Ruang Hampa

SEPANJANG sejarah ilmu, ruang hampa merupakan suatu topik yang mengundang berbagai pemikiran. Pertanyaan yang paling sederhanatentang ruang hampa adalah apakah di dalam alam, ruang hampa itu ada atau tidak ada. Pertanyaan itu dapat diteruskan lagi dengan apakah ruang hampa di dalam alam dapat atau tidak dapat diciptakan.

Pada zaman dahulu, Aristoteles membantah kemungkinan adanya ruang hampa. Bahkan menurut logikanya, ruang hampa juga tidak dapat diciptakan. Aristoteles mengatakan bahwa alam tidak menyukai hampa. Alasan Aristoteles tentang itu juga cukup sederhana. Semakin kurang kepadatan suatu media, kata Aristoteles, semakin cepat pergerakan di media itu. Kalau media itu hampa, maka kecepatan akan menjadi takhingga. Hal irli tidak mungkin terjadi sehingga karena itu, kata Aristoteles, alam tidak menyukai hampa.

Dengan munculnya Torricelli, von Guericke, Pascal, dan para ilmuwan abad ke-17, masalah ruang hampa dibicarakan kembali. Melalui percobaan dengan tabung berisikan raksa, mereka menunjuk-kan bahwa ruang hampa itu dapat diciptakan. Dengan demikian, ruang hampa yang ditolak oleh Aristoteles pada zaman lampau, diterima oleh para ilmuwan itu pada zaman mereka. Bersama mereka, para ilmuwan kemudian menerima adanya ruang hampa di dalam alam. Ada yang mengira bahwa di berbagai tempat di antariksa yang maha luas itu, mungkin saja terdapat ruang yang betul-betul hampa.

Pada saat ini, dengan munculnya teori Einstein, keberadaan ruang hampa diragukan lagi. Rumus Einstein yang terkenal menunjukkan kesetaraan di antara bobot (massa) dengan tenaga. Bobot dapat berubah menjadi tenaga serta sebaliknya tenaga dapat berubah menjadi bobot (misalnya, elektron dan antielektron). Dengan demikian, timbul pertanyaan baru. Dapatkah kita menciptakan atau menemukan ruang yang benar-benar hampa yakni yang bebas bobot dan bebas tenaga? Bersama itu, banyak orang mulai meragukan keberadaan ruang hampa atau keterciptaan ruang hampa.

Lepas dari ada tidaknya ruang hampa atau dapat tidaknya ruang hampa diciptakan, para ilmuwan abad ke-17 yang menunjukkan adanya ruang hampa itu akan kita jadikan topik di dalam sejarah penemuan ini. Blaise Pascal sudah pernah kita bicarakan di dalam Akutahu No. 8 (September 1983). Karena itu, di sini, kita akan mengangkat dua penemu lainnya yakni Torricelli dan von Guericke. Torricelli terkenal dengan percobaan tabung raksa yang dijungkirkan, sampai-sampai kita mengenal adanya satuan torricelli, sedangkan von Guericke terkenal dengan demonstrasinya di Magdeburg.

Torricelli.
EVANGELISTA Torricelli dilahirkan di Faenza, dekat Ravenna, Italia, pada tahun 1608. Secara resmi, Torricelli belajar matematika di Roma pada tahun 1630-an. Ia pemah belajar di bawah asuhan Benedetto Castelli. Dan pada tahun 1638, ia membaca karya Galileo Galilei tentang mekanika benda jatuh dan menjadi sangat terkesan oleh karya itu.

Torricelli menulis surat kepada Galileo. Tulisan Torricelli tentang mekanika juga mengesankan Galileo. Demikianlah, melalui korespondensi seperti itu, pada tahun 1641, Galileo mengundang Torricelli ke tempatnya di Florence. Pada waktu itu, Galileo sudah tua dan bahkan sudah tidak dapat melihat lagi. Di situ, Torricelli bertugas sebagai sekretaris Galileo. Tiga bulan kemudian, Gelileo meninggal dan Torricelli menggantikan kedudukan Galileo di situ.

Pada zaman itu, pompa air menjadi perhatian mereka. Percaya kepada teori Aristoteles tentang alam tidak menyukai hampa, Galileo tidak dapat menerangkan bagaimana pompa air itu bekerja. Cara kerja pompa air itu dipikirkan oleh Torricelli dan, kemudian melalui sejumlah percobaan, Torricelli menerangkannya melalui ruang hampa dan beratnya hawa. Percobaan Torricelli itu berbentuk tabung berisi raksa yang dijungkirkan di dalam bejana berisi raksa.

Selain percobaan dengan tabung raksa, Torricelli juga menghabiskan banyak waktu untuk mendalami dan menyempurnakan teleskop dan mikroskop. Pada tahun 1644, Torricelli menerbitkan buku tentang geometri dan tentang gerakan. Pada tahun 1715, lama setelah Torricelli meninggal, karyanya diterbitkan dengan judul Kuliah Akademik. Torricelli meninggal di Florence pada tahun 1647.

OTTO von Guericke lahir di Magdeburg pada tahun 1602. Mula-mula, von Guericke belajar hukum dan matematika. Dalam studinya itu, ia menjadi mahasiswa di universitas Leiden. Setelah itu, ia mengembara ke Perancis dan Inggeris. Dan kemudian ia menjadi insinyur di kota Erfurt di Jerman.

Pada tahun 1627, von Guericke kembali ke kota kelahirannya Magdeburg. Di situ, ia aktif di bidang politik. Ketika terjadi perang 30 tahun, kota Magdeburg dihancurkan musuh pada tahun 1631. Setelah meloloskan diri dari kehancuran kotanya itu, von Guericke menjadi tentara pada Gustavus II Adolphus dari Sweden. Dalam peperangan, tentara ini menang sehingga Magdeburg dibebaskan dari tangan musuh.

Ketika kembali ke Magdeburg, sebagai insinyur, ia mem-bangun kembali kota itu. Pada tahun 1646, von Guericke diangkat menjadi walikota Magdeburg. Jabatan ini dipegangnya sampai selama 35 tahun. Namun, selain kegiatan di bidang politik, ia juga giat di bidang ilmu. Dan kegiatan di bidang ilmu ini cukup membuatnya terkenal sampai sekarang.

Pada tahun 1641, von Guericke sudah tertarik kepada pompa hampa serta melakukan berbagai eksperimen. Kemudian, ia juga mendengar eksperimen Torricelli tentang ruang hampa dan tekanan hawa. Pada tahun 1650, untuk pertama kalinya, ia membuat pompa hawa yang digerakkan oleh otot manusia. Pompa ini pula yang digunakannya untuk melakukan demonstrasi di Magdeburg itu. Pemompaan dengan tenaga manusia ini berlangsung lambat, namun dapat mencapai tujuannya.

Pada tahun 1654, von Guericke mendemonstrasikan di lapangan terbuka di depan Maharaja Ferdinand III bahwa bola hampa akan mengalami tekanan hawa. Tekanan itu cukup besar sehingga paruhan bola yang membentuk bola hampa itu tidak dapat dilepas oleh tarikan kuda sekalipun. Pada tahun 1657, peristiwa ini dilaporkan oleh Caspar Schott. Dan pada tahun 1672, percobaan itu diterbitkan oleh von Guericke dengan judul Experimenta nova ut vocamtur Magdeburgica de vacuo spatio.

Setelah melakukan percobaan dengan ruang hampa dan tekanan hawa, ia juga membahas segi filsafat tentang ruang hampa. Didukung oleh hasil eksperimen, ia membantah teori Aristoteles tentang alam tidak menyukai hampa.

Selain di bidang ruang hampa dan tekanan hawa, von Guericke juga berkarya di bidang listrik. Untuk pertama kalinya, ia membuat mesin pembangkit listrik gesekan dengan jalan mengusap dengan tangan bola belerang yang berputar. Dengan mesin itu, ia membangkitkan listrik statik yang dapat dilepas dengan bunga api listrik yang lumayan besarnya. Percobaannya ini dicantumkannya di dalam surat kepada Leibniz pada tahun 1672.

Di samping listrik, von Guericke juga tertarik kepada astronomi. Di bidang astronomi ini, ia beranggapan bahwa komet merupakan anggota biasa di dalam tatasurya. Dan bersama itu, ia berbicara tentang kembalinya komet secara berkala. Banyak waktu kemudian, kita menemukan komet berkala ini dalam bentuk komet Halley yang terkenal.

Ketika berumur 80 tahun, von Guericke pindah ke Harn-burg. Otto von Guericke kemudian meninggal di Hamburg pada tahun 1686.

Kehampaan Torricelli.
SEPERTI telah diterangkan di muka bahwa Galileo tidak dapat menerangkan dengan memuaskan bagaimana sebenarnya pompa air itu bekerja. Mula-mula, ia mencoba menerangkan kerja pompa air itu melalui teori Aristoteles yakni teori tentang alam tidak menyukai hampa.

Kalau torak pompa bergerak, maka gerakan itu akan membuat kehampaan di bawah torak. Namun menurut teori ini, alam tidak menyukai hampa, sehingga karena itu air segera naik ke arah gerakan torak itu. Ini berarti bahwa setiap kali torak digerakkan, setiap kali itu pula air naik ke atas. Dengan demikian, air dapat dipompa melalui gerakan torak pompa. Bersama itu, muncul pertanyaan, apakah pompa itu dapat memompa air sampai takhingga tingginya?

Menurut pengalaman, pompa hanya mampu menaikkan air sampai sekitar 10 meter tingginya. Selanjutnya, betapa hebat pun torak pompa air itu digerakkan, air itu tidak lagi bertambah tinggi. Hal inilah yang tidak dapat diterangkan oleh Galileo melalui teori Aristoteles. Ia merasa heran mengapa alam tidak menyukai hampa tiba-tiba berhenti pada ketinggian 10 meter air. Galileo menitipkan hal itu kepada Torricelli dengan pesan agar Torricelli memperhatikannya.

Muncul dalam pikiran Torricelli bahwa mungkin saja peristiwa pompa air itu adalah akibat mekanika yang sederhana. Hawa di sekitar pompa air itu memiliki berat dan, pikir Torricelli, barangkali saja berat hawa itulah yang menekan air. Sebegitu torak pompa bergerak, sebegitu pula berat hawa itu mendorong air naik. Jika berat hawa di luar pompa air itu adalah setara dengan kolom air setinggi 10 meter, maka gerakan torak lebih lanjut tidak akan mampu menaikkan air lebih tinggi lagi.

Karena air memerlukan ketinggian sampai sekitar 10 meter, maka pada tahun 1643, Torricelli menggantikannya dengan raksa. Berat jenis raksa adalah 13,6 kali berat jenis air sehingga dengan raksa, ia tidak memerlukan ketinggian 10 meter. Torricelli mengisi tabung gelas sepanjang empat kaki dengan raksa. Satu ujung tabung itu tertutup. Sambil menutup ujung tabung lainnya dengan jari, Torricelli menjungkirkan tabung itu serta meletakkannya di dalam bejana yang berisi raksa.

Sesuai dengan dugaan Torricelli, raksa di dalam tabung itu melorot turun dan berhenti pada ketinggian sekitar 30 inci atau 76 cm. Di atas permukaan raksa di dalam tabung terdapat ruang hampa buatan manusia. Selain sedikit uap raksa, ruang itu tidak berisi apa-apa sehingga dianggap hampa. Melalui
surat menyurat, Mersenne memberitahukan hasil ini ke berbagai ilmuwan. Segera pula ruang hampa itu dikenal sebagai kehampaan Torricelli.

Dengan percobaan ini, Torricelli berhasil menerangkan sekaligus dua hal. Pertama, ia berhasil menerangkan mengapa pompa air dapat memompa air sampai setinggi sekitar 10 meter. Dan kedua, ia berhasil menumbangkan teori Aristoteles tentang alam tidak menyukai hampa. Selanjutnya, Torricelli memperhatikan bahwa tinggi raksa di tabung terjungkir itu berubah-ubah dari waktu ke waktu. Dengan cara itu, Torricelli telah mengukur tekanan hawa yang berubah-ubah. Ia telah berhasil membuat barometer pertama.

Melalui percobaan ini, para ilmuwan menemukan bahwa tekanan hawa di permukaan laut adalah sekitar 76 cm raksa. Tekanan ini dinamakan sebagai tekanan satu atmosfir. Selain satuan atmosfir, ada juga orang menamakan tekanan setinggi satu mm raksa sebagai satu torricelli. Dengan demikian, satu atmosfir sama dengan 760 torricelli.

Hemisfir Magdeburg.
SELAIN Torricelli, von Guericke juga melakukan percobaan dengan kehampaan dan tekanan hawa. Dalam per-cobaan itu, von Guericke menggunakan pompa hawa untuk memompa keluar hawa di dalam ruang. Tampaknya, ia mengetahui betapa besar tekanan hawa itu manakala ruang dapat dihampakan. Bersama itu, ia ingin menunjukkan di depan maharaja dan khalayak ramaibetapakuatnya tekanan atmosfir itu.

Pada tahun 1654, di depan gedung Reichstag dan disaksikan oleh maharaja Ferdinand III, von Guericke mendemonstrasikan kehampaan dan tekanan atmosfir itu. Ia membuat dua hemisfir (paruhan bola) terbuat dari loyang (brass) dengan ukuran garis tengah 22 inci atau dua pertiga meter. Kedua hemisfir dipasang menjadi bola. Dalam keadaan biasa, kedua hemisfir itu dengan mudah dapat dilepaskan.

Di dalam demonstrasi itu, von Guericke memompa keluar hawa di dalam bola itu. Selanjutnya, setiap hemisfir ditarik oleh empat pasang atau delapan ekor kuda sehingga, kesehruhannya, ada delapan pasang atau enam belas ekor kuda yang menarik kedua hemisfir itu ke arah yang berlawanan. Ternyata enam belas ekor kuda itu tidak mampu melepaskan kedua hemisfir itu. Segera pula demonstrasi itu terkenal ke mana-mana serta hemisfir itu dikenal sebagai hemisfir Magdeburg.

Seperti halnya Torricelli, demonstrasi ini sekaligus menunjukkan bahwa ruang hampa dapat diciptakan melalui pemompaan hawa dari ruang itu serta menunjukkan bahwa hawa di sekitar kita memiliki tekanan yang cukup besar.

Penutup
TORRICELLI dan von Guericke telah menunjukkan bahwa ruang hampa dapat diciptakan serta atmosfir memiliki tekanan. Penemuan ini juga ditunjang oleh ilmuwan Iain seperti Blaise Pascal. Lebih dari itu, penemuan mereka ini kemudian membuka suatu pengertian baru di dalam ilmu alam. Dan pada gilirannya, pengetahuan ini dibawa ke dalam revolusi industri yang secara cepat mengubah keadaan kehidupan kita di dalam alam.

Oleh: Dali S. Naga

Sumber: Majalah AKUTAHU/MARET 1990