SEJARAH PERKEMBANGAN
FISIKA
Oleh:
Bambang Tahan Sungkowo
Diterbitkan oleh: DEPDIKNAS
SUB PROYEK PENULISAN BUKU
UM 2013
P E N G A N T A R
Sejarah Fisika merupakan salah satu mata kuliah yang harus diikuti oleh mahasiswa Program Studi Pendidikan Fisika. Menyimak Katalog FMIPA UM untuk JURUSAN FISIKA tahun 2009, hal. 69 Kompetensi yang harus dimiliki mahasiswa setelah menempuh matakuliah Sejarah Fisika adalah: Mempunyai wawasan tentang sejarah perkembangan fisika, mengenal ahli fisika, memahami dan meneladani proses penemuan Fisika secara ilmiah.
Materi perkuliahan Sejarah Fisika terdiri dari: • Fungsi sejarah Fisika
• Periode Awal Perkembangan Fisika Galileo Galilei. • Periode Fisika Klassik.
• Periode Fisika Modern Bagian Pertama. • Periode Fisika Modern Bagian Kedua.
Sampai saat ini, belum ada buku khusus dalam Bahasa Indonesia yang isinya cukup memadai untuk dijadikan referensi pokok untuk matakuliah Sejarah Fisika, baik bagi dosen (selaku pengampu matakuliah) maupun mahasiswa (sebagai peserta matakuliah). Bertolak dari keadaan tersebut, kami menyusun buku berjudul "SEJARAH PERKEMBANGAN FISIKA" yang isinya cukup dan memadai sebagai referensi matakuliah Sejarah Fisika.
Walaupun dalam menyusun buku ini telah banyak sumber bacaan yang digunakan sebagai referensi, namun kami tetap merasa adanya kekurangan di sana-sini. Oleh sebab itu untuk lebih menyempurnakan isi maupun susunan buku ini, dengan tangan terbuka kami selalu menerima tegur sapa dari manapun datangnya.
Mudah-mudahan buku ini dapat bermanfaat bagi para mahasiswa, bagi perkembangan Pendidikan Fisika dan bagi perkembangan Ilmu Pengetahuan pada umumnya.
Malang, 1 Juni 2012 Penyusun,
D A F T A R I S I
Hal
PENGANTAR...ii
BAB I. PENDAHULUAN...1
BAB II. ABAD AWAL PERKEMBANGAN FISIKA...1
1. Thales dari Miletus...7
2. Pythagoras ...8 3. xHerakleitos ...8 4. xAnaxagoras ...9 5. xEmpedocles ...9 6. Demokritus ...10 7. Aristoteles ...11 8. Aristarchus ...14 9. Archimedes ...15 10. Ptolemy ...16 11. Al Hassan ...16 12. Albiruni ...17 13. Roger Bacon ...18 14. Leonardo da Vinci ...18 15. Copernicus ...19
BAB III. PERIODE KEBANGKITAN METODE EKSPERIMEN ...20
1. Galileo Galilei ...20
2. Tycho Brahe dan Kepler ...26
3. xGilbert ...29 4. xKircher ...30 5. xCabeo ...30 6. xGellibrand ...30 7. Marsenne ...30 8. Willebrord Snell ...31 9. Evangelista Torricelli ...31
10. Otto Van Guericke ...32
11. Pascal ...32
12. Robert Boyle ...32
13. Christian Huygens ...33
14. Robert Hooke ...34
15. Sir Issac Newton ...35
16. Bernoulli ...46
17. James Black ...46
18. xJohn Dollond ...47
19. Gabriel Daniel Fahrenheit ...47
20. Reamur ...48 21. Anders Celsius ...48 22. Benyamin Franklin ...48 23. S’ Gravensande ...50 24. James Watt ...51 25. xLuigi Galvani ...52 26. Coulomb ...53 27. Alessandro Volta ...53 28. xGeorge Atwood ...54
BAB IV. ABAD KEBANGKITAN FISIKA KLASIK ...55
1. Count Rumford ...56
2. Carnot ...56
3. Robert J. Mayer ...60
4. James Prescott Joule ...61
5. xHesmann Von Helmholtz ...62
6. xClausius ...63
7. Lord Kelvin ...63
8. Doppler ...64
9. Melde ...66
11. Thomas Young ...71
12. Fresnel ...73
13. xJoseph Hendry ...75
14. Michael Faraday ...76
15. James Clerk Maxwell ...86
BAB V. ABAD FISIKA MODERN (Bagian pertama) ...92
1. Wilhelm Conrad Rontgen ...93
2. Albert A. Michelson ...99
3. Henry Bequerel ...100
4. Hendrik Antoon Lorentz ...101
5. J.J Thomson ...101
6. xCharles Vesnon Boys ...104
7. Mx Planck ...105
8. xSvante Archenius ...105
9. xJ.A. Fleming ...106
10. xCharles Eduard Guillpume ...106
11. Zeeman ...107
12. Marie Curie ...107
13. Robert A. Millikan ...108
14. xCharles Thomson Rees Wilson ...109
15. Ernest Rutherford ...111
16. Marconi Guguliene ...113
17. Albert Einstein ...113
18. Sie Owen William Richardson ...115
19. xJ.Franck ...116
20. Niels Bohr ...118
21. G. Hertz ...119
22. Compton ...120
BAB VI. ABAD FISIKA MODERN (Bagian kedua) ...124 1. xAston ...124 2. Erwin Schrodinger ...126 3. Irine Curie ...127 4. Wolfgang Pauli ...127 5. Werner. K. Heisenberg ...128 6. xPoul A. M. Dirac ...129
7. xLouis Fugune Felix Neel ...129
8. xGeorge Gamov ...131
9. Carl D. Anderson ...131
10. xLev Davidovich Landau ...132
11. xRichard P. Feynman ...132 12. xHans Bethe ...132 13. xMurray Gell-Mann ...133 14. Dennis Gabor ...133 15. xBrian Josephson ...134 16. xAntony Hewish ...135 DAFTAR KEPUSTAKAAN ...139
LAMPIRAN I. DAFTAR PENEMU FISIKA ...140
BAB I PENDAHULUAN
Sebagai salah satu cabang dari Ilmu Pengetahuan Alam, yang mempelajari peristiwa-peristiwa serta perubahan-perubahan yang terjadi di alam semesta, Fisika memiliki kekhususan dibandingkan dengan cabang-cabang dari Ilmu Pengetahuan Alam yang lain, seperti : Kimia, Biologi dan Ilmu Pengetahuan Bumi dan Antariksa. Kekhususan tersebut terutama dalam pemakaian matematika sebagai alat bantu di dalam menyajikan serta memecahkan masalah-masalah. Dalam hal tersebut fisika memiliki kadar pemakaian matematika yang lebih tinggi dibandingkan dengan Kimia, Biologi maupun Ilmu Pengetahuan Bumi dan Antariksa. Sedemikian erat hubungan antara Fisika dan Matematika tersebut, sehingga dapatlah dikatakan bahwa semua aspek dalam Fisika disajikan secara matematis.
Sejalan dengan cabang-cabang Ilmu Pengetahuan Alam yang lain, Fisika merupakan pengetahuan yang berasal dari pengalaman-pengalaman yang diperoleh dari pengamatan secara langsung maupun tidak langsung terhadap gejala-gejala yang terjadi pada alam sekitar ataupun pengalaman yang diperoleh dari percobaan-percobaan yang sengaja diadakan. Dalam melaksanakan pengamatan, baik itu terhadap gejala alam secara langsung maupun pengamatan terhadap percobaan, biasanya dilakukan pengukuran-pengukuran sehingga didapatkan data. Bila data yang diperoleh tadi diolah dengan pertolongan matematika, akan didapatkan kesimpulan yang berupa teori-teori, hukum-hukum, dalil-dalil ataupun rumus-rumus.
Disamping untuk tujuan di atas, percobaan sering diadakan juga dengan maksud untuk menguji kebenaran suatu teori tertentu. Sebab sebagaimana diketahui bahwa “kebenaran” yang dimiliki suatu teori tertentu dalam Fisika itu sifatnya relatif dan sementara. Kebenaran suatu teori sifatnya relatif artinya, suatu_teori dikatakan benar, bila teori tersebut didukung oleh bukti-bukti yang lebih kuat dibandingkan teori lain yang lebih lemah. Kebenaran suatu teori itu sifatnya sementara, artinva bahwa suatu teori diakui kebenarannya selama belum
ada teori lain yang muncul dengan kadar kebenaran lebih tinggi. Tetapi bila misalnya kemudian muncul teori baru yang mempunyai landasan lebih kuat, maka, gugurlah kebenaran teori yang pertama dan diterimalah kebenaran teori yang kedua. Sebagai contoh perhatikan perkembangan teori cahaya berikut ini.
Sampai dengan abad empat sebelum masehi orang masih belum mengenal cahaya. Pada waktu itu masih berlaku pendapat,bahwa kita dapat melihat benda di sekeliling kita karena dari mata kita keluar “Sinar-sinar Penglihat” yang berbentuk kumis-kumis peraba. Bila kumis-kumis peraba. ini menyentuh benda, maka kita mendapat kesan melihat benda tersebut. Pendapat ini di dukung oleh Plato (429-348) dan Euclides (287-212 SM). Pendapat tersebut memang agak serasi dengan bentuk bola mata (bentuk cembung kurang dapat menerima sesuatu dari luar). Hal tersebut diperkuat pula dengan bersinarnya mata dari beberapa jenis binatang di dalam gelap.
Pendapat di atas sangat ditentang oleh Aristoteles, karena pada kenyataannya kita tak dapat melihat benda-beada di dalam ruang yang gelap. Namun, Aristoteles tak dapat menjelaskan apa sebab mata dapat melihat benda, sehingga teori kumis-kumis peraba tersebut dapat bertahan sampai abad pertengahan.
Dalam abad pertengahan oleh Alhazan (965-1038), seorang ilmuan Mesir di Iskandaria, diketengahkan pendapat lain. Alhazan berpendapat bahwa mata kita dapat melihat benda-benda di sekeliling kita, karena cahaya yang dipancarkan atau dipantulkan oleh benda-benda yang bersangkutan masuk ke dalam mata kita. Teori ini akhirnya diterima orang sampai saat ini.
Persoalan yang timbul karena munculnya teori Alhazan ini adalah bagaimana cara cahaya dapat sampai ke mata kita. Untuk menjawab persoalan tersebut banyak dikemukakan teori-teori mengenai cahaya, diantaranya adalah :
Teori emisi oleh Sir Isaac Newton (1642-1727) seorang ilmuan berkebangsaan Inggris. Ia berpendapat, bahwa dari sumber cahaya dipancarkan partikel-partikel yang sangat kecil dan ringan ke segala arah dengan kecepatan yang sangat besar. Bila partikel-partikel tersebut mengenai mata kita, maka kita mendapat kesan melihat benda tersebut.
Teori gelombang oleh Christian Huyugens (1629-1695), seorang ilmuan berkebangsaan Belanda. Menurut Huygens cahaya pada dasarnya sama dengan bunyi. Perbedaan antara cahaya dengan bunyi terletak pada frekuensi dan panjang gelombangnya. Menurut Huygens cahaya merambat berupa gelombang-gelombang cahaya.
Kedua teori di atas tersebut dapat menerangkan peristiwa pemantulan dan pembiasan cahaya dengan sempurna. Tetapi Huygens terpaksa harus memperkenalkan zat hipotesis, yeitu "eter alam", sebagai medium perambatan gelombang, karena perambatan gelombang yang dikenal waktu itu selalu membutuhkan medium, sedangkan ruang antar planet-planet dan bintang-bintang adalah ruang hampa. udara. Huygens sendiri tak dapat menerangkan rambatan lurus cahaya, suatu hal yang sangat mudah bila diterangkan dengan teori emisinya Newton. Inilah kiranya yang menjadi salah sebab mengapa teori emisi Newton tetap dianut orang sampai. abad XVIII.
Percobaan-percobaan Thomas Young (1773-1829) dan Augustin Fresnel (1788-1827) membuktikan bphwa cahaya dapat melentur dan berinteferensi. Ini merupakan suatu peristiwa yang sama sekali tak dapat diterangkan oleh teori emisi Newton.
Hasil percobaan Jean Leon Foucault (1819-1868), menunjukkan bahwa cepat rambat cahaya di dalam zat cair lebih kecil daripada cepat rambat cahaya di dalam udara. Hasil ini sangat bertentangan dengan teori emisi Newton. Menurut teori emisi Newton cepat rambat cahaya di dalam zat cair lebih besar daripada cepat rambat cahaya di dalam udara. Karena kedua hasil percobaan-percobaan di atas, teori emisi Newton menjadi sangat terdesak.
Perhitungan James Clerk Maxwell (1831-1879), seorang ilmuan berkebangsaan Inggris (Skotlandia), menyatakan bahwa cepat rambat gelombang-gelombang elektromagnetik sama dengan cepat rambat cahaya, yaitu 3 x 108 meter/detik. Berdasarkan itu Maxwell berkesimpulan bahwa cahaya itu gelombang elektromagnetik. Kesimpulan Maxwell tersebut diperkuat oleh percobaan-percobaan :
1. Heinrich Rudol Hertz (1857-1894), seorang ilmuan berkebangsaan Jerman, yang membuktikan bahwa, gelombang elektromagnetik itu gelombang transversal; suatu hasil yang sesuai dengan kenyataan bahwa. cahaya dapat menunjukkan gejala polarisasi.
2. Pieter Zeeman (1852-1943), seorang ilmuan berkebangsaan Belanda, pada tahun 1896 mengedakan percobaan mengenai pengaruh medan magnet yang kuat terhadap berkas cahaya.
3. Johanes Stark (1874-1957) seorang ilmuan berkebangsaan Jerman, pada tahun 1913, mengadakan percobaan yang memberikan hasil bahwa medan listrik yang kuat berpengaruh terhadap berkas cahaya.
Sebagaimana Huygens, Maxwell pun berpendapat bahwa gelombang-gelombang elektrompanetik merembat lewat medium eter alam.
Penemuan-penemuan di atas lebih lanjut mendorong dua orang ilmuan berkebangsaan Amerika, Albert Abraham Michelson (1852-1931) dan Edward Williams Morley (1838-1923), pada tahun 1881 (kemudian diulang dan disempurnakan pada tahun 1887) mengadakan percobaan yang sangat masyhur, yaitu membuktikan adanya eter alam. Ternyata dari percobaan-percobaan yang dikerjakan itu diperoleh kesimplan bahwa eter alam yang dihipotesiskan Huygens sebenernya tidak ada.
Pada. tahun 1900 Max Karl Ernst Ludwig.Planck (1858-1947), seorang ilmuan berkebangsaan Jerman, setelah melakukan pengamatan sifat-sifat termodinamika radiasi benda-benda hitam, menyimpulkan bahwa energi cahaya terkumpul dalam paket-paket kecil yang disebut “kuanta”. Teori mengenai hal tersebut disebut teori kuantum cahaya. Jadi menurut Planck energi terdiri atas porsi-porsi tertentu yang disebut kuanta. Planck dapat memberi keterangan pula mengenai hubungan antara besar energi yang dipancarkan oleh permukaan suatu benda pada tiap-tipa suhu dan frekuensi cahaya yang dipancarkan benda bercahaya tersebut. Kuantum energi cahaya tersebut disebut “foton”.
Pada tahun 1905 Albert Einstein (1879-1955), seorang ilmuan muda keturunan Yahudi, berhasil menerengkan gejala foto listrik dengan teori Planck. Baik teori kuantum maupun gejala foto listrik, yakni pemancaran
elektron-elektron oleh suatu permukasm zat tertentu bila disinari, menyebabkan goyahnya teori gelombang Huygens. Dengan demikian cahaya sebenarnya mempunyai sifat kembar (duelisme), yaitu sifat gelombang dan sifat materi. Sifat gelombang atau sifat materi pada cahaya tersebut bergantung dari cara mengamatinya.
Demikian sedikit gambaran mengenai perkembangan dalam mencapai kebenaran di dalam Fisika. Atas dasar kedua sifat yang ada di dalam Fisika. tersebut, maka Fisika merupakan pengetahuan yang selalu aktual dan berkembang sesuai dengan keadaan jaman.
Lebih lanjut.perkembangan Fisika dapat dibedakan dalam dua tahapan, yaitu tahapan Fisika klasik yang terbagi dalam tiga periode dan Fisika modern terbagi dalam dua periode. Jadi seluruh perkembangan Fisika terbagi dalam lima periode, yaitu :
Periode I, dimulai sejak jaman purba sampai pada tahun 1550 masehi. Periode II, mulai tahun 1550 sampai tahun 1800 Masehi,
Periode III, mulai tahun 1800 sampai tahun 1890 Masehi, Periode IV, mulai tahun 1890 sampai tahun 1925 Masehi, Periode V, mulai tahun 1925 sampai sekarang.
Masing-masing periode perkembangan di atas pada umumnya memiliki kekhususan tersendiri sebegai pertanda jamannya. Pembahasan masing-masing periode secara mendalam disampaikan pada bab-bab selanjutnya.
