Surjani: 2011, 119).

Seringkali ilmuwan mempertanyakan masalah yang berujung pada keragu-raguan dan kesulitan. Biasanya pertanyaan ini akan segera dilabeli dengan kata “kekeliruan” atau “tahayul”. Menurut Kuhn (1989:3) Semua keraguan dan kesulitan ini mengakibatkan revolusi historigrafis dalam studi sains meskipun masih dalam tahap awal. Mereka bukannya mencari sumbangan-sumbangan yang permanen dari sains yang lebih tua bagi keuntungan masa kini kita.

Kuhn menyatakan bahwa pada masa tertentu, terdapat sebuah krisis dimana terdapat suatu masalah yang tidak dapat dipecahkan dengan sains normal1

saat itu, kemudia muncul suatu paradigma baru yang memecahkan masalah itu dan memberi sebuah revolusi dalam perkembangan sains.

DUALISME GELOMBANG-PARTIKEL, REVOLUSI BARU

Jika seberkas cahaya masuk ke dalam suatu bahan transparan, maka kita tahu apa yang akan terjadi pada cahaya tersebut: sebagian cahaya yang datang tersebut akan dipantul oleh permukaan, sebagian diteruskan dengan arah dan laju

1 Sains yang normal adalah kegiatan yang sangat ditentukan tetapi sepenuhnya ditentuksn oleh kaidah-kaidah dan paradigma yang dapat menjadi pedoman bagi riset. Untuk

berubah. Sifat ini berlaku umum untuk gelombang, dan merupakan sifat khas gelombang. Sifat khas gelombang lain juga berlaku bagi cahaya, yaitu difraksi dan interferensi. Beberapa eksperimen dengan cahaya, yang menguji model gelombang lebih lanjut, dan menunjukkan bahwa model ini tidak dapat digunakan untuk menerangkan hasil eksperimen

tersebut. Kita terpaksa memandang cahaya sebagai butiran atau partikel. Jadi ada dualisme dalam gelombang cahaya, dalam keadaan tertentu cahaya bersifat sebagai gelombang, dan dalam keadaan lain

cahaya bersifat sebagai butiran (Sutrisno: 1983, 30). Hal ini merupakan suatu “tamparan” besar bagi para ilmuwan saat itu dan merupakan perubahan paradigma.

Teori kuantum juga diawali oleh fenomena radiasi benda hitam. Istilah “benda hitam” pertama kali diperkenalkan oleh Gustav Robert Kirchhoff pada tahun 1862. Dalam Fisika, benda hitam (atau blackbody) adalah sebutan untuk benda yang mampu menyerap kalor radiasi (radiasi termal) dengan baik. Radiasi termal yang diserap akan dipancarkan kembali oleh benda hitam dalam bentuk radiasi gelombang elektromagnetik, sama seperti gelombang radio ataupun gelombang cahaya. Untuk zat padat dan cair, radiasi gelombangnya berupa spektrum kontinu, dan untuk gas berupa spektrum garis. Meskipun demikian, sebenarnya secara teori dalam Fisika klasik, benda hitam memancarkan setiap panjang gelombang energi yang mungkin agar supaya energi dari benda tersebut dapat diukur. Temperatur benda hitam itu sendiri berpengaruh terhadap jumlah dan jenis radiasi elektromagnetik yang dipancarkannya. Benda hitam bersuhu di bawah 700 Kelvin dapat memancarkan hampir semua energi termal dalam bentuk gelombang inframerah, sehingga sangat sedikit panjang gelombang cahaya tampak. Jadi, semakin tinggi suhu benda hitam, semakin banyak energi yang dapat dipancarkan dengan pancaran radiasi dimulai dari panjang gelombang merah, jingga, kuning hingga putih (Purwanto, Agus: 2012)

yang masuk, maka selama panjang gelombang datang lebih kecil dibandingkan dengan diameter lubang, cahaya yang masuk ke lubang itu akan dipantulkan oleh dinding rongga berulang kali serta semua energinya diserap, yang selanjutnya akan dipancarkan kembali sebagai radiasi gelombang elektromagnetik melalui lubang itu juga. Lubang pada rongga inilah yang merupakan contoh dari sebuah benda hitam. Temperatur dari benda itu akan terus naik apabila laju penyerapan energinya lebih besar dari laju pancarannya, sehingga pada akhirnya benda hitam itu mencapai temperatur kesetimbangan. Keadaan ini dinamakam dengan setimbang termal (Purwanto, Agus: 2012).

Dari data eksperimen terhadap radiasi benda hitam, diperoleh bahwa spektrum radiasi benda hitam berupa spektrum kontinu dengan tingkat kebersinaran (intensitas radiasi) dari masing-masing spektral tidak sama kuat. Pada suhu tertentu, intensitas cahaya yang diradiasikan akan terus bertambah hingga mencapai maksimum pada panjang gelombang tertentu. Dan Pancaran radiasi benda hitam itu akan mengikuti suatu kurva berikut:

Dari kurva di samping, terbaca bahwa dengan naiknya temperatur benda hitam, puncak-puncak spektrum akan bergeser ke arah panjang gelombang yang semakin kecil atau puncak-puncak spektrum akan bergeser ke arah frekuensi yang semakin besar.

Hubungan empiris sederhana antara panjang gelombang yang dipancarkan untuk intensitas maksimum (lm) dengan suhu mutlak (T) sebuah benda yang dikenal sebagai hukum pergeseran wien, yaitu :

Tahun 1879, seorang ahli fisika Austria, Josef Stefan membuktikan bahwa intensitas radiasi total (P/A) oleh suatu benda hitam panas adalah sebanding dengan pangkat empat dari suhu mutlaknya. Bentuk persamaan empirisnya adalah sebagai berikut:

P adalah daya radiasi (watt = W), A adalah luas permukaan benda, T adalah suhu mutlak benda, σ = 5,67 x 10-8 W m-3 _K-4

Teori elektromagnetik klasik maupun mekanika statistik tidak dapat menjelaskan spektrum yang teramati pada radiasi benda hitam. Teori tersebut hanya dapat memprediksi intensitas yang tinggi dari panjang gelombang rendah atau dikenal sebagai bencana ultraungu. Namun kemudian, Max Planck berhasil memecahkan masalah ini. Max Planck menjelaskan bahwa radiasi elektromagnetik hanya dapat merambat dalam bentuk paket-paket energi atau kuanta yang dinamakan foton. Gagasan Planck ini kemudian berkembang menjadi teori baru dalam fisika yang disebut Teori Kuantum. Dengan teori ini, kemudian Einstein berhasil menjelaskan peristiwa yang dikenal dengan nama efek foto listrik, yakni pemancaran elekton dari permukaan logam karena logam tersebut disinari cahaya. Perkembangan teoritis ini menjadi penyebab digantikannya teori elektromagnetik klasik dengan mekanika kuantum.

PERKEMBANGAN MEKANIKA KUANTUM BERDASARKAN TEORI REVOLUSI SAINS KUHN

Dengan ditemukannya bukti adanya sifat dualisme gelombang-partikel merupakan suatu “tamparan” besar bagi para ilmuwan saat itu dan merupakan perubahan paradigma. Berbagai perubahan besar harus dibuat dan terjadi dalam waktu singkat seiring dengan penemuan ini. Kita harus mengubah pandangan kita saat ini mengenai partikel dan apa itu partikel.

Pada pemahaman dunia atom, ilmuan mengalami kesulitan yang luar biasa. Teori-teori mapan tidak berdaya, bahasa yang digunakan mengalami kebuntuan, bahkan imajinasi terhadap dunia atom dipengaruhi pandangan emosional.

penderita yang dapat diotak- atik sesuai keinginan pengamat. Lebih jauhnya, benda/materi sendiri yang berbicara dan mempunyai keinginan sesuai fungsi dan kedudukannya dalam suatu fenomena.

Absurditas subatom terlihat ketika dipandang sebagai benda/ materi tidak memadai lagi, subatom bukan ‘benda’. Tetapi, merupakan kesalinghubungan dalam membentuk jaringan dinamis yang terpola. Sub-subatom merupakan jaring-jaring pembentuk dasar materi yang merubah pandangan manusia selama ini yang memandang sub atom sebagai blok-blok bangunan dasar pembentuk materi. Meminjam istilah Kuhn, mekanika kuantum merupakan paradigma sains revolusioner pada awal abad 20. Lahirnya mekanika kuantum, tidak terlepas dari perkembangan- perkembangan teori, terutama teori atom. Mekanika kuantum bukan untuk menghapus teori dan hukum sebelumnya. Mekanika kuantum tidak lebih untuk merevisi dan menambal pandangan manusia terhadap dunia, terutama dunia mikrokosmik. Bisa jadi, sebenarnya hukum-hukum yang berlaku bagi dunia [sunnatullah] telah tersedia dan berlaku bagi setiap fenomena alam, tetapi pengalaman manusialah yang terbatas. Oleh sebab itu, sampai di sini kita harus sadar dan meyakini bahwa sifat sains itu sangat tentatif. Mengapa teori kuantum merupakan babak baru cara memandang alam? Vladimir Horowitz pernah mengatakan bahwa mozart terlalu mudah untuk pemula, tetapi terlalu sulit untuk para ahli. Hal yang sama juga berlaku untuk teori kuantum. Secara sederhana teori kuantum menyatakan bahwa partikel pada tingkat sub atomik tidak tunduk pada hukum fisika klasik. Entitas seperti elektron dapat berwujud [exist] sebagai dua benda berbeda secara simultan— materi atau energi, tergantung pada cara pengukurannya (Paul Strathern, 2002:viii).

Dalam websitenya, Soegeng (2013) menyebutkan bahwa kerangka mendasar melakukan penalaran dalam sains adalah berpikir dengan metoda induksi. Apabila melakukan penalaran dengan metoda ini, maka pengamatan terhadap wajah alam fisik dilakukan melalui premis-premis yang khusus tentang materi-materi kecil [mikro] bahan alam fisik yang kasat mata. Hukum-hukum sains klasik yang telah terpancang lama, ternyata terlihat kelemahannya ketika berhadapan dengan fenomena mikrokosmik. Soegeng menyebutkan bahwa Gary Zukaf (2003:22) memberikan pengertian secara etimologis dari mekanika

kuantum. ‘Kuantum’ merupakan ukuran kuantitas sesuatu, besarnya tertentu. ‘Mekanika’ adalah kajian atau ilmu tentang gerak. Jadi, mekanika kuantum adalah kajian atau ilmu tentang gerak kuantum. Teori kuantum mengatakan bahwa alam semesta terdiri atas bagian- bagian yang sangat kecil yang disebut kuanta [quanta, bentuk jamak dari quantum], dan mekanika kuantum adalah kajian atau ilmu yang mempelajari fenomena ini.

Teori kuantum memang masih pro dan kontra dalam penerimaannya, dan bersifat kontroversial ketika menggugat otoritas sains yang dianggap telah mapan. Adanya pro dan kontra terlihat ketika Einstein yang merupakan ilmuan besar abad 20 tidak menyukai teori ini, meskipun Einstein merupakan salah satu dukun yang membidangi lahirnya teori kuantum (Soegeng, 2013).

Dalam salah satu perdebatan yang panjang dengan Bohr yang berlangsung di Kopenhagen, Denmark; sehingga terkenal dengan “Tafsiran Kopenhagen”, Einstein mengatakan bahwa teori kuantum tidak dapat mengakomodir fraksi-fraksi dalam sains, dia masih berpegang teguh bahwa madzhab newtonian merupakan mazhab yang relatif akomodatif. Bohr mengeluarkan argumen bahwa manusialah yang tidak dapat mengakomodir pengalamannya yang sangat kaya, dan terakhir Bohr menyindir Einstein, bahwa orang yang tidak goncang jiwanya oleh teori kuantum berarti orang tersebut belum memahaminya (Soegeng, 2013).

Hal ini dikomentari Kuhn (1989:80-81) dengan menyatakan bahwa dalam setiap hal, suatu teori baru hanya muncul setelah kegagalan yang nyata dalam memecahkan masalah yang normal. Selain itu, kemacetan dan bertambah banyaknya teori yang menandainya terjadi tidak lebih dari satu atau dua dasawarsa sebelum diartikulasikannya teori baru itu.

Bambang Hidayat dan Soetrisno (1999, 360-363) menyatakan bahwa kritik-kritik revolusioner yang dikemukakan oleh filsuf sains terkenal Thomas Samuel Kuhn memberikan suatu dampak emosional yang amat besar dan seringkali menimbulkan ketakutan dan keraguan dalam diri banyak orang (dalam contoh diatas seperti keraguan dari dalam diri Heisenberg dan Bohr sendiri) namun berdampak amat penting bagi perkembangan ilmu pengetahuan alam.

Proses proses penemuan dan perkembangan mekanika kuantum sangat cocok dan persis seperti apa yang dikemukakan oleh Kuhn, bahwa dari proses sains normal timbul suatu anomali, yang mana anomali-anomali tersebut membuat masalah dan problem baru yang bisa dikatakan hampir menemui jalan buntu – disebut fase krisis – yang dipecahkan dengan sebuah pemikiran mengenai paradgma baru, dimana paradigma baru tersebut memecahkan seluruh masalah (atau setidaknya sebagian) dan membua pintu baru tehadap cakrawala pengetahuan kita tentang alam. Dengan demikian perkembangan dari mekanika kuantum saat ini tidak akan atau bahkan mustahil terjadi jika tak ada revolusi berupa paradigma baru mengenai cahaya, yang memberi paradigma mengenai materi dan pemahaman baru mengenai bagaimana alam ini bekerja.

Teori Kuhn ini dapat dilihat pada proses pengetahuan terhadap nuklir yang muncul dari suatu masalah (dalam hal ini disebut anomali) yaitu masalah benda hitam. Pada masa itu, fisika telah dianggap hampir sempurna, ibarat langit yang bersih hanya tertutup suatu awan hitam. Awan itu adalah masalah eter dan masalah benda hitam. Apabila awan itu dapat disingkirkan maka sempurnalah fisika itu! Begitulah pendapat para fisikawan zaman itu. Namun saat awan itu dipecahkan, yang muncul bukanlah hujan rintik-rintik, melainkan sebah badai yang amat dahsyat. Dari masalah eter muncul fisika relativistik, dan dari masalah benda hitam muncul fisika kuantum (Gie, Tan Ik, dkk: 1998, 5-6). Dari uraian singkat tersebut dapat dikatakan bahwa peristiwa munculnya pengetahuan baru tentang fisika kuantum (dari kata kuanta – paket energi) yang mendasari mekanika kuantum sesuai dengan teori revolusi sains Kuhn.

KESIMPULAN

Penemuan mekanika kuantum sangat sesuai dengan teori revolusi sains oleh Thomas Samuel Kuhn. Pada mulanya terdapat suatu masalah yang tidak dapat dipecahkan dengan sains normal (masalah radiasi benda hitam), yang kemudian dipecahkan dengan munculnya suatu paradigma baru (dualisme gelombang-partikel). Hingga dari paradigma baru tersebut munculah suatu cabang sains baru yang disebut mekanika kuantum. Perkembangan mekanika kuantum seperti yang sekarang ini bisa dikatakan hampir mustahil jika tidak ada sebuah revolusi seperti diatas. Hal ini sesuai dengan teori revolusi sains hasil pemikiran Kuhn.

DAFTAR RUJUKAN

Capra, Fritjof. 2000. The Tao of Physics: An Exploration of the Parallels Between Modern Physics and Eastern Mysticism. Berkeley: Shambhala Publications. Gie, Tan Ik, dkk. 1998. Fisika Modern. Jakarta: Departemen Pendidikan nasional. Hidayat, Bambang, dan Soetrisno. 1999. Pengetahuan Alam dan Pengembangan.

Jakarta: Departemen Pendidikan nasional

Kuhn, Thomas Samuel. 1989. Peran Paradigma dalam Revolusi Sains (terjemahan). Bandung: Remaja Rosdakarya.

Purwanto, Agus. 2012. Dualisme Gelombang Partikel. Artikel diakses dari http://spelayaran.blogspot.com/2012/03/radiasi-benda-hitam.html pada 19 November 2014.

Soegeng. 2013. Sejarah Fisika Kuantum. Artikel diakses dari situs http://fisika- indonesia.blogspot.com/2011/03/setiap-memasuki-pemahaman-dunia-atom.html pada 19 November 2014.

Strathern, Paul. 2002. Philosophy in 90 Minutes series. Jakarta: Pena Nusa. Sutrisno. 1983. Fisika Dasar: Fisika Modern. Bandung: Penerbit ITB.