1. Teori Relativitas Umum
Teori ini dikembangkan oleh Albert Einstein dan menjelaskan hubungan antara gravitasi, waktu, dan ruang. Di Indonesia, teori ini diterapkan dalam studi tentang efek gravitasi pada benda-benda ruang angkasa dan pengamatan fenomena alam seperti gerhana.
2. Teori Materi dan Medan
Teori ini mempelajari hubungan antara materi dan medan, yaitu kekuatan yang mempengaruhi materi seperti medan magnet dan elektromagnetik. Di Indonesia, teori ini diaplikasikan dalam penelitian material magnetik untuk industri teknologi.
3. Teori Termal
Teori ini mengkaji perubahan suhu dan kalor dalam sistem terbuka dan tertutup. Di Indonesia, teori ini digunakan dalam pengembangan teknologi pemakaian energi terbarukan seperti energi panas bumi.
4. Teori Kuantum
Teori ini menjelaskan sifat partikel-partikel kecil seperti elektron dan foton serta interaksi mereka dengan sinar dan radiasi. Di Indonesia, teori ini diterapkan pada teknologi quantum computing untuk meningkatkan kemampuan komputasi.
Teori Newton tentang Hukum Gerak
Teori gerak konvensional yang dikenal hingga abad ke-17 sebagian besar didasarkan pada aksioma yang dikembangkan oleh Aristoteles. Namun, pada awal abad ke-17, fisikawan Inggris bernama Sir Isaac Newton merumuskan tiga hukum gerak yang kemudian dikenal sebagai Hukum Gerak Newton. Hukum-hukum tersebut kelak menjadi lima hukum gerak karena adanya konsep kekekalan momentum dan energi yang kemudian ditemukan di kemudian hari.
Hukum Gerak Newton pertama menyatakan bahwa benda akan tetap diam atau bergerak secara lurus dengan kecepatan tetap, kecuali ada gaya netto yang bekerja pada benda tersebut. Dalam kata-kata Newton sendiri, “A benda will remain at rest or continue to move at uniform velocity in a straight line, unless compelled to change by a force acting on it.” Hukum ini menyatakan bahwa gerakan dapat bertahan pada kecepatan konstan selama tidak ada gaya netto yang diterapkan pada benda tersebut. Ketika suatu gaya terus diterapkan pada benda tersebut, gerakan akan berubah karena adanya akselerasi.
Hukum Gerak Newton kedua menyatakan bahwa akselerasi sebuah objek sebanding dengan besarnya gaya netto pada objek tersebut, dan berbanding terbalik dengan massa objek tersebut. Dalam kata-kata Newton, “The rate of change of momentum of an object is directly proportional to the net applied force and inversely proportional to the object’s mass.” Hukum ini menunjukkan bahwa semakin besar gaya yang bekerja, semakin besar pula akselerasi yang terjadi. Namun, semakin besar massa benda, semakin lambat akselerasi yang terjadi.
Hukum Gerak Newton ketiga menyatakan bahwa setiap aksi memiliki reaksi yang sama besar dan berlawanan arah dengan aksi tersebut. Dalam kata-kata Newton, “For every action, there is an equal and opposite reaction.” Hukum ini menyatakan bahwa interaksi antara dua benda yang berada dalam satu sistem selalu diikuti oleh reaksi dengan kekuatan yang sama besarnya, tetapi arah yang berlawanan. Oleh karena itu, energi dan momentum total dari sistem tersebut tetap konstan.
Hukum-hukum ini telah dipakai dalam berbagai bidang, seperti fisika, astronomi, dan teknologi. Salah satu contoh dari penerapan Hukum Gerak Newton adalah pada teori gravitasi Newton, yang menjelaskan hubungan antara benda-benda di dalam tata surya. Newton juga memperkenalkan konsep massa dan momentum, yang memperluas pemahaman kita tentang bidang ini. Penerapan lain dari hukum-hukum ini adalah pada perancangan dan pengujian kendaraan roket dan pesawat.
Teori Newton tentang Hukum Gerak menjadi sangat penting dalam fisika modern dan merupakan landasan bagi banyak perhitungan fisika. Meskipun telah dipelajari selama beberapa ratus tahun, hukum-hukum ini masih menjadi dasar pengajaran dalam banyak program pendidikan dan menjadi hal yang penting untuk dipahami oleh pelajar dan ilmuwan di seluruh dunia.
Teori Einstein tentang Relativitas
Teori relativitas merupakan salah satu teori yang dikemukakan oleh fisikawan ternama, Albert Einstein, pada awal abad ke-20. Teori ini terdiri dari dua teori yaitu, Teori Relativitas Khusus dan Teori Relativitas Umum.
Teori Relativitas Khusus membahas tentang sifat-sifat fisika pada objek yang bergerak terhadap suatu titik acuan yang persis. Sedangkan, Teori Relativitas Umum membahas tentang pengaruh gravitasi terhadap ruang, waktu, dan materi.
Pada dasarnya, Teori Relativitas merupakan perubahan paradigma dalam bidang fisika karena pada zaman itu, semua gejala alam dipandang melalui kerangka acuan yang bersifat absolut. Namun, Einstein mengubah pandangan tersebut dengan menyatakan bahwa semua pengamatan alam harus diinterpretasikan melalui kerangka acuan yang relatif terhadap pengamat.
Salah satu fenomena yang dijelaskan oleh Teori Relativitas Khusus adalah perubahan waktu yang diakibatkan oleh kecepatan benda. Einstein menemukan bahwa waktu yang diukur dari benda yang bergerak akan berjalan lebih lambat daripada dari benda diam.
Hal ini dapat terlihat dari eksperimen sederhana yang dilakukan dengan menggunakan dua jam yang diatur pada dua pesawat terbang. Kemudian, pesawat tersebut akan terbang pada kecepatan yang berbeda. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa jam pada pesawat yang bergerak lebih lambat dibandingkan dengan pesawat yang diam.
Konsep relativitas juga berpengaruh pada Teori Relativitas Umum. Einstein menemukan bahwa kerapatan massa sangat memengaruhi lekukan waktu-ruang dalam suatu wilayah. Semakin besar massa suatu objek, semakin besar pula lekukan waktu-ruang di sekitarnya.
Salah satu fenomena alam yang menjelaskan Teori Relativitas Umum adalah lensa gravitasi. Lensa gravitasi terbentuk ketika cahaya dari suatu objek distant bergerak melalui medan gravitasi yang kuat seperti Galaksi atau lubang hitam.
Cahaya dari objek distant ini akan berbelok karena medan gravitasi tersebut menekan ruang dan waktu pada area tersebut. Hal tersebut mengakibatkan cahaya yang masuk ke medan gravitasi akan membentuk bayangan atau gambar yang terdistorsi.
Secara keseluruhan, Teori Relativitas telah memberikan kontribusi besar dalam pemahaman manusia tentang alam semesta dan mempengaruhi kemajuan teknologi modern seperti GPS. Dalam penggunaan GPS, waktu relatif digunakan untuk menghitung posisi satelit dan komunikasi dengan konsisten.
Teori Max Planck tentang Kuantum
Max Planck adalah seorang fisikawan Jerman yang dianggap sebagai pendiri fisika kuantum modern. Teori kuantum adalah teori yang menjelaskan tentang nature atom dan partikel-partikel dasar dalam alam semesta. Planck pertama kali mengemukakan teori kuantum pada tahun 1900 yang disebut hukum radiasi Planck atau disebut juga sebagai Hukum Radiasi Benda Hitam.
Menurut ilmu fisika klasik, gelombang elektromagnetik harus bisa memancarkan energi dalam jumlah, sekecil apapun. Saat Planck mencoba mempelajari tentang Hukum Radiasi Benda Hitam, Ia menyadari bahwa gelombang elektromagnetik sangat sulit untuk menerangkannya dalam gelombang. Sehingga ia memutuskan untuk mempertimbangkan bahwa energi adalah diskontinyu, atau disebut dengan “kuanta”. Pada dasarnya, Planck menemukan bahwa energi tidak dipancarkan dalam jumlah yang terus-menerus, tetapi dalam kuantitas diskontinyu atau “paketchet-paketchet” yang sekarang disebut sebagai “kuanta”.
Hasil dari teori ini menghasilkan rumus E=hv, yang menjelaskan bahwa energi siapapun yang ditransfer oleh elektromagnetik dalam bentuk radiasi – termasuk cahaya- terdiri dari partikel-partikel diskrit yang dikenal sebagai foton. Planck melihat kepribadian dalam sifat radiasi ini, dan keadaan ini menyebabkan teori kuantum muncul dan pembentukan fisika kuantum.
Teori kuantum memberi fundamenta baru tentang alam semesta, dan mampu memberikan jawaban pada hal yang tidak dapat dijelaskan oleh fisika klasik, seperti tentang perilaku foton dan elektron. Uji coba tentang teori Max Planck pada kenyataannya menunjukkan hasil yang sesuai dan menguatkan proposisinya. Teori kuantum kini terus digali lebih dalam, menjadi keterusan kemajuan teknologi seperti di lubang-lubang kuantum dalam perangkat yang membantu menghasilkan informasi lebih cepat dengan database yang lebih besar.
Teori Schrödinger tentang Fisika Atom
Teori Schrödinger atau Schrödinger-Wave Equation merupakan teori fisika yang diciptakan oleh seorang fisikawan terkenal asal Austria bernama Erwin Schrödinger. Teori ini merupakan hasil kerja keras Schrödinger selama masa kerjanya di bidang Fisika Atom pada tahun 1925-1926.
Berbeda dengan teori fisika atom sebelumnya yang menganggap partikel sebagai “partikel-partikel” kecil, Schrödinger melihat partikel sebagai gelombang elektromagnetik. Teori ini didasarkan pada konsep yang sudah ada sebelumnya yaitu teori De Broglie.
Teori Schrödinger menggambarkan gerak dan perilaku partikel di dalam sebuah atom. Gerak partikel ini di deskripsikan di dalam bentuk persamaan matematis bernama Persamaan Gelombang Schrödinger.
Dalam teori Schrödinger, sebuah partikel dianggap sebagai benda yang belum pasti posisinya. Sebuah partikel atom bisa dalam keadaan “tercampur” atau berada pada keadaan “superposisi” ketika posisinya belum tetap.
Schrödinger berpendapat bahwa setiap partikel berkumpul di dalam sebuah atom memancarkan sejumlah gelombang elektromagnetik dengan frekuensi tertentu. Setiap gelombang elektromagnetik ini mempunyai sebuah frekuensi dan panjang gelombang yang berbeda.
Teori Hukum Kekekalan Massa dan Energi
Teori Albert Einstein tentang Hukum Kekekalan Massa dan Energi, lebih dikenal dengan Teori Relativitas Khusus yang diumumkannya pada tahun 1905. Teori ini menjelaskan bahwa massa dan energi tidak dapat dihancurkan atau diciptakan, hanya dapat berubah bentuk atau saling berubah.
Ia juga menunjukkan bahwa masa tergantung pada kecepatannya. Konsep bahwa kecepatan cahaya adalah konstan diperkenalkan juga oleh Einstein. Teori ini memperlihatkan bahwa kecepatan cahaya berada di atas segala-galanya dan energi yang terkandung dalam sebuah benda dihasilkan dari massa benda tersebut dikalikan dengan kecepatan cahaya yang berada di kuadrat.
Teori Hukum Gravitasi Newton
Teori Hukum Gravitasi Newton diumumkan oleh Sir Isaac Newton pada tahun 1687. Teori ini merupakan hasil kerja kerasnya selama bertahun-tahun dalam mempelajari gerak benda di atas bumi dan juga gerak planet.
Hukum Gravitasi ini menyatakan bahwa ada hubungan antara massa dan jarak antar dua benda yang menarik yang dipengaruhi oleh gaya tarik menarik yang disebut gaya gravitasi.
Gaya gravitasi memiliki besaran yang diukur oleh massa kedua benda dan jarak mereka, sehingga semakin dekat jaraknya akan semakin besar gaya gravitasi yang timbul di antara kedua benda tersebut.
Dalam teori ini, Newton juga menyatakan bahwa hukum gerak ke alam semesta dan benda-benda di dalamnya tidak terpengaruh oleh pengaruh luar.
Teori Hukum Termodinamika
Teori Hukum Termodinamika ditemukan oleh seorang insinyur Prancis bernama Nicolas Leonard Sadi Carnot pada tahun 1824. Teori ini menjelaskan tentang konsep energi panas dan sifatnya yang tidak dapat diperoleh dari suhu rendah ke suhu tinggi secara spontan.
Teori Hukum Termodinamika terdiri dari tiga hukum, yaitu:
1. Hukum Pertama Termodinamika: Energi tidak bisa diciptakan atau dihancurkan, hanya dapat berubah bentuk.
2. Hukum Kedua Termodinamika: Total entropi di alam semesta selalu meningkat, sehingga setiap sistem pure terisolasi akan mengalami suatu kenaikan universal entropi.
3. Hukum Ketiga Termodinamika: Ketika didinginkan hingga suhu yang sangat rendah, beberapa material akan berhenti dari gerakan kesinambungan yang sempurna, sehingga entropi mereka adalah nol.
Dalam teori hukum termodinamika, terdapat konsep energi yang ada, salah satunya adalah Panas. Energi panas akan selalu mengalir dari benda yang lebih panas ke benda yang lebih dingin, hingga suhu keduanya sama.
Perbandingan Empiris Keempat Teori Fisika Utama
Empat teori fisika utama yang dikembangkan oleh para ahli fisika Indonesia antara lain teori relativitas, mekanika kuantum, keelektrikan dan elektrodinamika. Meskipun teori ini sangat kompleks dan telah diuji secara teoritis, mereka juga harus diuji melalui eksperimen empiris. Mari kita lihat bagaimana hasil empiris dari keempat teori ini sejauh ini.
1. Teori Relativitas
Teori relativitas Einstein adalah konsep yang sangat radikal dalam fisika. Teori ini melihat masa dan ruang sebagai satu kesatuan, dan menyatakan bahwa banyak hukum fisika yang kita anggap mutlak, sebenarnya hanyalah relative. Teori ini dicetuskan untuk menjelaskan fenomena gravitasi, dan merupakan sarana untuk menyelesaikan masalah kontradiksi antara hukum gravitasi Newton dan relativitas khusus.
Beberapa contoh uji empiris dari teori relativitas Einstein telah dilakukan. Salah satu contoh yang paling sering digunakan adalah pengamatan pergeseran merah. Pergerakan objek dalam ruang yang menyebabkan pergeseran frekuensi gelombang cahaya, dalam hal ini cahaya bintang-bintang di zatunyata. Karena teori relativitas Einstein menyatakan bahwa gelombang cahaya harus selalu bergerak pada kecepatan yang sama, namun seharusnya mengalami pergeseran frekuensi, relatif terhadap cahaya yang diam. Pengamatan ini telah menunjukkan bahwa teori relativitas Einstein tetap benar, meskipun melakukan beberapa modifikasi seiring berjalannya waktu.
2. Mekanika Kuantum
Teori mekanika kuantum berbeda dengan teori fisika klasik pada umumnya. Sebab, teori ini mengizinkan nilai sejumlah energi tersebar, dan tidak menetapkan bahwa nilai energi haruslah berada pada nilai-nilai tertentu. Secara sederhana, teori ini menyatakan bahwa hal-hal tidak berada pada karena hubungan kausalitas, melainkan lebih banyak tentang kemungkinan.
Sejauh ini, banyak uji empiris dari teori mekanika kuantum, di mana sebagian besar di antaranya melibatkan partikel subatom. Ada banyak uji teori ini di mana partikel telah dibuat di laboratorium, dan perbedaan antara prediksi teoretis dan pengamatan praktis yang diperoleh tidak terlalu signifikan. Namun demikian, teori ini masih menjadi topik perdebatan di kalangan ilmuwan, terutama dalam konteks teori medis.
3. Keelektrikan
Teori ini menjelaskan hubungan antara medan listrik dan muatan listrik. Medan listrik dihasilkan oleh nilai muatan listrik dalam suatu jarak tertentu, dan sebaliknya, muatan listrik ditempatkan pada medan listrik tertentu akan mengalami gaya tarik dan tolak yang dikenal sebagai gerakan bergaya coulomb.
Banyak ditemukan hasil empiris yang menunjukkan kebenaran teori keelektrikan. Sebagai contoh, kita dapat memperingati penyimpanan energi elektrostati dengankondensator, mengukur nilai muatan listriknya ketika ada perubahan dalam arus listrik, dan secara empiris mengamati perbedaan perilaku materi dalam reaksi dengan muatan listrik.
4. Elektrodinamika
Elektrodinamika, atau juga dikenal sebagai teori medan elektromagnetik. Merupakan jawaban dari masalah penyatuan keelektrikan dan magnetisme. Teori ini menjelaskan hubungan di antara gaya-gaya listrik dan magnetik, dan mengikuti bentuk umum dari teori medan yang memuaskan syarat-syarat kesetaraan dan simetri.
Beberapa hasil empiris dari elektrodinamika juga telah diuji, seperti mengamati fluks magnetis dalam elektromagnet, mengamati gerakan muatan dalam medan magnet, dan kaitannya dengan muatan statis dalam suatu medan listrik. Hasil-hasil ini menunjukkan kebenaran teori elektrodinamika, meskipun masih dapat diperbaiki di masa depan seiring perkembangan di bidang ilmu pengetahuan dan teknologi.
Kesimpulan
Empat teori fisika utama ini menjelaskan fenomena alam yang kompleks, dan telah dibuktikan melalui uji empiris. Hasil uji empiris ini menunjukkan bahwa keempat teori ini tetap berlaku dan relevan dalam perkembangan fisika modern saat ini. Namun, tetap saja para ilmuwan terus melakukan riset dan eksperimen baru untuk lebih memahami fenomena yang ada, dan memperkuat ketiga teori utama ini.
