Fisika dan Kiprahnya

Sumbangan fisika sangat hesar Manfaatnk,ia terasa oleh masyarakat hanyak

Nama Fisika sebetulnya diciptakan oleh Aristoteles, ahli filsafat Yunani Kuno Arti aslinya: “benda-benda alami”, sama seperti yang kini dipahami orang sebagai ilmu pengetahuan alam Namun, dalam perjalanan sejarah, arti tersebut berubah. Mula-mula hal-hal yang berhubungan dengan benda-benda hidup keluar dari wawasan fisika. Selanjutnya kimia, juga dipandang di luar fisika.

Fisika dalam arti yang kini digunakan orang, sebetulnya, baru mulai, pada abad 17, yaitu dengan dikemukakannya percobaan-percobaan oleh Galileo Galilei tentang gerak benda. Sebelum itu fisika tak banyak berbeda dengan filsafat umum, yaitu seperangkat gagasan tentang alam yang dikemukakan, tanpa perlu diperiksa kebenarannya dengan percobaan. Penerus tradisi yang dirintis oleh Galileo adalah Isaac Newton, orang Inggris yang dilahirkan pada tahun yang sama dengan kematian Galileo, yaitu pada tahun 1642. Newton memberi ciri baru pada fisika: menggunakan matematika dalam menyatakan aturan-aturan dalam fisika. Selanjutnya, untuk membahas gaya gravitasi bumi. Newton menciptakan kalkulus diferensial integral. Ciri ini tetap digunakan hingga kini, membentuk fisika sebagai ilmu yang berupaya membuat deskripsi matematik dari aturan-aturan alam, dan menggunakan eksperimen untuk memeriksa kebenarannya. Ciri ini kini juga digunakan untuk berbagai ilmu yang lain, dan dikenal sebagai metoda ilmiah.

Kini fisika telah jauh berkembang. Secara dramatis ia telah mengubah pandangan manusia atas alam semesta dan atas dirinya. Fisika merupakan salah satu kemenangan buah pikir manusia, salah satu petualangan manusia yang terbesar, suatu petualangan yang masih bersambung terus. Bahan bahasannya mencakup waktu dari awal terjadinya alam semesta hingga akhir waktu. Benda yang dibahas mencakup. ukuran dari partikel di bawah ukuran atom hingga batas-batas alam semesta kita.

Rasa ingin tahu membedakan manusia dari mahluk-mahluk lain. Pemandangan indah langit cerah di malam hari yang dapat dinikmati oleh setiap orang, melahirkan astronomi. Namun, baru setelah beberapa generasi, setelah orang melakukan pengamatan dengan ketepatan yang terus bertambah, Kelpler dan Newton dapat menunjukkan, bahwa gerak planet-planet mengikuti aturan yang sederhana, yaitu hukum-hukum Newton untuk gerak dan gaya gravitasi. Inilah fisika pada masa itu.

Seratus tahun yang silam, matematika dari Newton digabung dengan teori elektromagnetik dari James Clark Maxwell, yaitu penyatuan dari dua gaya alam dasar, listrik dan kemagnetan. Ini mencukupi untuk membuat deskripsi semua gejala alam yang diketahui saat itu.

Penemuan Rutherford atas inti atom, dan teori Bohr tentang susunan atom, membawa kejutan-kejutan baru dalam fisika: ilmu hitung yang selama ini dapat digunakan untuk deskripsi aturan alam ternyata tak berlaku lagi. Suatu ilmu hitung baru, mekanika kuantum, harus diciptakan untuk membahas alam renik. Mekanika baru ini membuat dampak yang amat besar terhadap cara berfikir orang terhadap alam. Deskripsi yang penuh kepastian harus diganti dengan ketakpastian dan peluang. Bahkan mahailmuwan seperti Albert Einstein hingga akhir hayatnya tak dapat menerima pandangan kuantum ini. Walaupun demikian, benih yang ditanam oleh pendekar-pendekar mekanika kuantum seperti Erwin Schrodinger dan Werner Heisenberg, sekitar tahun 1925 itu, dengan cepat berkembang.

Jika mekanika kuantum digabung dengan teori elektromagnetik, maka terbentuklah elektrodinamika kuantum, yaitu suatu teori yang memiliki ketepatan amat tinggi. Kecocokan teori dan eksperimen dalam teori ini amatlah sempurna, sehingga boleh dikata, dalam ruang lingkupnya, teori elektrodinamika kuantum ini telah selesai.

Memasuki dunia subatomik (dalam ukuran di bawah atom) muncul pula kejutan baru. Teori relativitas yang semula hanya membuat gebrakan kecil dengan memberi koreksi terhadap lintasan planet Merkuri, kini menampakkan dampaknya yang revolusioner, yaitu dalam kaitannya dengan pembebasan energi yang terkandung dalam inti atom. Tentu anda tahu rumus kesetaraan massa dan energi Einstein, yaitu E = mc2.

Kini, kita berdiri di ambang periode baru dalam fisika, seperti yang terjadi pada tahun 1920-an, sewaktu mekanika kuantum mulai berkembang. Impian Albert Einstein, yaitu penyatuan berbagai gaya-gaya alam—gaya gravitasi, gaya listrik-magnit, gaya kuat, dan gaya lemah—kini mulai tampak dalam jangkauan. Hasil-hasil yang dicapai dalam teori kuantum kromodinamika (tentang gaya-gaya kuat) dan teori string dalam 10 dimensi membawa prospek untuk menyatukan semua gaya-gaya alam dalam suatu teori-dasar yang mencakup semuanya.

Dalam perjalanan sejarahnya, fisika telah banyak memberi hasil sampingan yang cukup besar dampaknya dalam masyarakat. Dampak fisika mempunyai jangkauan lebih jauh dari dampak pendekar-pendekarnya serta alat-alat penyelidikan yang digunakan. Tujuan fisika adalah mengupas aspek-aspek yang tidak esensial dari suatu masalah dan membuka inti masalahnya; kemudian menyatakan masalah ini secara sederhana dan menggunakan kekuatan penuh dari matematika untuk mencari hubungan satu dengan yang lain, untuk membuat ramaian, dan membuat model. Pendekatan inilah yang diekspor oleh fisika ke yang lain. Marilah kita coba untuk menelaah beberapa di antaranya, dan kemudian kita bahas bagaimana perkembangan fisika di negara kita ini.

ENERGI
Energi merupakan masalah kunci, oleh karena semua aspek kehidupan memerlukannya. Produk ekonomi masyarakat juga bergantung pada tersedianya energi dalam bentuk yang sesuai dan harga yang murah. Mesin-mesin dalam industri, transportasi, pengolahan bahan makanan, lampu-lampu untuk penerangan, peralatan komunikasi, semuanya perlu energi. Tanpa energi tak mungkin roda ekonomi dapat bergerak.

Satu bentuk energi yang amat disukai orang adalah energi listrik, karena mudah digunakan untuk berbagai keperluan. Bentuk energi lain adalah bahan bakar minyak, energi yang mudah dibawa dari satu tempat ke tempat yang Energi dalam minyak dan batu bara tersimpan dalam ikatan fintar atom dalam molekul bahan bakk fosil. Tanpa pengaturan yang cermat, persediaan bahan bakar ini mungkin akan habis dalam satu atau dua generasi, sehingga mungkin cucu atau cicit kita tidak kebagian lagi untuk menikmati bahan bakar luks ini.

Satu sumber energi yang mempunyai potensi amat besar adalah inti atom. Di sini fisika mempunyai dampak yang amat nyata, suatu dampak yang mungkin dapat menyelamatkan manusia dari kehausan energi, atau mungkin dari kemusnahan manusia dari muka bumi. Energi nuklir dalam bentuk reaktor fisi telah lama digunakan. Dalam reaktor nuklir jenis ini, inti atom dibelah (fisi) oleh tembakan netron. Kita semua tahu risikonya, namun teknologi ini telah cukup matang, dan upaya-upaya untuk mengurangi resiko tersebut terus dikaji. Bagian dari fisika inti ini kini sebagian besar telah dialihkan ke tangan para insinyur nuklir.

Lain halnya dengan reaktor fusi, di mana energi diperoleh dari penggabungan (fusi) dua buah inti atom ringan. Secara alamiah kita menggunakan energi dari reaktor nuklir jenis ini, reaktor buatan Tuhan Yang Maha Esa, yaitu matahari kita. Reaksi fusi semacam inilah yang merupakan bahan bakar di dalam matahari dan bintang-bintang yang berkelip di malam hari. Para fisikawan di negara-negara maju kini tengah sibuk menciptakan reaktor jenis ini.

Dalam bentuk sumber energi tak terkendali, reaktor fusi telah lama dibuat orang, yakni dalam bentuk bom hidrogen, di mana hasil akhir yang diharapkan adalah kerusakan yang maha dahsyat. Kini, bom-bom seperti ini serta sarana pengangkutnya merupakan bahan pembicaraan sehari-hari; perimbangannya merupakan faktor penentu dalam kelangsungan perdamaian dunia atau kemusnahan kehidupan di Bumi kita ini. Perdamaian yang dicapai melalui cara ini bukanlah berdasar pada cinta dalam persaudaraan, namun telah berhasil menahan terjadinya perang dunia selama lebih dari 40 tahun. Semoga hal ini dapat bertahan selamanya, sebab alternatif yang dapat terjadi sungguh mengerikan.

Altematif terhadap energi fosil, seperti energi surya, energi termal lautan, energi angin, energi pasang, dan lain-lain. masih berpuluh tahun dari kenyataan komersial. Pada taraf ini fisika banyak sekali dituntut untuk membangun dasar-dasar teknologi yang akan membuatnya menjadi barang dagang yang terjangkau masyarakat ramai.

INFORMASI & KOMUNIKASI
Kemajuan dalam bidang elektronika masa kini bersumber dari penemuan transistor pada tahun 1950 oleh William Shockley dan kawan-kawannya dari Bell Labs di Amerika Serikat. Penemuan transistor sendiri merupakan satu mata rantai dalam penelitian bahan semikonduktor. Mata rantai tersebut kini memungkinkan orang memasukkan jutaan transistor daiam sekeping kristal semikonduktor, yang memungkinkan dibuatnya komputer serta berbagai alat-alat lain dalam sekeping kristal semikonduktor. Dampak sosial kemajuan elektronika, komputer, dan komunikasi, tak perlu kita sebutkan lagi di sini. Kemajuan-kemajuan dalam bidang ini masih terus berlangsung, seperti misalnya pembuatan IC mahacepat, komunikasi serat optik, komputer optik, komputer superkonduktor, dan lain-lain. Bidang media simpan data dalam bentuk cakram optik yang dapat direkam ulang berupa bahan magneto-optik, serta teknik rekaman vertikal yang memungkinkan rekaman magnetik untuk data dengan kemampuan simpan 10 kali lipat yang kini digunakan orang, merupakan penelitian fisika yang kini sedang berlangsung di berbagai laboratorium penelitian dan pengembangan negara-negara industri dalam rangka berebut pasaran dunia. Dampak teknologi baru ini, dalam berbagai bidang kehidupan masa datang, sukar diramalkan. Dengan ukuran komputer yang terus mengecil sehingga mendekati ukuran buku, dan daya simpan data yang begitu besar sehingga seluruh voluma Encyclopaedia Brittanica cukup disimpan dalam satu cakram optik, dunia informasi kini ada di ambang revolusi baru.

BAHAN
Kajian tentang bahan mampat, yaitu bahan padat dan cair, kini merupakan bagian terbesar dari fisika modern. Kaitannya dengan masyarakat kini membentuk suatu bidang yang tersendiri, yaitu ilmu bahan.

Satu perkembangan baru dalam bidang ilmu bahan adalah ditemukannya bahan superkonduktor pada suhu relatif tinggi, yaitu suhu udara cair. Pada masa lalu, sifat superkonduktor ini hanya dapat diperoleh pada suhu amat rendah, yaitu suhu hetum cair (sekitar 4,2 K atau -269°C). Bahan dengan sifat ini dapat menghantar listrik tanpa hambatan, sehingga energi listrik yang hilang sebagai panas juga tak ada. Sayang teknologi yang ingin menggunakan sifat superkonduktivitas harus membayar mahal. Kecuali bila ditemukannya bahan superkondutor yang bekerja pada suhu udara cair atau lebih tinggi lagi, yang akan memungkinkan teknologi superkonduktor menjadi murah. Industri yang menggunakan tenaga listrik jelas akan dapat bekerja dengan biaya yang lebih murah. Demikian pula transporta-si supercepat dengan sistem maglev (magnetic levitation) di mana kendaraan dapat mengambang di udara akan menjadi kenyataan yang ekonomis. Terbayang di depan mata juga komputer superkonduktor berdasar pada efek Josephson, yang memungkinkan dibuatnya komputer dengan kemam-puan pengolahan data yang amat tinggi.

PENGOBATAN & BIOLOGI
Fisika telah lama memasuki biologi dalam bentuk biofisika, membawa serta berbagai teknik dan instrumentasinya. Hal ini tetap berlangsung “hingga kini.

Sejak ditemukannya pada tahun 1895 oleh Roentgen, sinar-X memegang peranan amat penting dalam diagnostik dan pengobatan klinis. Dalam diagnosis, sinar-X digunakan untuk memotret organ-organ dalam tubuh melalui tembusan sinarnya; dalam pengobatan klinis ionisasi sinar-X yang dihasilkan oleh sinar-X digunakan untuk membunuh sel-sel kanker. Dengan dikembangkannya pelat film dan cara xerografi untuk pengambilan gambar radiogram maka bahaya kerusakan jaringan tubuh oleh sinar-X dapat dibuat amat kecil.

Perkembangan selanjutnya dari radiogram adalah Computer Aided Tomography (CT scan) yang dapat menghasilkan gambar penampang lintang dari bagian tubuh, irisan demi irisan. Sumber sinar-X, detektor, serta model analitis dari program komputer banyak diimpor dari fisika.

Dengan menggunakan sumber sinar-X yang lebih terang lagi, yaitu yang berasal dari radiasi sinkrotron, orang dapat mengembangkan teknik yang lebih canggih lagi. Suatu teknik yang kini sedang dikembangkan oleh Hofstadter dan kawan-kawannya di Universitas Stanford, Amerika Serikat, dapat digunakan untuk mengamati aliran darah di dalam jantung. Ini dilakukan dengan memasukkan garam yodium ke dalam aliran darah dan melakukan pemotretan berturutan.

Suatu teknik tomografi baru adalah tomografi NMR (Nuclear Magnetic Resonance), yang dilakukan tanpa menggunakan sinar-X. Teknik NMR pada mulanya digunakan untuk menyelidiki sifat-sifat magnetik inti atom, dan telah lama digunakan di dalam kimia untuk menentukan bangun molekul. Teknik ini dikem-bangkan oleh Edward M. Purcell dan Felix Bloch pada tahun 1946. Karena teknik NMR ini tak merusak jaringan, ia dapat digunakan untuk menyelidiki metabolisme dalam jaringan-jaringan yang peka radiasi sinar-X.

Satu lagi teknik tomografi yang kini mulai digunakan dalam klinik adalah Positron Emission Tomography (PET). Dalam teknik ini, positron (partikel seperti elektron dengan muatan listrik positif) yang dihasilkan oleh suatu zat radioaktif, jika bertemu elektron, akan saling memusnahkan dan mengha-silkan dua buah foton sinar gamma. Sinar gamma yang dihasilkan ini menyinari daerah sekitar tempat mus-nahnya pasangan elektron-positron itu, sehingga menghasilkan gambar tomografi. Teknik ini dapat digunakan untuk menyelidiki fungsi otak, di mana aliran glukosa yang telah dibubuhi sumber positron dapat dilacak.

Masih banyak teknik-teknik fisika lain yang kini sedang aktif dikembangkan dalam dunia diagnosis, seperti efek Mossbauer untuk menyelidiki getaran selaput telinga, untuk penyelidikan kecepatan aliran darah, dan lain-lain.

FISIKA DI INDONESIA
Kita telah membahas sekelumit dampak fisika di beberapa bidang. Namun hal itu, semuanya, terjadi di luar negeri. Berbagai teknik di atas memang telah digunakan di Indonesia, seperti peralatan kedokteran yang serba canggih di rumah-rumah sakit modem, berbagai alat uji di laboratorium analitis, berbagai peralatan di lembaga-lembaga penelitian, dan sebagainya. Namun, bagaimana perkembangan dan peranan fisika di Indonesia?

Penulis sendiri telah sejak tahun 1959, yaitu sewaktu memasuki gerbang pendidikan di ITB, hidup dalam alam fisika. Namun demikian, tak mudah untuk membuat suatu ulasan yana secara lengkap dan akurat dapat menjawab pertanyaan di atas.

Lembaga pendidikan sarjana fisika tertua di Indonesia adalah yang sekarang dikenal sebagai jurusan Fisika, fakultas MIPA ITB, tempat penulis bekerja. Kini, lembaga pendidikan sarjana fisika telah mulai berkembang, walaupun belum telalu banyak. Beberapa di antaranya adalah di UNPAD, UGM, UI, USU, Airlangga, ITS, UNHAS, Riau, IPB, Universitas Pakuan (Bogor), ISTN (Jakarta), dan mungkin ada beberapa lagi. Sekadar gambaran, selama beberapa tahun terakhir ini, jumlah mahasiswa yang masuk di jurusan fisika ITB adalah sekitar 50 orang-60 persen lewat ujian tulis Sipenmaru, dan 40 persen lewat PMDK. Kurikulum buku-buku acuan yang digunakan dalam pendidikan sarjana fisika di ITB tak banyak berbeeda dengan yang digunakan di luar negeri. Baru-baru ini, seorang lulusan jurusan Fisika ITB, Suganda Jutamulia, doktor yang kini bekerja sebagai periset di Universitas Pennsylvania, Amerika Serikat, menyatakan, bahwa bekal ilmu yang diperoleh dari Indonesia cukup baik untuk berkecimpung dalam dunia penelitian internasional.

Sarjana fisika tersebar di berbagai perguruan tinggi, lembaga-lembaga penelitian, seperti LIPI, BATAN, LAPAN, BMG (Badan Meteorologi dan Geofisika), Litbang ABRI, BPPT, maupun di industri seperti IPTN, Indosat, RKN, Radio Frequency Communications, LEN, dan lain-lain.

Pada hemat penulis, misi fisika di Indonesia dapat digolongkan dalam beberapa bidang, yaitu bidang pendidikan, pengembangan ilmu, pengembangan industri, dan operasi industri.

Fisika merupakan tulang punggung teknologi: Jika kita berhasrat untuk mengembangkan produk teknologi sendiri, kita harus menguasai dasar fisikanya. Untuk dapat menguasai dasar ini, diperlukan dasar pendidikan fisika yang kuat dari tahap pendidikan yang dini, yaitu dari SD, SLTP, dan SLTA, serta tahap awal di perguruan tinggi teknik. Jadi, salah satu misi fisika di Indonesia adalah pengembangan sistem pendidikan fisika dalam bentuk sumberdaya manusia, yaitu guru-guru yang betul-betul menguasai dan dapat mengalihkan ilmu kepada murid, serta sarana dan dana untuk melaksanakan ini.

Pengembangan industri modern, seperti industri pesawat terbang, industri nuklir, industri bahan tambang, memerlukan kemampuan untuk me-nerapkan fisika dalam situasi yang baru. Penerapan ini hanya dapat terlaksana jika yang bersangkutan telah terbiasa dengan ilmu hingga taraf penghayatan, yaitu hidup dengan ilmu, menggeluti masalahnya secara terus menerus. Tanpa ini, tak mungkin timbul inovasi-inovasi baru dan orisinal. Jepang berhasil dalam bidang teknologi oleh karena kebiasaan kerja dalam penelitian ilmu telah berkembang jauh sebelumnya. Pada tahun 1930an, Hideki Yukawa, telah berhasil mendapat Hadiah Nobel dalam bidang fisika dengan pengembangan teori meson. Demikian juga nama-nama seperti Nishina, Esaki, Kondo, dan sebagainya, adalah nama peneliti-peneliti pengembang ilmu. Jelas bahwa fisika sebagai pengembang teknologi harus dibarengi dengan pengembangan ilmu fisika itu sendiri.

Dalam operasi industri seperti industri minyak dan pertambangan, industri pesawat terbang, industri mesin, industri energi banyak masalah yang pemecahannya memerlukan fisika. Sebagai contoh adalah masalah getaran mesin, efisiensi energi, energi geotermal, dan sebagainya.

Dalam ruang yang terbatas ini, tak mungkin dicakup semua aspek di mana fisika dapat berperan. Artikel ini hanya dimaksudkan untuk memancing peran serta pembaca, agar timbul pertanyaan-pertanyaan atau permintaan untuk dibahas topik-topik fisika guna mengisi rubrik ini. Kami tunggu! ?

Oleh Sutrisno

Sumber: Majalah AKU TAHU – AGUSTUS – SEPTEMBER 1987