Bagaimana Konsep Fisika Modern?

image

Perkembangan teori sangat pesat. Begitu juga dengan Fisika, Bagaimana Konsep Fisika Modern?

Fisika Modern secara umum dibagi menjadi dua bagian pembahasan yaitu Teori kuantum lama dan Teori Kuantum Modern. Bahasan Fisika modern digambarkan dalam diagram seperti ditunjukkan pada Gambar 1. Teori Kuantum lama memperkenalkan besaran-besaran fisika, seperti energi merupakan besaran diskrit bukan besaran kontinum seperti halnya dibahas dalam mekanika klasik. Teori kuantum lama diawali oleh hipotesa Planck yang menyatakan bahwa energi yang dipancarkan oleh sumber (berupa osilator) bersifat kuanta/diskrit karena hanya bergantung pada frekuensinya bukan pada amplitudo seperti dalam mekanika klasik dimana besaran amplitudo tidak terbatas (kontinu).

image

Pada tahun 1900 Max-Planck merumuskan besaran energi yang bersifat diskrit dalam merumuskan energi yang dipancarkan oleh benda hitam yaitu :

E = nhf

dimana n = 1, 2, 3, … dan h = 6,626 x 10-34 Joule/detik (konstanta Planck). Albert Einstein pada tahun 1905 menggunakan konstanta Planck dalam merumuskan energy yang dipancarkan oleh berkas cahaya/foton (penemuan efek fotolistrik).

Pembahasan konsep dalam fisika modern meliputi ruanglingkup seperti yang ditunjukkan dalam gambar 1.4, berikut. Konsep yang paling mendasar dalam fisika modern adalah konsep dualisme partikel dan gelombang, dimana partikel berperilaku sebagai gelombang dan gelombang berperilaku sebagai partikel. Konsep ini sangat penting karena perilaku partikel dan gelombang semuanya sudah dipelajari dan diamati di fisika klasik. Konsep dualisme partikel-gelombang ini diamati oleh 2(dua) eksperimen yaitu efek fotolistrik oleh Albert Einstein dan eksperimen difraksi partikel/elektron oleh G.P. Thomson dan Davison Germer.

Penerapan Konsep Fisika Modern


Penerapan fisika modern telah banyak kita nikmati saat ini, yang mencakup bidang telekomunikasi, kedokteran, dunia industri, militer dan masih banyak lagi. Dalam dunia telekomunikasi, pengiriman informasi pada awalnya digunakan asap, kemudian telefon, handphone (HP), komputer, serat optik dan saat ini banyak digunakan teknologi VoIP ( Voice over Internet Protocol ), seperti ditunjukkan pada Gambar 1.2 Perkembangan ini merupakan jasa dari pengembangan fisika moden.

image

Revolusi penerapan Fisika Modern diawali sejak ditemukannya LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) yang banyak digunakan sebagai barcode di supermarket, display, hiburan, telekomunikasi sebagai pembawa informasi, holografi dalam pembuatan penyimpan data maupun dalam dunia milter/senjata. Dalam dunia kedokteran atau biologi kebutuhan akan citra objek yang lebih kecil membuat pranan fisika modern sangat besar terutama sejak dibuatnya mikrodkop electron dan mikroskop laser. Dengan kedua jenis mikroskop ini, objek kecil seperti sel darah manusia, sel-sel dalam organ tubuh manusia atau hewan dapat dilihat dengan jelas, sehingga sangat membantu dalam diagnosa penyakit. Perkembangan teknologi mikroskop berdasarkan sumber cahaya dan resolusi citra yang diperolehnya ditunjukkan pada gambar 1.5.

Fisika modern merupakan cabang ilmu yang penting dalam peradaban manusian. Banyak aplikasi yang merupakan penerapan dari konsep fisika modern telah terealisasi dan membantu kenyamanan hidup manusia. Salah satu cara untuk memahami konsep fisika modern adalah mempelajari penerapan dari fisika modern tersebut.

Pada bagian berikut ini diuraikan beberapa penerapan dari fisika modern.
image

Salah satu contoh aplikasi penting dari penerapan fisika modern adalah penemuan Laser ( light amplification by stimulated emission of radiation ). Laser adalah aplikasi dari Teori Bohr yang memodelkan lintasan diskrit dari elektron. Cahaya laser terbentuk melalui emisi radiasi elektromagnetik saat elektron berpindah dari suatu tingkat energi ke tingkat energi lain. Laser dipakai dalam berbagai bidang seperti kesehatan, industri, militer, telekomunikasi, hiburan, dan lainnya. LASIK merupakan salah satu aplikasi laser yang banyak dipakai dalam dunia kesehatan untuk mengkoreksi lensa mata manusia. Dalam dunia komersial, laser juga telah mempercepat antrian pembayaran di kasir-kasir supermarket karena dapat dipakai untuk membaca kode barang ( barcode ).

Dalam industri, energi besar dari laser dipakai untuk memotong baja dan kepentingan lainnya. Dalam telekomunikasi, laser dipakai sebagai pembawa data melalui serat optik. Kapasitas dan kecepatan transmisi data dengan menggunakan serat optik menjadi sangat besar karena medium pembawa data berupa cahaya yang memiliki kecepatan sangat besar. Kemajuan ini telah membuat kenyamanan pada manusia karena biaya komunikasi menjadi lebih murah dan kualitasnya menjadi lebih baik.

Laser juga dipakai sebagai sumber cahaya pada mikroskop yang dikenal sebagai mikroskop laser. Daya resolusi mikroskop laser sangat tinggi sehingga mampu mengamati benda yang sangat kecil. Contoh lain aplikasi laser adalah dalam displai dan holografi. Sifat dualisme partikel gelombang memungkin penggunaan elektron sebagai pengganti cahaya dalam mikroskop elektron. Penggunaan elektron sebagai sumber tersebut telah meningkatkan daya resolusi mikroskop dari orde mikron menjadi angstrom.

Peningkatan kemampuan mikroskop yang drastis tersebut memungkinkan kita untuk mengamati benda-benda dalam ukuran nanometer seperti sel darah merah, protein dan lainlainnya. Penemuan tersebut secara tidak langsung telah mendukung perkembangan dunia kesehatan, khususnya ilmu kedokteran. Penyimpanan data secara optik ( optical storage ) dengan menggunakan laserdisc, CD dan DVD juga merupakan penerapan dari laser. Kemampuan ‘writing’ dari laser yang sangat presisi memungkinkan peningkatan kapasitas dari MegaBits (MB) menjadi GigaBits (GB), bahkan TeraBits (TB). Contoh aplikasi lain dari kajian fisika modern adalah penerapan teori relativitas, khususnya dinamika relativitas khusus yang memperlihatkan kesetaraan antara massa dan energi. Konsep kesetaraan antara massa dan energi ini diterapkan dalam teknologi nuklir.

image

Teknologi nuklir dapat menghasilkan energi nuklir melalui reaksi fusi dan reaksi fisi. Apabila teknologinya dikuasai, energi nuklir memberikan banyak keuntungan bagi manusia. Energi nuklir menawarkan alternatif yang menarik sebagai pengganti bahan bakar konvensional seperti batubara dan minyak bumi. Efisiensi energi nuklir jauh lebih besar dibandingkan dengan efisiensi batubara dan minyak bumi. Efek rumah kaca ( green house effect ) yang merupakan gejala pemanasan global adalah penerapan dari sifat radiasi benda hitam yang merupakan gejala dari fisika kuantum yang juga merupakan bagian dari fisika modern.

Dapat disimpulkan bahwa Fisika Modern merupakan pengembangan fisika klasik dalam objek yang sangat kecil dalam bentuk partikel atau elektron. Perumusan-perumusan yang digunakan sama dengan yang dirumuskan dalam fisika klasik. Fisika modern diawali oleh prinsip besaran yang bersifat diskrit (kuanta) sehingga sering disebut dengan fisika kuantum. Fisika modern secara umum dibagi menjadi dua yaitu teori kuantum klasik/lama dan teori kuantum modern. Teori kuantum lama didasari oleh konsep dualisme partikel sebagai gelombang dan gelombang sebagai partikel sedangkan teori kuantum lama dilandasi oleh persamaan Schroedinger untuk menentukan energi partikel atau elektron. Penerapan fisika modern banyak yang kita manfaatkan saat ini seperti teknologi laser, telekomunikasi kecepatan tinggi, kedokteran dan masih banyak lagi.