Revolusi Fisika Dari Alam Gaib Ke Alam Nyata by Gerry van Klinken

cahaya: GEU>V«A/>G atau partikel? 89

partikel yang amat halus, yang membuatnya bersifat sangat
renggang dan lenting. Alam tanpa eter tidak mungkin meng­
hantar gelombang.

Tapi Newton bersikukuh menolak ide Huygens bahwa
cahaya bersifat gelombang. Menurut Newton gelombang akan
melebar dan mengisi seluruh ruang seperti gelombang air
mengisi ceruk kolam, padahal dalam praktik cahaya mong-
ikuti garis lurus dan tidak mengisi ruang bayangan. Pada
kesempatan lain Newton menyatakan lebih suka langit tetap
kosong daripada diisi eter. Bagaimanapun juga sekiranya
ruang angkasa diisi eter maka perjalanan benda langit
terhambat. Implikasi ini tidak teramati. Ia tetap lebih suka
alam tanpa eter, persis seperti ajaran atomi Yunani.

Dapat disimpulkan bahwa Newton masih bimbang peri­
hal cahaya. Ia tidak dapat memilih antara model peluru dan
getaran etor, meski condong pada yang pertama. Dalam edisi
kedua Principia (1713), Newton kembali menutup segala
spekulasi dan menulis: "Saya tidak mengakali hipotesa”.

G am bar 7.3
Sebutir eter diselimuti
tidak kurang daripada lima
lapis gaya dalam bayangan
para penganut teori peluru
yang berusaha menjelaskan
peristiwa pemantulan dan
pembiasan.

90 REVOLUSI ElSlKA! DAAi alam GAIB K£alam nyata

Berondongan partikel cahaya

Walaupun Newton sendiri jelas-jelas kurung yakin tentang
sifat cahaya, orang-orang yang mendewakannya tidak peduli
dengan keraguannya itu. Bagi moroka Nowton mongajar sifat
"peluru”cahaya secara lugas. Bagian Opticks yang memba­
has getaran yang dirangsang dalam eter tidak dihiraukan oleh
murid-murid Newton.

Ada buku teks terbitan 1738 yang menegaskan bahwa
sulit membayangkan cahaya selain partikel materi yang sa­
ngat kecil tapi jelas. Anggapan bahwa cahaya adalah materi,
monjadi unsur kepercayaan para ahli optika yang dipogang
erat-erat. Sejak benih-benih ide disemaikan dalam Opticks,
topik cahaya untuk pertamakalinya juga menjadi bagian
mekanika, atau tepatnya dinamika, yang berkiblat pada New­
ton.

Ilmu sudah memasyarakat sebegitu jauh. Sejumlah ilmu­
wan monangguk rozeki dari perubahan itu. Moreka mendapat
uang dongan membori kuliah kopada kaum bangsawan di
Inggris. Orang-orang kaya, termasuk wanita, mulai tertarik
pada gejala alam sebagai bahan rekreasi. Mereka senang
menghadiri kuliah umum tentang ilmu sebagai pengisi waktu
luang. Sifat peluru cahaya selalu dibeberkan pada ceramah
untuk umum semacam itu.

Sampai pertengahan abad ke-18, kepercayaan monggebu-
gobu pada cahaya sobagai peluru bolum teruji lewat perco­
baan. Ketika percobaan mulai dilakukan, misalnya untuk
menguji gaya macam apa yang menolak/menarik peluru
cahaya itu, si penguji tersandung berbagai masalah. Untuk
menjawab pertanyaan bagaimana gaya bordaya-jangkau pon­
dok itu torkadang bisa menolak dan monarik, ada bormacam-
macam penyelesaian yang bagi kita kelihatan diakal-akali.

Misalnya, argumen tentang sebutir partikel eter yang
meliputi sekurangnya lima lapis: tiga lapis menarik dan dua
menolak. Lintasan yang ditempuh oleh sebutir peluru cahaya
yang dipantulkan, dan satu lagi yang masuk dan terhias,
dilukiskan dalam gambar 7.4.

cahaya: gelombang atau partikel? SI

B Gambar 7.4
Gambar inf diambil dari
salah satu buku kuliah abad
ke-18 untuk menjelaskan
lintasan peluru cahaya
dalam peristiwa
pemantulan dan
pembiasan. Lintasannya
ditentukan oleh berbagai
lapis gaya di dekat
permukaan benda.

Gambaran ini kualitatif. Menghitung secara kuantitatif
peristiwa itu jauh lebih sulit lagi kalau memang benar-benar
terjadi. Belum lagi interferensi dan difraksi yang telah dite­
mukan oleh Grimaldi dan Hooke lebih dari 50 tahun sebe­
lumnya. Problem konsop tidak hanya ini. Misalnya bisa saja
lintasan dua peluru berpotongan. Kedua peluru akan saling
menabrak dan terhambur. Dalam praktik dua berkas sinar
tidak terganggu samasekali walau saling memotong.

Ada lagi? Ada ilmuwan yang menanyakan impuls yang
semestinya terukur ketika serentetan peluru menabrak tom­
bok. Massa setiap peluru sudah jelas sangat kecil, tapi
kecepatan sangat tinggi. Oleh karena itu perubahan momen­
tum yang torjadi kotika peluru borhonti (atau terpantul)
mestinya bisa diukur. Kotika diuji ternyata nilai momentum-
nya nol.3 Ada lagi yang bertanya: jika Matahari terus-me­
nerus memancarkan peluru cahaya, seperti air mendidih
mengeluarkan uap. mengapa Matahari masih menyala? Mata-

' Impuls yang mereka cari sebenarnya memang ada, hanya saja perangkat
laboratorium pada masa Itu belum sanggup mendeteksinya.

92 REVOLUSI f ISIKA: dari alam gaib ke alam myaia

hari sudah ada sejak zaman Nabi Adam, 6.000 tahun sebe­
lumnya, dan sampai sekarang masih tetap bercahaya. *

Karena persoalan semacam ini, sejak pertengahan abad
ke-18 sejumlah ahli beralih ke teori eter. Perpindahan itu
mematangkan revolusi ilmiah baru.

Eter: menyembur atau bergetar?

Pada abad itu ada dua golongan teori yang melibatkan fluida
kosmik. Fluida itu dapat menembus ke segala arah. Teori
pertama mengatakan bahwa fluida (eter) mengalir keluar dari
sumber. Teori kedua menyatakan bahwa eter bergeming tapi
bergetar. Cahaya adalah getaran yang merambat di dalamnya.

Teori eter mengalir dilukiskan dalam gambar 7.5. Mata­
hari menyemprotkan fluida ke segala penjuru dengan kecepat­
an tinggi. Aliran itu menghujani Bumi dan memberi gaya yang
dianggap mampu mongimbangi gaya gravitasi. Bukankah
tanpa itu Bumi akan langsung jatuh ke Matahari? Teori ini
tidak diterima oleh banyak ahli di kalangan universitas.

Teori semprotan eter ini ada hubungannya dengan aliran
agama tertentu. Hutchison, seorang teolog yang namanya
terkait dengan teori ini, tampaknya terpengaruh oleh neo-
platonisme Renaisans (abad ke-10) serta mistik Kristen. Ia
juga suka berspekulasi tentang asal-usul serta makna rohani
seluruh alam-somosta. Menurut Hutchison cahaya ibarat api
tahta Allah yang monyobar dan mongisi seluruh alam-
somosta. Api ini mewujudkan diri tidak hanya sebagai
cahaya, tapi juga panas dan listrik. Pengetahuan manusia
tentang gejala alam semacam ini lebih pantas digali dari
Alkitab, khususnya kata-kata rahasia dalam bahasa Ibrani.
Melakukan eksperimen dianggap bertentangan dengan agama.

Hutchison mengarang buku yang berjudul Principle
Musa (1748-1740), jelas ingin melawan Principia Newton.
Solain teolog ada juga ahli kimia sorta doktor yang menaruh
perhatian pada teori ini. Antaranya Hermann Boerhaave

* Pada masa Itu masyarakat masih beranggapan bahwa alam-semesta
terclpta 6.000 tahun yang lampau, sesuai Jumlah hari yang terdapat dl
dalam Kitab Suci, (ed.)

cahaya: gelombang atau partikel? 93

Gambar 7.5
Penjelasan teori cahaya
sebagai aliran fluida yang
diambil dari buku kuliah
masa itu . Aliran fluida
mengalir keluar dari
Matahari dan mengerjakan
gaya sentrifugal terhadap
Bumi untuk mengimbangi
gaya gravitasi.

(1668-1738), yang menorhitkan buku teks kimia Elomonta
Chomiao (Unsur-unsur Kimia) pada 1724, (diterjemahkan ko
bahasa Inggris 1727). Kimia masa itu sangat berbeda dengan
kimia modern. Ia banyak bercampur filsafat dan bahkan ilmu
sihir. Ada unsur ilahi dalam cahaya Matahari menurut
Boerhaave. Meskipun ada sederet nama terkemuka dalam
aliran kepercayaan ini, termasuk George Berkeley seorang
toolog dan filosof (1685-1753) dan James Hutton (1726-1797),
peletak dasar geologi, gambaran semprotan eter ini semakin
dilupakan, dan akhirnya mati pada awal abad ke-19.

Teori getaran eter lebih ilmiah. Walaupun banyak ahli
pada abad ke-18 telah menganut teori peluru Newton, seke­
lompok ilmuwan bersikukuh membela pendapat Descartes,
Hooke, dan Huygens. Kelompok ini, yang umumnya dari
kalangan sarjana, cukup berpengaruh di Prancis. Salah satu
tokoh torkomuka kalangan ini ialah Leonhard Ruler (1707-
1783). Pada 1746 ia menerbitkan buku yang berargumen
bahwa benda bercahaya terdiri atas partikel kecil yang
bergetar bagaikan dawai biola yang terentang. Sebagaimana
dawai biola itu merangsang getaran (longitudinal) yang
merambat di dalam udara, demikian juga benda bercahaya

94 REVOLUSI f ISIKA: DAAl ALAM GAIB K£ALAM NYATA

merangsang getaran longitudinal dalam eter. Memang kiasan
antara cahaya dan bunyi bermakna bagi ide ini. Eulor
menyusun sederet asumsi, lalu menurunkan sepenggal ru­
mus kecepatan cahaya yang mencakup ciri fisik eter.5 Ia juga
membuat persamaan lain dengan getaran bunyi di udara.
Menurut Euler nada suara dan warna cahaya tergantung pada
frekuensi.

Pada umumnya ilmuwan Inggris menggolongkan Euler
sekelompok dengan Descartes dan Huygens, orang-orang
yang argumennya sudah dimandulkan oleh Newton.5 Kebe­
ratan yang selalu mereka ajukan adalah bahwa gelombang
dalam eter tidak dapat menjelaskan lintasan lurus cahaya.
Sifat peluru cahaya waktu itu memang menjadi semacam
dogma di kalangan ilmuwan Inggris dan kemudian me­
rambah Prancis.

Selain Euler ada boborapa orang yang tetap menganut
teori eter, seperti Benjamin Franklin (1706-1790), yang
menganggap listrik sebagai gejala eter, dan Thomas Young
(1773-1829), seorang ahli kesehatan di London yang menjadi
pembela paling gigih teori getaran eter. Dalam serangkaian
kesempatan antara 1800 dan 1803, Young mengobarkan
kembali ide Euler yang muncul 50 tahun sebelumnya. Ia
berkutat dongan ide otor sebagai ponjolasan menyeluruh
untuk berbagai gejala, baik optik, panas, listrik, maupun
magnetik. Ia mengakui banyak mendapat ide dari tulisan
Newton dalam Opticks tentang eter, la bahkan menyisipkan
tulisan Newton ke dalam buku-bukunya.

Pada masa itu sudah banyak orang tahu bahwa dalam
keadaan tertentu, cahaya monokromatis yang jatuh pada
selapis air sabun yang tipis akan menghasilkan jumbai terang
dan golap. Pada 1800 Young mengusulkan gojala ini sebagai
resonansi—terkait dongan getaran dan gelombang. Setahun
kemudian ia menemukan apa yang disebut prinsip interfe-

5Menurut Euler, Kecepatan cahaya adalah: v - V’(E/2D). E adalah elastisitas

eter, dan D Kepadatan eter. D diasumsiKan bernilai seKitar 10“Kepadatan
udara, yang berarti eter dianggap bersifat amat halus. E harus mempunyai
nilai yang tinggi seKali.

* Perlu diKetahui bahwa Euler memaKai teori Newton dalam Prlncipia untuK
menerangkan fisika gelombang longitudinal.

cahaya: gelombang atau partikel? 9S

rensi dan ia sadar bahwa penemuan itu penting. Pada 1802 ia Cahaya kuat
menambah prinsip superposisi. diterim a di sini

Pada 1807 muncul percobaan celah-ganda di dalam
diktat kuliahnya. Percobaan itu kini termasyhur dengan
nama Percobaan Young (gambar 7.0). Ia memakai tangki riak
dan penjelasannya sangat sederhana, belum menggunakan
prinsip Huygens. Ia hanya memakai pongortian selisih
panjang lintasan dua cahaya untuk meramalkan lokasi
terjadinya titik maksimum dan minimum. Teorinya tidak
bisa menerangkan secara rinci apa yang terjadi di antara titik
maksimum dan minimum itu. Ide ini sudah merupakan
kemajuan untuk mengatasi spekulasi yang dibuat orang
sebelumnya.

Tidak ada cahaya
diterima di sini

Gambar 7.6

Menarik untuk dicatat bahwa bagi Young sendiri, prinsip Sketsa buatan Young untuk
interferensi dan superposisi ini lepas samasokali dari pe­ menjelaskan peristiwa

ngertian sifat cahaya. Keduanya hanya merupakan "hukum” interferensi yang
disebabkan oleh cahaya
yang dapat diperiksa secara geometris dan matematis, bukan dari dua celah A dan B yang
hipotesa sifat cahaya. Oleh karona itu interferensi bisa di­ jatuh pada layar di sebelah
anggap bukan sumbangan terhadap silang-pondapat otor se­ kanan. Untuk melihat

bagai kunci untuk segala macam gejala alam. daerah-daerah gelap dan

Lepasnya teori interferensi dari toori eter tidak disadari terang dengan jelas,
oleh para ponentang Young. Mereka umumnya menganggap pembaca harus melihat
Young hanya mengipas lagi ide Descartes tentang getaran kertas dari dekat. Kertas
eter. Descartes, menurut mereka sudah ketinggalan zaman itu menghadap ke celah
ganda.

96 REVOLUSI f isika: OAAl alam gaib ke alam nyata

dan bertentangan dengan Newton. Salah satu penentang
Young, Brougham, bahkan menulis usul Young adalah yang
paling tidak masuk akal di antara sekian banyak hipotesa
sepanjang sejarah manusia. Tak heran jika Young tidak ba­
nyak diperhatikan oleh sesama fisikawan pada masa itu,
padahal ia melampaui Doscartes.

Fresnel melawan peluru cahaya

Gambar 7.7 Pada awal abad ke-19 di Prancis, hampir seluruh ilmuwan
Augustin Jean Fresnel. torposona oleh toori peluru. Tapi, berbeda dari orang Inggris,
orang Prancis lebih maju dalam matematik. Tokoh seperti
Pierre Simon Marquis de Laplace (1749-1H27) berusaha
memakai kalkulus analitik yang mereka kembangkan sendiri
untuk membela teori peluru. Sebaliknya, David Brewster
(1781-1868), ponganut toori peluru paling terkemuka di
Inggris, malah hampir mati kutu di hadapan matematika,
meskipun pada dasarnya ia tidak menolak.

Augustin Jean Fresnel (1788-1827) ialah insinyur militer
di Prancis. Ia menulis makalah ilmiah sejak 1815 sampai
menjelang wafat. Pada 1814 ia pertamakali menolak teori
peluru. Ia mengemukakan teori interferensi gelombang untuk
menjelaskan pengamatan sehelai rambut yang menghasilkan
bayangan yang berjumbai-jumbai.

Penjelasannya keliru karena menganggap interferensi
terjadi antara cahaya langsung dengan cahaya yang terpantul
dari rambut. Walaupun demikian, teori interferensi yang
mendasarinya botul. Ada sejarawan (misalnya Cantor) yang
porcaya bahwa penemuan intorforonsi ini dibuat secara man­
diri, sementara ada lagi yang meragukan pendapat ini dan
menduga Fresnel mendengar tentang Young lewat teman
(seperti Hall). Bagaimanapun juga pada 1819 Fresnel mem­
perbaiki penjelasannya tentang rambut.1

1Newton, seorang Inggris, mengembangkan kalkulus, tapi pendekatannya
hanya melalui geometri. Oleh karena Itu kurang praktis untuk keperluan
sehari-hari. Sejak 1812, berdiri Perhimpunan Analitik yang mengurus alih-
ilmu kalkulus analitik dari Prancis. Sejak itu pula berbagai buku matematika
edisi bahasa Prancis diterjemahkan ke bahasa Inggris.

CAHAYA! GELOMBANG ATAUPARTIKEL? 97

Ia mengemukakan teori gelombang yang lebih maju
daripada Young. Young tidak memakai teori gelombang,
melainkan pengertian selisih panjang lintasan dua cahaya.
Adapun Fresnel untuk pertamakalinya mengangkat kembali
prinsip Huygens dan berhasil merumuskan tidak hanya letak
maksimum dan minimum, tapi juga intensitas cahaya di
sembarang titik. Rumusan ini memberi jawaban yang sangat
dekat dengan hasil percobaan.

Pada 1821 Frosnol menyatakan bahwa gojala bias rang­
kap pada kristal kalsit adalah gejala polarisasi. Karena p o­
larisasi hanya mungkin terjadi pada gelombang transversal,
maka pendapat ini langsung melawan para penganut teori
eter yang masih menganggap cahaya sebagai gelombang
longitudinal. Dirumuskan lain, Frosnol untuk portamakali
menyatakan cahaya sebagai gelombang transversal, bukan
longitudinal.

Kesimpulan ini membawa konsekuensi yang besar. Ge­
lombang transversal tidak dapat merambat dalam fluida,
padahal selama ini eter dianggap sejenis fluida (cair atau gas).
Oleh karena itu eter seharusnya dianggap sebagai zat padat,
lantaran hanya zat padat yang dapat meneruskan gelombang
transversal. Ironisnya Fresnel tetap berusaha memahami
cahaya sobagai gelombang otor. Ia selalu mencari penjelasan
mekanis untuk rambatan gelombang dalam medium ini.

Pada awal dasawarsa 1820-an teori gelombang Fresnel
yang matematis mulai tersebar juga di Inggris. Dalam tempo
singkat ilmuwan muda menganggap teori ini sobagai hal yang
luarbiasa, serta setia pada hasil pengamatan empiris. Pada
1827 Royal Society memberi hadiah kepada Fresnel atas
penemuannya. Setelah itu nama-nama seperti William
Herschel dan George Biddoll Airy mulai dikaitkan dengan
teori gelombang. Tapi banyak mahasiswa Inggris masa itu
tetap menganggap teori gelombang terlalu sulit dan kabur."

e Ketika menerjemahkan salah satu tulisan Fresnel ke bahasa Inggris, Young
mengubah sedikit isinya untuk mengurangi kesan Fresnel lebih hebat
daripada dirinya.

98 REVOLUSI £iSIKA: DARI ALAM GAIR K£ ALAM NYATA

Revolusi ilmiah meletup

Ilmuwan muda Inggris mulai menerima teori gelombang
akhir dasawarsa 1820-an. Perubahan ini berdampak pecah­
nya perdebatan sengit mengenai cahaya, terutama melawan
ilmuwan tua penganut teori peluru seperti Brewster dan
Brougham. Ilmuwan bangkotan masih bekerja dengan pen­
dekatan yang digariskan oleh Francis Bacon 200 tahun
sebelumnya.

Bacon, seorang filsuf di Inggris yang hidup pada abad ke-
17, menekankan pentingnya mengamati alam apa adanya
tanpa diganggu dengan prasangka, la menganjurkan ilmuwan
untuk lebih dahulu mengumpulkan sebanyak mungkin data
empiris, lalu data ini direnungkan sampai menemukan se­
bentuk pola yang menonjol di dalamnya. Bacon melarang
penyusunan hipotesa yang tergesa-gesa.

Browstor telah menerbitkan lobih dari 300 makalah
tentang percobaannya. Khas pengikut Bacon, tidak banyak
teori di dalamnya. Bagi golongan ini seponggal hipotesa patut
dicurigai, karena tidak tumbuh langsung dari data itu me­
lainkan dari benak manusia. Hipotesa disamakan dengan
spekulasi sehingga pasti palsu. Mereka tidak anti-mate-
matika, tapi membatasi peranannya. Meroka mau memakai
matematika hanya untuk merumuskan hasil percobaan, bu­
kan untuk menjelaskan hakikat gejala fisik. Mereka meng­
anggap pendekatan model baru, yang berbau matematis,
sebagai upaya yang berbahaya. Menurut mereka pendekatan
baru ini moromohkan percobaan dan hanya mengutamakan
matematika belaka. Bagi mereka badai simbol-simbol kal­
kulus telah menenggolamkan kenyataan fisik yang sebe­
narnya. Bagi kaum Baconis, panggilan ilmiah adalah usaha
suci untuk menemukan "satu-satunya kobonaran di alam".

Sikap ilmuwan muda penganut teori gelombang yang
matematis, berlawanan dengan seniornya. Bagi mereka hipo­
tesa lebih penting peranannya. Alih-alih berburuk sangka,
hipotesa dianggap sebagai dorongan untuk meneliti. Hipo­
tesa harus lebih mampu menjelaskan berbagai gejala alam
dan tunduk pada hukum-hukum mekanika yang sudah
diketahui. Ambil misal Airy. Ia percaya pada teori gelombang

cahaya: gelombang atau partikel? 99

yang matematis, tapi mengaku tidak tahu apakah rumus itu
membuktikan kehadiran eter atau sebaliknya.

Setelah berdebat selama 30 tahun, Brewster akhirnya
bisa menerima toori gelombang. Sudah barang tentu, teori itu
diterima bukan sebagai kebenaran, melainkan "alat yang
berguna”! Teori-teori lain, misalnya teori semburan fluida
juga surut lambat-laun. Khusus untuk teori semburan, dia
tenggelam bukan lewat perdebatan tapi setelah dianggap
tidak relevan untuk dibicarakan lagi oleh semua pihak.

Kesimpulan

Kita lagi-lagi menemukan revolusi ilmiah walaupun pada
skala yang kecil dalam bab ini. Mula-mula ada pengertian
bahwa cahaya bagaikan peluru yang melaju mengikuti lin­
tasan lurus. Ide ini berakar pada spekulasi Newton. Tapi
pendapat ini tidak bisa menjelaskan gejala pembiasan. Tak
heran jika ada ilmuwan yang beralih ke teori getaran eter.

Seabad setelah O p tic k s terbit, teori peluru gugur lewat
dua golombang ponolakan. Gelombang pertama dipicu oleh
Young melalui prinsip interferensi. Gelombang kedua dipicu
oleh Fresnel lewat penerapan kalkulus analitik untuk mem­
bela teori peluru secara kuantitatif. Pendekatan yang lebih
matematis ini menyebabkan teori peluru ditinggalkan oleh
ilmuwan muda.

Lebih daripada itu, perdebatan meluas sampai pada
metode ilmiah antara ilmuwan tua lawan ilmuwan muda.
Ilmuwan tua menganut pondokatan empiris belaka sebagai-
mana anjuran Francis Bacon. Mereka mengumpulkan data
lalu menunggu sampai pola di dalamnya jelas. Mereka ber-
buruk sangka kepada hipotesa. Kaum muda memakai pen­
dekatan baru yang matematis (khususnya kalkulus). Meroka
justru menghargai hipotesa sebagai perangsang pemikiran
baru, dan tidak mengharapkan kepastian hakiki penelitian
ilmiah.

Di ujung perdebatan, kaum tua surut karona ada yang
meninggal atau mengganti kepercayaannya. Pengertian baru
pun akhirnya menjadi kepercayaan umum. Thomas Kuhn
menganggap awal abad ko-19 sebagai “revolusi ilmiah yang

100 REVOLUSI f ISIKA: DARI alam gaib ke alam nyata

kedua”. Ciri terpenting di dalamnya adalah matematika
menjadi penting dalam penemuan ilmiah.

Pada akhir bahak revolusi ini, cahaya lazim dianggap
sobagai gotaran mekanis transversal dalam otor yang padat.
Tapi pengertian ini pun tidak tahan lama. Pada bab selan­
jutnya, kita akan melewati revolusi cahaya pada akhir abad
ke-19 yang memandulkan hasil revolusi cahaya pertama.

8

Juru Damai dari Medan Listrik

Pada awal abad ke-19 eter menjadi
bahan perdebatan sengit. Sebagian il­
muwan berpendapat bahwa ruang tidak
kosong melompong, melainkan berisi
eter. Sebaliknya, ada ilmuwan yang ber­
pendapat bahwa ruang kosong melom­
pong tidak berisi eter. Pendapat yang
disebut pertama adalah yang dominan
pada masa itu.

102 REVOLUSI ElSlKA: DARI ALAM GAIR K£ALAM NYATA

Tanpa dinyana, perdebatan itu diatasi lewat riset tentang
listrik dan magnet. Dua tokoh penting yang menyumbang
banyak pada bidang ini adalah Michael Faraday (1791-1807)
dan James Clerk Maxwell (1831-1879).

Faraday, menurut sejarawan fisika Emilio Segre, adalah
ahli percobaan fisika paling terkemuka pada abad ke-19.
Somontara itu Maxwell mengaku banyak mendapat ilham
dari buku karangan Faraday. Maxwell adalah ahli toori yang
berpengaruh. Oleh karena itu, bagian ini lebih banyak
mengungkap karya Faraday di laboratorium, disusul perkem­
bangan teori listrik dan magnet dalam konteks silang-pen-
dapat mengenai eter.

Baterai Volta membuka jalan

Sebelum Faraday, tarik-menarik antara dua magnet dianggap
berbeda dongan gaya di antara dua muatan eloktrostatik.
Belum ada yang memahami arus listrik. Teori belum ter­
pikirkan. Gejala itu pun belum dimengerti. Maklum, berbeda
dengan mekanika, astronomi, atau bahkan optika, bidang ini
masih serba baru.

Menjelang akhir abad ke-18, para ahli mulai mengenal
dua jenis listrik, positif dan negatif.1 Muatan sejenis akan
tolak-menolak, somontara yang berlawanan tarik-menarik.
Gaya ini menaati hukum kuadrat terbalik (Hukum Coulomb).
Mereka sudah tahu bahan penghantar dan bahan isolator.

Pada bidang kemagnetan, mereka sudah tahu kutub utara
dan selatan, atau positif dan negatif. Dalam hal kemagnetan,
kutub positif magnet ternyata tidak dapat dipisahkan dari
negatif. Coba patahkan sebatang magnet—masing-masing
bagian masih merupakan magnet terkutub.

Kemudian menjelang 1801 Alessandro Volta (1745-1827)
membuat baterai yang menghasilkan arus tetap. Penemuan
ini membuka jalan bagi ponolitian tontang arus listrik. Perco­
baan listrik segera menjadi hiburan yang mengasyikkan bagi
kalangan masyarakat kaya.

' Ada yang meyakini bahwa hanya ada satu jenis, yang ditolak atau ditambah
dari benda netral

JUflU DAMAI DARI MEDAN LISTRIK 103

Listrik sekaligus magnet

Pada 1820 Hans Christian 0rsted (1777-1851), profesor fisika
di Koponhagon, memeragakan hubungan antara kelistrikan
dan kemagnetan di depan murid-muridnya. Ketika ia me­
nempatkan jarum kompas di dekat soutas kawat yang sedang
mengantarkan arus, jarum kompas itu bergerak. 0rsted, yang
percaya adanya kesatuan di seluruh gejala alam itu, sangat
girang mengetahui bahwa listrik dan magnet bersumber pada
asas yang sama.

Setelah mendengar penemuan 0rstod. Andre Mario
Ampero (1775-1836), ahli fisika di Paris, bergogas menguji
penemuan dongan percobaan. Ia berargumen seandainya
arus dan magnet saling mempengaruhi, hal serupa kiranya
terjadi pula pada dua arus. Dalam percobaannya, Amp&re
menemukan dua arus itu juga saling mengerjakan gaya!

Menurut Ampfere magnet termasuk gejala listrik. Dalam
sepucuk surat untuk anaknya, Ampere menulis bahwa me­
reka telah menemukan teori tentang magnet yang bisa me­
nurunkan somua gojala kemagnetan menjadi arus listrik.
Penemuan itu, menurut Ampero, samasekali bertentangan
dongan pendapat orang sebelumnya. Ampdre membayangkan
magnet mempunyai arus-arus kecil di dalamnya, yang meng­
hasilkan gejala kemagnetan. Berdasarkan percobaan ini, ia
merumuskan gaya antara dua potong arus yang pendek.
Rumusan ini sekarang dikenal sebagai Hukum Ampere.
Berdasarkan persamaan ini Maxwell menjuluki Amphro
sebagai “Newton-nya listrik".

Dari buruh menjadi ilmuwan PTf f

Michael Faraday (1791-1867) lahir dalam keluarga miskin Gambar 8.1
Inggris dan tidak mengenyam pendidikan formal setinggi Michael Faraday.
ilmuwan pada umumnya. Pada usia 13 tahun, setelah me­
namatkan pendidikan dasar, Faraday menjadi pombantu di
toko penjilidan buku. Sambil bekerja, ia banyak membaca
buku-buku yang ada di sana. Boleh disebut ia belajar secara
otodidak.

Pada suatu hari Faraday dianjurkan oleh pemilik tempat
kerjanya untuk menghadiri serangkaian ceramah yang disain-

104 REVOLUSI EiSika: DARi alam gaib ke alam nyata

paikan oleh Humphrey Davy (1778-1829). ahli kimia terkenal
dari Royal Institution, London. Usai salah satu ceramah,
Faraday memberanikan diri menemui Davy secara pribadi
dan minta diangkat sebagai asistennya. Davy menerima
lamaran itu dan pada usia 21 tahun Faraday masuk ke
lingkungan Royal Institution. Tidak lama kemudian. Davy
mengajak Faraday melawat ke Eropa. Pada kesempatan itulah
ia bertemu dengan tokoh-tokoh kenamaan seperti Ampdre,
Volta, dan Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850). Pada 1824
Faraday direkomendasikan oleh Davy menjadi anggota Royal
Institution. Faraday tetap di sana sampai meninggal pada
1867.

Faraday beristri tapi tidak dikaruniai anak. Ia aktif
sebagai anggota majelis Gereja Sandemanian, gereja Protestan
yang kecil. Ia rendah hati dan terbuka terhadap pondapat
orang lain. Selain memberikan ceramah untuk umum setiap
Jumat, ia tidak pernah mengajar, dan mengisi hari dengan
mengerjakan berbagai percobaan di laboratoriumnya.

Laporan percobaannya lengkap, dan diterbitkan sebagai
buku berseri. Karena tidak mengenyam pendidikan tinggi

Gambar 8.2
Percobaan medan
elektrom agnet Faraday.

JUflU DAMAI DARI MEDAN LISTRIK IOS

formal, ia tidak mahir matematika. Ironisnya, pada masa itu
fisika sangat ditentukan oleh matematika. Walaupun demi­
kian, ia mempunyai naluri fisika yang kuat dan dedikasi
total. Selain mendalami kelistrikan dan kemagnetan, ia juga
berminat pada kimia dan metalurgi. Faraday portamakali
masuk ko porsoalan listrik dan magnet sotolah tergugah
dengan penemuan 0rsted.

Faraday dalam bayang-bayang 0 rs te d

Di alam terdapat banyak cara dua benda berinteraksi tanpa
saling menyentuh. Dua magnet berinteraksi secara magnetik.
Benda panas menghangatkan benda dingin di dekatnya.
Matahari menarik planet lowat gravitasi. Lampu menebar
cahayanya ke lingkungan. Yang bolum jelas waktu itu adalah
bagaimana magnet, panas, gravitasi, atau cahaya disampai­
kan?

Pada masa itu ada dua kubu yang berseberangan. Kubu
pertama, pengikut setia Newton, membayangkan benda-ben­
da itu sebagai partikel yang terletak di dalam ruang kosong.
Gaya gravitasi atau pun gaya elektrostatik, dianggap dapat
meloncat dari benda yang satu ko benda lain tanpa menghi­
raukan ruang. Hal yang ponting dalam rumus Newton ten­
tang gravitasi adalah sifat masing-masing benda beserta jarak.
Samsekali tidak dipersoalkan bagaimana gaya gravitasi itu
bisa sampai ke benda yang lain. Pendapat ini biasanya
disebut pengertian “tindakan jarak jauh".2

Sebaliknya, ada ilmuwan yang percaya kehadiran me­
dium di antara kedua benda tadi. Medium itu, yang disebut
eter, sangat berpengaruh pada pongiriman gaya dari suatu
benda kepada benda yang lain. Sifat zat ini dianggap
semacam fluida (cairan atau gas) yang halus. Pencetus
pertama pengertian eter adalah Descartes. Di kalangan para
pembela eter terjadi silang pendapat juga sebagaimana kita1

1Pendapat bahwa Newton percaya kalau ruang di antara kedua benda itu
kosong dan tidak berperanan, tidak sepenuhnya benar. Kita telah menemu­
kan kepercayaan Newton menolak anggapan itu dalam bab 7. Walaupun
demikian para pengikut Newton hanya melihat pengertian “tindakan jarak
jauh”dalam tulisannya.

106 REVOLUSI f ISIKA: d a r i a l a m c a ir ke a l a m n y a ta

lihat dalam bab 7. Dalam kasus cahaya, teori eter Young dan
Fresnel memandulkan teori tanpa eter kubu pendukung
Newton. Lagi-lagi teori eter di atas angin juga dalam bidang
kelistrikan dan komagnotan.

Ilmuwan Prancis, Charles Augustin de Coulomb (1736-
1806) membicarakan dua jenis fluida listrik yang meng­
antarkan gaya di antara dua muatan, sementara Benjamin
Franklin masih mempercayai satu jenis fluida listrik. Sebagai
analogi, Coulomb mengemukakan dua jenis fluida mag­
netik—walaupun dalam kasus ini kedua fluida hanya dapat
dipisahkan di dalam satu molekul. Banyak yang menganggap
bahwa aliran panas yang muncul disebabkan oleh aliran
fluida kalor (meski ditentang oleh Rumford setelah 1798).

A m pere m elaw an 0 rs te d

Gambar 8.3 0rstod adalah penganut teori otor. Ia porcaya bahwa di
Hans Christian 0r$ted. belakang semua gejala eter pada akhirnya akan ditemukan
hanya sejenis eter. Kepercayaan ini sebetulnya berakar dari
Filsafat, bukan dari percobaan. 0rsted yakin juga bahwa
setiap jenis gaya yang diantar oleh eter dapat diubah menjadi
jonis gaya yang lain. Tak heran 0rstod begitu girang monda-
pati gaya listrik dalam kawat dapat ditukar menjadi gaya
magnetik pada jarum kompas. Menurut 0rsted pengaruh
gaya itu tidak terbatas pada kawat saja, tapi tersebar luas
dalam ruang di sekitarnya. Pengaruh pada jarum kelihatan
nwngolilingi kawat itu, tidak mongikut garis lurus di antara
kawat dan jarum (gambar 8.4). Menurut 0rsted, hal ini
menunjukkan bahwa gaya tidak mungkin langsung meloncat
dari kawat ke jarum—seperti yang dibayangkan dari teori
“tindakan jarak jauh".

Amporo, soorang pembela toori tindakan jarak jauh,
terkejut dengan penemuan 0rsted. Ia tidak porcaya bahwa
pertukaran gaya listrik dan magnetik bisa terjadi. Menurut­
nya, percobaan 0rstod dapat dipahami jika komagnotan
dianggap sebagai gejala listrik semata. Karena itu ia menu­
runkan toori matematis dongan membayangkan magnet se­
bagai arus kecil. Pengertian itu masih dipakai sampai seka­
rang dalam istilah urus pemagnotnn. Selanjutnya, Ampere

JUfMJ DAMAI DAfll MEDAN LISTRIK 107

Pengan* I (arus)

tertiadap
magnet (jarum

kompas)

Gambar 8.4
Percobaan Orsted.

membuktikan bahwa interaksi antara dua potong arus yang
pondok tidak memerlukan perantara, tapi dapat terjadi lang­
sung. sesuai dengan rumus yang sekarang dikenal sebagai
Hukum Ampfcre. Hal yang penting dalam rumus itu hanya
besar dan arah arus, dan jarak pemisah, bukan ada-tidaknya
eter di ruang antara kedua arus.

Faraday m engatasi A m pere dan 0 rste d

Faraday tortarik pada penafsiran 0rstod. Ia juga percaya
bahwa ruang tidak kosong melainkan diisi oleh suatu zat
yang menentukan. Ia sepakat dengan Orsted bahwa barang­
kali setiap jenis gaya dapat diubah menjadi gaya lain. Ia
ulangi percobaan 0rsted dengan mengembangkan alat yang
digambarkan dalam gambar H..'i (kita bicarakan bagian ka­
nan).

Ia menggantungkan seutas kawat dengan kaki kawat
tercelup dalam air raksa (logam cair yang mengantar arus).
Magnet batang ditempatkan di bawah kawat. Jika arus meng­
alir di dalamnya, maka kawat akan bergerak mengelilingi
magnet. (Faraday membuat motor listrik pertama, alat yang
barangkali paling menentukan dalam peradaban modem.
Puluhan tahun kemudian penemuan ini dimanfaatkan secara
komersial.) Ia berkeyakinan bahwa gaya putaran pada kawat

REVOLUSI PiSlKA: DARi alam gaib ke alam mvata

Gambar 8.5
Motor listrik pertama,

buatan Faraday.

tidak dapat dijelaskan dengan teori tindakan jarak jauh
antara magnet dengan kawat. Menurut Faraday, gaya putaran
ini, yang jelas tidak berasal dari kawat itu secara lurus, tidak
mungkin diterangkan oleh pengertian "Newton”, bahwa gaya
dapat langsung meloncat dari kawat ke magnet. Sial bagi
Faraday, percobaan ini tidak menggugurkan Hukum Ampere.

Mula-mula Faraday percaya bahwa eter adalah medium
untuk meneruskan gaya di antara dua benda. Ia berpendapat
bahwa gaya yang borasal dari satu benda hanya akan sampai
ke benda lain melalui eter. Gaya itu terasa oleh partikel eter
yang berdekatan dengan benda pertama, lalu diteruskan ke
partikel yang lebih jauh, hingga akhirnya sampai ke tujuan.
Ibarat kata, dorongan diteruskan dari satu orang ke orang
yang lain yang berdiri dalam barisan panjang. Inilah penger­
tian eter yang agak mekanis sifatnya, dan banyak orang
mempercayainya.

Bagi rekan sejawatnya, Faraday sampai akhir hayat
adalah penganut teori eter. Tapi itu tidak benar sepenuhnya.

JURU DAt.UI DARI MEDAN LISTRIK 109

Faraday belakangan menolak anggapan yang berasal dari
Descartes bahwa alam berisi eter. Diam-diam ia mengem­
bangkan pengertian yang samasekali baru dan sangat radikal.
Ia mulai memikirkan sejenis dunia di mana tidak adu maturi
samasokali—bahkan tidak terdapat eter berwujud partikel-
partikel materi yang kecil. Menurut Faraday, partikel bukan
merupakan titik materi, melainkan titik di mana gaya berpu­
sat. Dua batu, misalnya, jika bersentuhan pasti tidak pernah
tumpang-tindih. Menurut Faraday, hal ini disebabkan oleh
gaya tolak di antara kedua pusat gaya yang cukup kuat, bukan
karena batu itu terbuat dari materi.

Faraday berasumsi bahwa semua gaya berasal dari satu
gaya asli saja. Juga ia percaya adanya hukum kokokalan gaya
yang berbunyi sebagai berikut: "materi”(baca: gaya) tidak
dapat diciptakan atau dimusnahkan. Tidak begitu jelas apa
yang dimaksud oleh Faraday dengan istilah “gaya”dalam
hukum itu. Yang jelas, gaya itu tidak sama dongan gaya
Newtonian [F= ma). Menurut ia sendiri, gaya yang dimaksud
sebagai "sumber segala bentuk tindakan di alam-semesta”.
Ternyata gagasan Faraday tentang kekekalan gaya semacam
ini ikut berpengaruh ketika Hermann Ludwig Ferdinand von
Helmholtz (1821-1894) merumuskan Hukum Kekekalan Ener­
gi pada 1847. Selain Faraday, Helmholtz juga mendapat
pengaruh James Proscott Joule (1818-1889) dalam percobaan­
nya tentang kalor.

Selain mulai menolak pengertian eter, Faraday bersiku­
kuh menolak pengertian "tindakan jarak jauh". Menurutnya,
hukum kuadrat terbalik (dasar dari "tindakan jarak jauh”)
tidak berlaku bila jarak di antara dua magnet sangat dekat. Ia
pun totap tidak suka diskontinuitas di antara benda dongan
ruang kosong dalam pengertian Newton.

Dalam tulisan Faraday pribadi, ide-ide tentang gaya
sebagai asas kenyataan fisikal itu sudah muncul pada 1820-
an. Tapi pada waktu itu ia belum berani tampil di depan
umum, sebab belum betul-betul teruji lewat percobaan. Ia
baru menerangkannya dalam suatu makalah pada 1844.
Ketika itu ia sudah dihormati sebagai Bapak Fisika abad ko-19.

no REVOLUSI f &IKA: DARI ALAt.1GAIB K£ ALAM NYATA

Faraday m e n g u ji gagasannya sendiri

Gambar 8.6 Kesempatan omas bagi Faraday untuk menguji ido mongonai
Arus dalam kumparan gaya yang melandasi seluruh alam-somosta muncul pada
dalam catatan Faraday. 1831. Pada waktu itu ia menemukan gojala imbasan elektro­
magnetik. Bersama peneliti lain, Faraday sudah lama ber­
anggapan kalau arus berpengaruh terhadap magnet, kiranya
demikian pula sebaliknya. Mereka mencoba menguji bahwa
magnet dapat membangkitkan arus. Faraday sudah dua kali
mencoba, tapi tidak bisa mombangkitkan arus. Masalahnya,
magnet ia lotakkan bergeming terhadap kawat.

Pada 1831 ia menggerakkan magnet untuk pertama-
kalinya. Ia mendapat arus yang lemah sekali, dan hanya
selama magnet masih bergerak. Ini bukanlah kebetulan—ia
sebelumnya telah memutuskan untuk melihat apakah per­
ubahan dalam gaya magnetik dapat mengimbas arus. Alat
yang ia buat itu merupakan generator (pembangkit listrik)
pertama.

Setelah mendapat arus dengan menggerakkan magnet
dekat dengan rangkaian listrik, ia mencoba cara yang lain,
yaitu dongan menyalakan dan mematikan sogulung oloktro-
magnot (arus dalam kumparan). Perhatikan gambar 8.6 yang
diambil dari laporan Faraday.

Ketika arus dinyalakan, kumparan di sebelah kiri akan
membangkitkan arus isyarat paku dalam kumparan di sebe­
lah kanan. Selanjutnya, ia menemukan bahwa imbas dapat
terjadi dalam rangkaian asli juga—sampai menimbulkan bu­
nga api jika arus dimatikan dalam rangkaian itu. Inilah gejala
swa-imbas.

Penemuan imbasan ini melambungkan nama Faraday di
dunia ilmiah. Kotika menguji penemuannya, ia merumuskan
pengertian baru, yakni garis-garis gaya, awal dari pengertian
medan modern. Ia memperlihatkan garis-garis itu dengan
menaburkan serbuk kikisan besi pada kertas di sekitar se­
batang magnet. Gambar 8.7 menunjukkan salah satu isi buku
laporan percobaannya. Ia dongan tekun mencatat semua
gambaran yang ia peroleh. Sampai sekarang pengertian garis-
garis gaya ini masih banyak dipakai sebagai alat bantu
penggambaran medan magnet. Bagi kita, garis-garis gaya
merupakan alat bantu, tapi untuk Faraday lebih dari itu.

JURU OAMAI DARI MEDAN LISTRIK ni

•$'' L. —* .. Gambar 8.7
Dua contoh gambar garis-
garis gaya yang dibuat oleh
Faraday, dengan serbuk
kikisan besi, lalu diawetkan
dalam buku
laboratoriumnya.

Faraday percaya garis itu betul-betul merupakan kenyataan.

Bagaimana ia menjelaskan gejala imbasan dengan mem­

pergunakan garis-garis gaya? Jika arus dinyalakan dalam
kumparan yang satu, ia membayangkan garis-garis gaya bor-
kembang, memotong kumparan yang kedua, dan menimbul­
kan "gejolak listrik". Ia menulis balnva lengkung-lengkung
magnetik harus dianggap bergerak memotong kawat yang
mengalami imbasan. Jadi tidak ada materi yang bergerak
samasekali (seperti akan disimpulkan oleh penganut teori
eter), hanya garis-garis gayalah yang bergerak. Pada waktu itu
ia mengibaratkan gojala imbasan sebagai riak yang merambat
pada permukaan air kolam ketika sebutir kerikil jatuh di
tengahnya, atau sebagai suara yang merambat di udara.
Pengertian ini bertentangan dengan teori "tindakan jarak
jauh", karena ada sesuatu yang terjadi di ruang antaranya.
Pengandaian di atas agak bertentangan dengan pengertian
eter yang lazim sebab tidak ada materi yang bergetar. Faraday
menulis bahwa materi itu tidak lain adalah daya-daya.

Pada kesempatan lain ia menulis bahwa dirinya tidak
melihat apapun di ruang manapun, atau ruang itu (menurut
istilah biasa) kosong-melompong, atau terisi materi, kecuali
hanya gaya-gaya, beserta garis-garis yang merupakan lintasan

112 REVOLUSI ElSlKA: dari alam gaib ke alam nyata

gaya itu. Walaupun sekali lagi tidak begitu jelas apa artinya
istilah gaya-gaya [forces) dan daya-daya (powers), nampak­
nya Faraday tidak percaya bahwa garis-garis gaya masih
menaati hukum-hukum Newton. Dalam hal ini ia sekali lagi
bertentangan dengan para penganut teori eter. Mereka ber­
pendapat bahwa eter tetap dianggap sobagai fluida biasa yang
harus mematuhi hukum mekanika fluida.

Menurut Faraday, teori "tindakan jarak jauh" pasti me­
merlukan imbasan yang terjadi seketika, dengan melihat
bahwa tidak ada medium di antara kedua benda yang ber­
interaksi. Faraday percaya bahwa pergerakan garis-garis gaya
membutuhkan waktu, la membayangkan gaya diteruskan
berkat getaran dalam garis-garis gaya. Ide ini tidak bisa ia uji
karena waktu untuk berinteraksi terlalu singkat bagi per­
alatan yang ia miliki.

Empat dasawarsa kemudian, Maxwell sangat tertarik
oleh penalaran Faraday ini. Setelah Maxwell menghitung-
hitung. ia mendapatkan perubahan magnetik memang butuh
waktu—secepat cahaya. Oleh karena itu Maxwell dongan
gemilang berhasil menyatukan gejala-gejala oloktromagnotik
dengan gojala optik.

Cahaya sekaligus e le k tro m a g n e t

Setelah menemukan imbasan, Faraday terus berusaha untuk
monguji gagasan garis-garis gaya lawan pengertian "tindakan
jarak jauh". Di dalam usaha itu, ia, hampir secara kebetulan,
monomukan hal-hal baru lagi. Satu di antaranya adalah
tetapan dielektrik ("kapasitan imbasan" dalam istilah Fara­
day). Penemuan lain adalah reaksi kimia yang menghasilkan
tegangan dalam baterai temuan Volta, diamagnetisme—sifat
kemagnetan yang sangat umum tapi lemah, yang arahnya
bertentangan dongan komagnotan besi.

Pada 1845, Faraday mulai monoliti tali-tomali cahaya
dengan gejala elektromagnetik. Penelitian ini diusulkan oleh
William Thomson (belakangan dikenal sebagai I.ord Kelvin).
Seberkas cahaya yang terpolarisasi oloh bidang ia lewatkan
sejenis kaca berat yang terletak di antara dua kutub magnet.
Bidang polarisasi cahaya itu ternyata berputar. Faraday gi-

JUflU DAMAI DARI MEDAN LISTRIK TO

rang sekali. Kelihaiannya bukan saja listrik yang terkait
dengan kemagnetan, tapi keduanya berhubungan dengan
cahaya. Ia menyimpulkan bahwa gaya magnetik dan gaya
cahaya berhubungan satu sama lain. Hal ini, menurut Fara­
day, komungkinan besar menjadi sangat penting pada peneli­
tian susulan terhadap kedua jenis gaya alamiah ini. Prediksi­
nya tidak meleset. Kelak di kemudian hari. Maxwell meru­
muskan hubungan ini secara matematis.

Masih dalam upaya untuk menyatukan seluruh “gaya" di
alam, Faraday mulai menyelidiki hubungan antara listrik
dengan gravitasi. Penelitian ini tidak memberi hasil, tapi
bahkan sampai sekarang penyatuan ini masih belum dipe­
cahkan.

Faraday gagal memenuhi ambisinya pada percobaan yang
sungguh menentukan. Sekarang kita tahu bahwa ia keliru
menafsirkan teori "tindakan jarak jauh". Teori Coulomb, yang
memang berdasarkan pendekatan "tindakan jarak jauh”,
menghasilkan garis longkung di antara dua muatan. Hanya
saja dalam teori Coulomb garis itu merupakan garis matema-
tik, bukan sesuatu yang sungguh-sungguh ada. Oleh karena
itu, dengan bekal matematika yang kurang memadai, Faraday
tidak berhasil menyusun teori medan manunggal, yang
moncakup soluruh fonomona listrik dan magnet.

M edan se te la h Faraday

Seb.igian besar pencapaian Faraday memang berupa hasil
percobaan: imbasan elektromagnetik, putaran bidang polari­
sasi cahaya di antara dua kutub magnetik, pengertian tetapan
dilistrik, dan prinsip korja baterai kimia. Tapi gagasan te­
oretisnya tidak kalah berpengaruh bagi ahli fisika teoretis
paling terkemuka pada abad ke-19: James Clerk Maxwell.
Teorinya berbobot bukan karena disusun secara matomatis,
melainkan berkat keberanian melempar imajinasinya, angan-
angannya. Ia borhasil monorobos pongortian “tindakan jarak
jauh”yang kuat itu, khususnya di Jerman waktu itu, dan
membawa pengertian baru, yang sekarang kita sebut medan.

Dalam kata pongantar bukunya yang terkenal Treatise on
Electricity and Magnetism (Risalah Listrik dan Kemagnetan)

114 revolusi Fisika: oaai alam gaib k£ alam nyata

pada 1873. Maxwell mengakui pengaruh Faraday terhadap
pikirannya. Menarik mengutipnya secara lengkap:

"Sebelum mulai mempelajari kelistrikan, saya memutuskan
untuk tidak membaca persamaan matemattk manapun da­
lam bidang ini, sebelum membaca buku Faraday: E xperi­
m en ta l R esea rch es in E lectricity. Saya menyadari pendapat
sementara orang bahwa antara Faraday dengan para ahli
matematika ada beda penafsiran, sehingga mereka saling
merasa tidak puas dengan bahasa pihak lain. Saya juga
yakin perselisihan ini tidak berarti satu pihak atau yang lain
harus salah. Saya pertamakali diyakinkan dalam hal ini oleh
Lord William Thomson-berkat nasehat, pertolongan, mau­
pun makalah-makalahnya saya mempelajari hampir seluruh­
nya yang saya tahu dalam bidang ini.

Sewaktu menekuni pelajaran Faraday, saya m elihat bahwa
ia sebetulnya juga mempunyai ide yang matematis, walau­
pun tidak diungkap dengan simbol-simbol matematika yang
lazim. Saya juga menemukan ide ini bisa saja diungkap
dalam bahasa matematika yang lazim, sehingga dapat
dibandingkan dengan yang lain.

Sebagai contoh, Faraday dalam pemikirannya melihat garis-
garis gaya melintasi seluruh ruang, di mana para ahli
matematika hanya dapat m elihat pusat-pusat gaya yang
saling menarik dari kejauhan. Faraday malah dapat melihat
sejenis medium, di mana yang lain hanya dapat melihat
jarak belaka. Faraday dapat mencari akar-musabab berba­
gai gejala, yang terdapat di dalam medium itu sendiri,
sementara orang lain cukup puas dengan penjelasan yang
hanya menggunakan gaya pada jarak jauh, yang bertindak
terhadap fluida listrik.

Ketika menerjemahkan apa yang saya anggap sebagai ga­
gasan Faraday ke dalam bentuk matematika, saya m elihat
bahwa pada umumnya hasil kedua pengertian itu sama,
sehingga gejala yang sama dapat dipahami dari dua sudut
pengertian. Hanya, Faraday sampai pada kesimpulannya
dengan berawal dari hal yang umum dahulu, baru mengurai­
kan bagian-bagiannya. Sedangkan metode yang lazim ber­
awal dengan bagian-bagiannya lalu mengembangkan keselu­
ruhannya melalui sintesis.

Saya juga mendapati sejumlah metode penelitian yang
paling subur, yang telah ditemukan para ahli matematika,

jl«u damai dari medan listrik

dapat diungkapkan dengan jauh lebih baik melalui ide-ide

yang diperoleh dari Faraday."

Joins sudah pengaruh Faraday bagi Maxwell cukup besar.
Khususnya dalam merumuskan pengertian medan dalam
persamaan-persamaannya. Maxwell banyak mendapat ilham
dari Faraday. Pada mulanya Maxwell (bersama rekannya
Thomson, dua-duanya di Cambridge. London) masih memba­
yangkan medan sebagai eter yang berpusar. Namun lama-
kelamaan ia menolak menafsirkan medan dari mekanika
fluida, dan condoning hanya membayangkan modan sobagai
suatu pongortian matematis untuk monyatakan apa yang
terjadi antara dua muatan, dua arus, atau antara arus dengan
magnet. Bahkan dalam teori Maxwell kita dapat membayang­
kan medan elektromagnetik yang samasekali lepas dari sum ­
bernya: lambang E dan H mempunyai arti tersendiri. Se­
demikian jauh bayangannya, sehingga telah meninggalkan
pengertian "tindakan jarak jauh".

Tapi Maxwell tidak monorima gagasan Faraday mentah-
mentah. Jika Faraday menolak materi samasokali dan mom-
bayangkan segalanya sebagai "gaya" semata. Maxwell malah
tetap berpegang pada keberadaan materi. Medan hanya ia
temukan di ruang antara materi. Faraday bahkan menolak
“ruang" Newtonian. Tapi Maxwell tidak berani melangkah
sedemikian radikalnya.

Kita tahu bahwa persamaan-persamaan Maxwell sangat
dikagumi sesamanya. Saking kagumnya, Ludwig Boltzmann
(1844-1906), mengutip Johann Wolfgang von Goethe (1749-
1832), berkata: "Apakah simbol-simbol ini ditulis oleh
dewa?”

H e rtz dan L o re n tz m e n g u ji M a xw e ll Gambar 8.8
James Maxwell
Dua prediksi Maxwell diuji secara terpisah oleh Heinrich
Rudolf Hertz (1857-1894) dan Hendrik Antoon Lorentz
(1853-1928). Maxwell meramalkan bahwa gangguan di dalam
medan magnetik dan listrik harus merambat secepat cahaya.
Tapi gelombang elektromagnetik seperti itu belum pernah
diamati.

Pada 1887, Hertz menguji prediksi itu dengan memer-

116 REVOLUSI f iSIKA: DAAl alam gaib ke alam nyata

cikkan bunga api listrik di antara dua kutub. Ia mengamati
bahwa di antara dua kutub di tempat lain dalam laboratori­
umnya terjadi juga percikan bunga api yang sama. Tak pelak
lagi, pongaruh bunga api yang pertama harus dibawa sebagai
gelombang melalui udara sehingga menimbulkan bunga api
yang kedua. Ia membuktikan secara experimental bahwa
gelombang mirip seperti gelombang cahaya, karena menun­
jukkan gejala pemantulan, pembiasan, difraksi, dan polarisa­
si. Berkat penemuan ini. Hertz membawa kita menuju zaman
telekomunikasi.

Maxwell, bersama-sama Thomson, bersikeras menghu­
bungkan medan elektromagnetik dengan getaran dalam flui­
da yang bersifat mekanis. Para ilmuwan sesudah Maxwell
telah melepaskan hubungan itu samasekali. Dalam disertasi
1892, Lorontz, membabat tuntas kaitan antara medan dan
fluida dengan merumuskan kembali persamaan Maxwell.
Lorontz telah sampai pada pongortian yang melampaui per­
cobaan Michelson-Morley, yang memperlihatkan bahwa eter
mungkin tidak ada.

Sampai sekarang, pengertian medan masih tetap bersifat
elektromagnetik murni, tanpa sisa mokanis yang melekat.
Walaupun demikian, garis gaya temuan Faraday masih tetap
monjadi topik pengajaran di sokolah sampai sokarang untuk
memberi pengertian medan di sekolah!

K esim pulan

Revolusi ilmiah kedua selama abad ke-19 mencakup berbagai
bidang dalam fisika, termasuk optika, termodinamika, serta
listrik dan magnet. Pada tahap awal, Volta menyumbang
baterai untuk menghasilkan arus tetap. Ketika 0rsted me­
nemukan pengaruh arus terhadap magnet, ia mengaitkan dua
gejala yang sebelumnya dianggap terpisah.

Faraday menyumbang motor listrik pertama, imbasan
elektromagnetik, di mana medan magnet yang berubah dapat
membangkitkan arus, dan akhirnya hubungan antara cahaya
dengan kemagnetan, melalui bidang polarisasi.

Tahap kedua adalah pengembangan pemahaman teoretik
gejala-gejala listrik dan magnetik. Ada dua pendapat yang

flu DAMAI DAfll MEGAN LISTRIK n7

berlawanan di bagian ini. Pada satu pihak, pendekatan
"tindakan jarak jauh" yang hanya melihat dua benda yang
sedang berinteraksi (misalnya magnet dengan kawat berarus),
beserta gaya yang meloncati ruang kosong di antaranya.
Pendekatan ini dibela oleh Coulomb, Ampere, dan Laplace,
ahli-ahli matematik di Prancis. Sebaliknya, ada pendekatan
eter, yang membayangkan ruang di antara kedua benda berisi
semacam fluida, yang dapat mengantarkan gaya interaksi.
Gaya itu dianggap tidak diteruskan secara lurus, dan memer­
lukan waktu untuk merambat. Ada beda pendapat di kala­
ngan penganut paham eter ini, salah satunya membayangkan
gaya yang merambat dalam eter setara dengan getaran yang
merambat dalam udara.

Faraday biasanya digolongkan sobagai pendukung tnori
eter. Adapun penerus Faraday, yaitu Maxwell dan Thomson,
juga jelas-jelas kembali ke pengertian eter mekanis. Tapi ide
Faraday berbeda dengan pengertian eter biasa, la sudah
membayangkan garis-garis gaya yang lebih konkret daripada
eter. Ia menggambarkan alam-semesta seolah-olah terisi oleh
“gaya”, malah menolak keberadaan materi.

Secara garis besar, Faraday mengembangkan pemikiran
eter, dan menentang pendekatan “tindakan jarak jauh". Wa­
laupun akhirnya banyak rincian ide Faraday yang tidak bisa
diterima oleh masyarakat ilmiah karena kurang didukung
percobaan, kreativitas Faraday tetap berpengaruh.

Lewat ide Faraday, Maxwell mengembangkan pengertian
medan sebagai unsur keempat dalam fisika, selolah partikol,
gerak, dan gaya. Medan magnetik, listrik, dan gravitasi seka­
rang kita anggap sebagai sesuatu yang nyata di ruang antara
dua benda. Bahkan tidak sulit membayangkan medan tanpa
memikirkan sumber medan itu. Pendekatan “tindakan jarak
jauh", sebagai suatu filsafat ilmu, akhirnya rontok sesudah
Faraday. Kita tidak lagi menggambarkan gaya yang dapat
"meloncat”langsung antara kedua benda itu tanpa adanya
medan.

9

Einstein Menekuk Ruang dan Waktu

Fisika abad ke-20 berbeda dengan fisika klasik.
Ada dua perkembangan yang paling menyolok.
Pertama, relativitas (atau kenisbian), yang diaju­
kan oleh Albert Einstein pada 1905. Kedua, mun­
culnya teori kuantum, yang dikembangkan oleh
beberapa ilmuwan, sejak Max Planck pada 1900.
Dua perkembangan itu adalah contoh revolusi
ilmiah, yang tidak kalah penting dibanding revo­
lusi Copernicus. Baik revolusi Copernicus maupun
relativitas dan kuantum, telah mengubah cara
manusia memandang alam-semesta secara men­
dasar. Bab ini membahas teori relativitas, sedang­
kan teori kuantum dibahas pada bab berikutnya.

120 REVOLUSI FISIKA: DARI ALAM GAIB KE ALAM NYATA

Pada intinya, teori relativitas adalah teori tentang medan
yang melanjutkan perkembangan teori medan Faraday dan
Maxwell. Teori medan menekankan kemulusan ruang dan
waktu. Dalam teori relativitas, ruang dan waktu tidak melom­
pat-lompat, tapi mengalir secara malar [continue). Sebalik­
nya, toori kuantum, justru borbicara tentang ketidakmalaran
(rliscontinuo). Sebutir partikel tidak boleh mengubah energi­
nya secara malar, melainkan melompat-lompat. Bisa dikata­
kan bahwa kedua pendekatan ini bertolakbelakang. Wala­
upun fondasi kedua teori itu sudah diletakkan sebelum
Perang Dunia I, pertentangan itu belum bisa diatasi secara
tuntas sampai buku ini terbit.

Teori relativitas terdiri dari dua bagian. Relativitas Khu­
sus membatasi diri pada koadaan tertentu (“kerangka lom*
bam”), sedangkan Relativitas Umum mencakup serba-ko-
mungkinan. Bagian ini hanya membicarakan Relativitas Khu­
sus saja.

Eter, kerikil dalam sepatu

Teori elektromagnetik, yang dikukuhkan oleh Maxwell pada
1865, masih mengganggu para ilmuwan masa itu. Sumber
gangguan itu adalah oter sebagai zat perantara gelombang
elektromagnetik. Maxvvoll sendiri ragu-ragu tentang makna
teorinya. Kadang ia hanya melihat keberhasilannya secara
matematis, yang memang gemilang, tanpa memikirkan soal
fisika. Kadang pula ia memikirkan sisi fisika, yakni: se­
andainya cahaya adalah golombang elektromagnetik, apa
sesungguhnya golombang?

Maxwell morumuskan teori medannya setelah mendapat
ilham dari garis-garis gaya Faraday. Tapi untuk momahami
gejala fisikanya, ia kembali kepada pemahaman sebelum
Faraday, yakni pengertian eter sebagai suatu zat halus yang
mengisi alam-semesta. liter sebagai medium rambat gelom ­
bang elektromagnetik mempunyai sifat yang sulit dibayang­
kan secara fisika. Ia semestinya bertabiat sebagai zat padat
karena cahaya adalah golombang transversal. Jenis golom ­
bang ini tidak bisa morambat dalam medium fluida (gas atau
cairan). Berdasarkan pengamatan, eter sebegitu halus sampai-
sampai tidak menghambat Bumi yang bergorak di dalamnya.

Ein s te in m e n e k u k r u a n g o a n w a k t u 121

Kendati sosoknya sainar-sainar, para ilmuwan menerima ide
oter. Mereka sulit menyangkal bahwa tidak mungkin ada
gelombang tanpa medium. Oleh karena itu, salah satu
tantangan utama fisika di penghujung abad ke-19 adalah
menjernihkan pemahaman tentang eter sesuai persamaan
Maxwell.

Dalam konteks persoalan itu. kecepatan cahaya c jadi
porkara. Dalam teori Maxwell, c adalah kecepatan pengamat
yang bergeming di dalam eter. Oleh karena itu, kalau peng­
amat bergerak terhadap eter, ia akan mendapat nilai c yang
berbeda. Ibarat kata, saya mengukur kecepatan suara di udara
yang diam dan mendapat nilai 350 meter per detik. Tapi
ketika saya mengukurnya sambil bergerak dengan kecepatan
20 meter per detik mendekati sumber suara, saya akan men­
dapat nilai yang berbeda yaitu 370 meter per detik (350
ditambah 20). Nilai kecepatan suara tergantung pada gerakan
sumber maupun pengamat. Dirumuskan lain, kocopatan
suara tergantung pada kerangka acuan yang dipakai. Apakah
hal yang sama torjadi pada cahaya?

Kecepatan cahaya sangat tinggi, hampir 300.000 kilome­
ter por detik, sehingga pengamat sulit untuk mendapat ke­
cepatan yang sebanding supaya gejala itu bisa terukur. Bagai­
mana mongukur cahaya yang melejit secepat itu?

Michelson dan Morley memburu eter

Pada dasawarsa 1880-an Albert Abraham Michelson (1852-
1931) menemukan cara untuk menyelidiki ketergantungan
kecepatan cahaya terhadap kecepatan pengamat. Percobaan
ini kemudian diulangi bersama-sama Edward Williams Morley
(keduanya warga Amerika).

Dongan memanfaatkan intorforonsi cahaya, mereka ya­
kin bisa mengetahui perubahan nilai kecepatan cahaya se­
cara amat teliti. Perbedaan sekecil 1 per 1010 masih bisa
diukur dengan peralatan mereka. Untuk mengubah kecepat­
an posisi pengamat terhadap eter, mereka menganggap Bumi
sebagai pijakan. Bumi setiap tahun mengitari Matahari de­
ngan kocopatan sekitar 30 kilometer per detik. Di dalam
intorforometer, piranti yang dipakai oleh Michelson, tordapat

122 REVOLUSI EiSIKA: DARl ALAM GAIB K£ALAM NYATA

dua kaki togak lurus. Kaki pertama mengarah sejajar dengan
hembusan eter, sedangkan yang kedua tegak (lihat gambar
9.1). Menurut pemahaman klasik, kecepatan cahaya yang
terukur di dalam kedua kaki semestinya berbeda. Lewat
metode ini mereka mendapat kecepatan cahaya di dalam
kedua kaki itu sama. Jelas sudah bahwa kocopatan cahaya
tidak berubah.

Layar

Gambar 9.1
Konsep peralatan Michelson

dan Morley.

Semua ilmuwan torheran-heran, termasuk Michelson
sendiri. Ia bahkan mengganggap percobaannya sia-sia. Tak
pelak lagi, kecepatan cahaya tidak tergantung pada kecepatan
kerangka acuan. Kecepatan cahaya harus dianggap sebagai
sesuatu yang tetap untuk setiap pengamat.

Lord Kelvin mengakui bahwa hasil percobaan ini, yang
samasekali di luar dugaan, membawa persoalan besar bagi
segenap bangunan fisika. Pengertian mekanika warisan New­
ton (tentang gelombang dalam medium elastis) ternyata tidak
sotia pada sifat elektromagnet rumusan Maxwell tentang
kecepatan cahaya. Apakah eter sebenarnya tidak ada? Tak
seorang pun ilmuwan masa itu mau menerima dugaan
seperti ini. Michelson sampai akhir hayatnya tetap percaya
pada keberadaan eter, bahkan setelah teori relativitas
Einstein menggebuk pengertian itu pada 1905.

EINSTEIN MENEKUK RUANG DAN WAKTU 123

Buah simalakama Lorentz

Pada 1892, Hendrik Antoon Lorentz mencoba menjelaskan
keanehan percobaan Michelson. Ia mengandaikan hembusan
eter langsung berpengaruh pada gaya antar-molokul di dalam
kaki peralatan Michelson. Pengaruh itu bokcrja sedemikian
rupa sehingga salah satu kaki .secara fisik memendek terha­
dap yang lain. Walaupun tidak sama di kedua arah, kecepat­
an cahaya akan tetap terukur sama oleh peralatan Michelson.
Lorentz menyatakan bahwa hasil Michelson memang tidak
mencerminkan fakta bahwa kecepatan cahaya memang ber­
beda untuk arah yang berbeda.

IJntuk membela argumennya, Lorentz menurunkan be­
berapa persamaan untuk mengetahui seberapa kuat gejala
pemondokan itu.1 Rumusan ini jauh borboda dongan apa
yang diperoleh melalui pendekatan klasik Newton. Dari
sudut pandang fisika klasik Newton, tidak pernah terbayang­
kun panjang sebilah meteran berubah seturut kecepatan. Pada
1904, Lorentz menerbitkan lagi makalah yang menyempur­
nakan kesimpulannya 12 tahun sebelumnya. Ia memulai
dengan asumsi porsamaan-persamaan Maxwell semestinya
benar dalam setiap kerangka acuan, lopas dari kocepatannya.
Untuk itu, ia menurunkan beberapa persamaan yang disebut
transformasi. Dengan pertolongan persamaan ini, ia dapat
memperlakukan setiap sistem dengan kecepatan v seolah-
olah sistem itu diam.2 Persamaan ini sama seperti penemuan
Einstein setahun kemudian!3

' Dia mendapat hasil bahwa kaki yang searah dengan angin eter itu diper­
pendek dengan faktor /'(1-v2/cI), di mana v adalah kecepatan alat, dan c
kecepatan cahaya, dua-duanya tetap dalam kerangka medium eter.

1Untuk sebuah sistem yang bergerak ke arah x' pada waktu t', persamaan
transformasi yang Lorentz turunkan berbenluk seperti berikut:

x' - (x-vt) /N H l-vW )

t’= (t-vx/c’J / V(1 -v'/c9
Transformasi itu sekarang dikenal sebagai Transformasi Lorentz. Perhatikan
bahwa sekarang bukan hanya ukuran Jarak yang berubah dengan kecepatan,
tapi Juga waktu.
* Kemungkinan besar Einstein tidak sempat membaca makalah Lorentz.
Menurut teman-temannya, Einstein banyak berpikir tapi hanya sedikit
membaca. Bahkan tulisan ilmuwan yang paling terkemuka masa itu, Lorentz,
tidak dibacanya.

124 REVOLUSI OSIKA! OAR] ALAM GAIB K£ALAM NYATA

Tapi sogora terlihat dilema dalam penyelesaian Lorentz.
Saran Lorentz tentang pemendekan kaki di alat Michelson
tetap sebentuk pengandaian. Asumsi ini samasekali tidak
dihela oleh mekanika Newton. Masalah itu diangkat oleh
ilmuwan Jerman Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz
dalam satu makalah pada 1892, dua tahun sebelum akhir
hidupnya. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa Lorontz
gagal menyelesaikan dilema yang ia hadapi di bagian hulu,
yaitu merumuskan sebentuk pengertian eter yang setia pada
Maxwell sekaligus Newton. Hak makan buah simalakama,
para ilmuwan terpaksa memilih menyingkirkan Maxwell
atau Newton?

Pada 1904, Jules Henri Poincare (1854-1912)» matemati­
kawan yang paling terkenal masa itu, moninjau kembali
dilema yang dihadapi oleh fisika masa itu. Ia mendukung
pendekatan Lorontz, sekalipun bertentangan dengan meka­
nika Newton. Poincarti pernah menulis bahwa bisa jadi kita
dapat mengembangkan sebentuk mekanika yang samasekali
baru, suatu sistem yang sekarang hanya dapat diraba-raba, di
mana kelembaman dapat bertambah dengan kecepatan, dan
di mana kocopatan cahaya merupakan batas yang tak dapat
dilewati. Aneh tapi nyata, ketika Einstein mongemukakan
teori yang senada dengan pendapatnya sendiri, PoincarG
mala tidak dapat menerimanya. Pasalnya, walaupun PoincarG
termasuk berani memikirkan berbagai hal yang baru, seperti
massa yang berubah, ia masih menginginkan kehadiran eter.

••• 9 • Einstein menyingkirkan eter

% •• Albert Einstein (1879-1955) lahir sebagai seorang Yahudi di
Jerman, negara yang pada waktu itu mongalami serba per­
Gambar 9.2 ubahan sosial dan politik. Perusahaan-perusahaan semakin
Gerak Brown. berkembang di sana, sejalan dengan pemerintahan yang
semakin didominasi oleh militer. Ayahnya ialah seorang
wiraswasta teknik elektro. Ia akhirnya kalah bersaing dengan
para konglomorat dan kemudian memutuskan pindah ko
Italia. Prestasi Einstein di sekolah kurang menonjol, salah
satu sebab adalah sikap para guru yang sewenang-wonang. Ia
sangat membenci perilaku seperti itu. Pahit-getir dibentak
oleh guru, menumbuhkan sikap antipati terhadap segala

EINSTEIN MENEKUK RUANG OAN WAKTU I2S

bentuk kekuasaan. Lepas masa remaja, Einstein menganut
sosialisme sampai sampai tua. (Facia 1925, ia sering menulis
makalah tentang persoalan sosial.).

Einstein bercita-cita belajar di salah satu politeknik di
Zurich, Swiss, tapi ditolak karena lemah di semua bidang
kecuali matematika. Setelah mengikuti kursus tambahan, ia
diterima di tempat itu. Einstoin mengambil fisika dan
matematika. Sayang, ilmu olektromagnotik tidak diberikan di
Zurich—dan memang teori Maxwell masih relatif hangat
masa itu. Tapi Einstein selalu ingin tahu tentang sesuatu yang
mutakhir. Tak heran waktu itu ia sering mangkir kuliah dan
menghabiskan waktu untuk belajar sendiri, la senang bekerja
sendirian di laboratorium. Setelah lulus, ia kesulitan menda­
pat pekerjaan. Tapi berkat bantuan seorang teman, akhirnya
ia dibori tugas yang tidak terlalu borgongsi di kantor hak
paten, sebagai peneliti temuan baru.

Tugas kantor tidak begitu berat bagi Einstein, sohingga
dapat diselesaikan dalam beborapa jam saja. Ia mengisi waktu
selebihnya untuk memikirkan soal-soal fisika. Dari kantor hak
paten inilah, Einstein, yang masih berusia 20 tahun, mengi­
rimkan tiga makalah yang melambungkan namanya.

Makalah pertama yang ia kirim pada 1905 menyangkut
Gerak Brown. Beberapa bulan kemudian ia mengirim makalah
kedua tentang foton cahaya (termasuk lampiran tentang gejala
fotooloktrik). Bolasan tahun kemudian ia menerima Pong-
hargaan Nobel berkat lampiran yang disertakan. Makalah
ketiga, yang paling menghebohkan, berisi ide relativitas khu­
sus. Komunitas ilmuwan, yang sebelumnya belum pernah
mendengar nama Albert Einstein, terkesan dengan makalah
anak muda ini.

Sejak itulah ia mulai berkorespondensi dengan Planck,
Lorontz, dan ilmuwan termasyhur lainnya. Ia ditawari peker­
jaan sobagai dosen di dua universitas di Swiss, dan juga
selama setahun ia mengajar di Austria. Pada 1912, ia kembali
ke Swiss, nogeri yang ia cintai, untuk mengajar lagi di
politeknik Zurich, almamaternya. Pada 1911, Einstein meng­
hadiri konferensi Solvay yang pertama.4

4Konferensi Ini adalah rangkaian pertemuan fisika Internasional yang dibiayai
pengusaha kaya bernama Sotvay. Hartanya mellmpahruah berkat bisnis sabun!

126 REVOLUSI ElSiKA: OAR] ALAM GAIB KEALAM NYATA

Sejak itu, Einstein mulai diakui sebagai fisikawan paling
berbobot di dunia. Para ilmuwan kenamaan di Berlin mena­
rik Einstein ke sana untuk mengajar, la memang kembali ko
Jerman, tapi tidak mau mengambil kembali kewarganogaraan
Jorman, yang pnmnh ia lopaskan sebagai protos terhadap
militerisme Jerman.

Pada 1914, kotika Jerman mengobarkan Perang Dunia I,
ia menerbitkan makalah tentang relativitas umum. Makalah
ini jauh melampaui karyanya pada 1905. Di dalamnya ia
menawarkan penjelasan yang samasekali baru tentang gra­
vitasi sebagai gejala ruang semata. Selain topik relativitas, ia
juga menerbitkan sejumlah makalah tentang termodinamika,
optika, dan lain-lain.

Relativitas dianggap tidak bisa diamati di dunia sehari-
hari, tapi bisa diuji dengan eksperimen. Pada 1919, ide
Einstein diuji sewaktu terjadi gerhana Matahari total. Sewak­
tu gerhana berlangsung, seberkas cahaya bintang tertentu,
yang terletak hampir segaris dongan tepi cakram Matahari,
ternyata berkelok akibat tarikan gravitasi Matahari. Hal ini
sudah diramalkan oleh teori relativitas umum, dan tidak
disebut-sebut dalam teori lain.

Toori rolativitas umum Einstoin tolah melewati batu
ujian. Sontak Einstein menjadi idola masyarakat awam, juga
di luar negeri. Ia banyak diundang untuk berceramah untuk
umum, dan ternyata ia menyukai popularitas yang datang
tiba-tiba itu!

Sayangnya, justru popularitasnya ikut mendorong per­
tentangan terbuka yang sangat tidak sopan dari kalangan
anti-Yahudi di Jerman. Akhirnya, ia memutuskan untuk
menyingkir ke luar negeri untuk somontara waktu. Pada 1922
ia menerima ponghargaan Nobel.

Setelah kaum Nazi, yang anti-Yahudi dan kejam, mengu­
asai Jerman sejak 1933, Einstein memutuskan untuk meng­
ungsi selamanya ke Amerika Serikat. Di negeri itu ia bekerja
di Princeton University sampai masa tuanya. Andaikata ia
tidak pergi barnagkali sudah mati dibunuh oleh Nazi.
Einstein suka main biola, serta berlayar dengan perahu. Ia
menikah dua kali, pertamakah bercerai setelah beberapa

EINSTEIN MENEKUK RUANG OAN WAKTU 127

tahun. Pernikahan kedua berlangsung dengan putri sepu­
punya. Pada perkawinan kedua ia mengaku lebih berbahagia.

Teori ruang-waktu yang meliuk

Lorentz menerbitkan persamaan relativitas lebih dulu daripa­
da Einstein. Tapi hal yang membuat komunitas ilmu meng­
akui Einstoin sobagai penemunya terlotak pada cara menu­
runkan dan menafsirkannya. Lorentz masih mempertahan­
kan kerangka pemikiran tradisional, sementara Einstein me­
nerapkan logika yang berani secara konsisten. Oloh karena
itu. rumusannya bersahaja, tapi radikal.

Einstein tidak berangkat dari percobaan Micholson, ber­
beda dongan Lorentz atau Poincar6. Ia mengandalkan pena­
laran logikanya. Pada 100(5, ketika kebenaran teori relativitas­
nya digugat oleh seorang ilmuwan terkenal berdasarkan
percobaan secara terbuka. Einstein tidak peduli. Beberapa
waktu komudian porcobaan itu ketahuan keliru, dan sokali
lagi. Einstein tidak heran. Teori itu memang benar, begitulah
ucapannya waktu itu.

Einstein berangkat dari dua asumsi yang menurutnya
perlu dan benar. Asumsi pertama, adalah asas relativitas.
Menurut asas ini, tidak mungkin untuk membedakan satu
sistem dari yang lain jika dua-duanya bergerak dongan
kecepatan tetap (tidak dipercepat). Sebagai contoh, Anda
pernah berada dalam gorbong korotaapi, dan melihat kereta-
api lain lewat jendela. Waktu itu Anda tidak yakin mana yang
bergerak, kereta anda atau kereta di sebelah? Tidak ada cara
lain untuk mengetahui mana yang bergerak sampai molongok
sendiri ke luar jendela. Semua hukum fisika, baik mekanika
maupun oloktromagnotismo, borlaku tanpa perubahan dalam
setiap kerangka yang kecepatannya tetup. Asumsi kedua,
kecepatan cahaya dalam ruang kosong selalu tetap, bebas
dari gernkan sumber cahaya maupun pengamat.

Bertahun-tahun kemudian Einstein mengakui bahwa
asumsi kedua ini berasal dari hasil porcobaan Micholson.
Tapi ia tidak mengutip percobaan itu dalam makalah aslinya.
Oleh karena itu diperkirakan Einstein memang menganggap
porcobaan Micholson tidak ponting bagi teorinya. Walaupun

128 r e v o lu s i fis ik a : o a r i alam gaib ke alam n y a ta

asumsi kedua bersifat mandiri, tapi masih ada kaitan dengan
asumsi pertama.

Andaikata saya berada di dalam roket yang melejit
secepat cahaya, cahaya yang meninggalkan wajah saya (mi­
salnya) tidak akan pernah sampai ke cermin yang ada di
depan muka saya, karena saya bergerak secepatnya cahaya
itu sendiri. Ini adalah cara pandang teori klasik.

Tapi Einstein menolak cara pandang itu. Seandainya
pandangan itu benar, saya bisa mengetahui kecepatan saya
terhadap kecepatan cahaya hanya dengan melakukan perco­
baan pada cermin. Padahal, menurut asas relativitas, setiap
peristiwa fisika harus sama di sembarang kerangka acuan,
bebas dari kecepatan kerangka itu—termasuk pantulan caha­
ya dari cermin. Soal ini dapat diatasi jika diandaikan bahwa
kecepatan cahaya masih terukur sama di roket itu dibanding­
kan di tempat yang “diam", yakni kecepatan cahaya tidak
tergantung dari kerangka acuan, andaian ke-2 tadi.

Ruang, waktu, dan massa yang serba dinamis

Einstein betul-betul yakin pada kodun asumsi itu, dan ia
membangun teorinya dari sini. Ia sampai pada kesimpulan
yang menggoyahkan pengertian klasik tentang ruang, waktu,
dan massa (kelembaman). Dalam bagian ini akan saya jelas­
kan proses yang menggomparkan ini tanpa menurunkan
matematika. Sebenarnya, matematikanya tidak sulit tapi
mungkin lebih pas untuk buku lain.

Kocopatan adalah hasil bagi jarak dongan waktu. Untuk
mendapatkan kecepatan cahaya yang tetap dalam setiap
kerangka acuan dan bebas dari kecepatan kerangkanya, maka
yang harus berubah adalah ukuran jarak dan waktu. Ketika
Einstein menurunkan perubahan dalam jarak dan waktu yang
harus terjadi untuk kecepatan yang mendekati kecepatan
cahaya (terukur dibanding kerangka lain), hasilnya persis
sama dengan apa yang telah ditemukan sebelumnya oleh
Lorentz. Tapi apa artinya?

George Gamow (1904-1968) dalam salah satu bukunya
yang kocak, menerangkan makna persamaan transformasi
relativists ini dengan mengandaikan suatu dunia di mana

EINSTEIN MENEKUK RUANG DAN WAKTU 129

kecepatan cahaya sangat rendah: hanya sekitar 30 km/jam.
Tokoh cerita Gamow bernama Tompkins, yang mengunjungi
negeri antah-berantah dalam mimpi. Tompkins melihat tu­
buh seorang penunggang sepeda diperpendek dalam arah
gerakannya. Dari kerangka acuan Tompkins telah terjadi
pemampatan benda borgorak sesuai dongan rumus Lorontz.
Selanjutnya Tompkins sendiri mengayuh sepeda untuk me-
ngojar penunggang tadi dan ingin menanyakan musabab
pemendekan itu. Eh, sekarang bukannya penunggang kuda
itu yang memendek, melainkan gedung beserta orang berdiri
di tepi jalan! Dalam pengertian Einstein, telah terjadi penyu­
sutan ruang yang menyebabkan benda dalam ruang tersebut
ikut monciut.

Usut punya usut, waktu tidak luput dari gejala rolativi-
tas. Waktu berjalan lebih lambat ketika kocopatan mendekati
kecepatan cahaya. Ide ini memicu paradoks yang terkenal:
jika satu dari dua saudara kembar berangkat dengan kecepat­
an tinggi, lalu kembali setelah beberapa tahun, ia akan
kelihatan jauh lebih muda dibanding saudaranya yang diam.
Gejala ini bukan hanya permainan rumus, tapi sungguh-
sungguh pernah diamati di laboratorium pada partikel-parti­
kel berkecepatan tinggi. Ide yang mungkin paling susah
diterima dalam hubungan ini adalah konsekuensi bahwa dua
peristiwa yang terjadi serentak dalam satu kerangka acuan,
belum tentu terjadi serentak dalam kerangka yang lain.

Ternyata massa juga terpengaruh oleh kecepatan. Massa
bertambah besar ketika bergerak mendekati kecepatan caha­
ya. Oleh karena itu, semakin sulit menambah kecepatan
sebutir massa ketika kecepatannya sendiri sudah mendekati
kecepatan cahaya.

Dalam kisah Tompkins, ia merasa semakin berat menga­
yuh sepedanya ketika semakin mendekati "kecepatan caha­
ya" (30 kilometer per jam dalam kisah ini). Gejala yang
serupa bukan saja terjadi dalam kisah Tompkins, tapi sudah
terjadi di dalam laboratorium fisika modern.8*

* Hubungan klasik antara massa dan energi kinetik (E=>cniv") dan rumus
momentum <mv) Juga akan lain, oleh karena kehadiran kecepatan v maupun
massa m yang ada di dalamnya. Energi relatlvistls dinyatakan sebagai E-mc2.

130 REVOLUSI Eisika: uar i alam gaib ke alam uyata

Rumus E = mc* barangkali adalah rumus paling ter­
masyhur pada abad ke-20. Energi dan massa sebetulnya dua
sisi pada sekeping matauang. E = m c2 menyatakan bahwa
pertambahan massa yang dialami benda berkecepatan tinggi
dapat diterangkan sebagai pertambahan energi kinotik yang
juga bermassa.

Hukum kekekalan massa dan hukum kekekalan energi
harus digabung menjadi hukum kekekalan massa-energi.
Memang rumus ini mendasari seluruh teknologi nuklir, di
mana massa dapat ditukar menjadi onorgi. Tapi E = mc* itu
sendiri belum menjelaskan bagaimana memperoleh energi itu.

Hal yang perlu ditekankan kembali di sini adalah bahwa
meskipun terjadi hal-hal yang aneh ketika kita bandingkan
dua kerangka acuan yang kecepatannya berbeda, hukum-
hukum mekanika dan elektromagnetika yang biasa tetap
dapat diamati dalam kerangka kita yang “diam”. Tanpa
melihat kerangka yang lain, kita tidak akan tahu bahwa kita
bergerak. Justru maksud Einstoin adalah membangun suatu
sistem yang mempertahankan hukum-hukum fisika lain.
Kerangka acuan lain yang kecepatannya rendah dibanding­
kan kita (katakanlah di bawah satu persen kecepatan cahaya),
tidak akan menunjukkan gejala-gejala yang aneh, karena
faktor koreksi relativitasnya belum mencolok.

Hampir segenap interaksi di alam-semesta terjadi pada
kecepatan yang sangat rendah dibanding kecepatan cahaya,
sehingga relativitas adalah hal yang langka kecuali di labora­
torium partikel elementer.

Rumus serupa tapi tak sama

Rumusan relativitas Einstoin dibandingkan Lorentz dan
Poincar6 memang menyuratkan wujud yang sama, tapi
menyiratkan hal yang samasokali berbeda. Lorentz belum
berani menegaskan ruang dan waktu ikut berubah—rumus­
nya hanya "permainan" untuk menjamin kelangsungan per­
samaan Maxwell. Lorentz juga ingin menyelamatkan fisika
klasik dengan memasukkan sejumlah pembenaran—seperti
gaya antar-molokul yang memondokkan satu kaki piranti
Michelson.

EINSTEIN MENEKUK RUANG DAN WAKTU BI

Einstein mungkin ingin menyelamatkan sejumlah asum­
si yang dianggapnya mendasar, tapi bukan dengan menam­
bahkan sejumlah pembenaran. Ia secara radikal merombak
pengertian ruang dan waktu itu sendiri! Hasil yang ia dapat
adalah tidak adanya lagi ruang dan waktu yang mutlak.
Ruang dan waktu menjadi relatif.

Perbedaan yang paling telak menyangkut nasib eter.
Lorentz tidak bisa melepaskan diri dari anggapan mengenai
pentingnya medium untuk membawa cahaya. Sebaliknya.
Einstein mengatasi seluruh kesulitan yang ditimbulkan oleh
eter dengan mencampakkan eter samasekali. Menurut
Einstein, cahaya dapat merambat dalam ruang yang kosong.
Ciri-ciri rambatannya ditentukan oleh ciri-ciri ruang itu
sendiri, bukan oleh medium yang mongisi ruang.

Dengan demikian, hampir-hampir pengertian medan
Maxwell kembali ke pengertian ruang itu sendiri. Perbedaan­
nya, pengertian ruang yang baru samasekali berbeda dengan
pengertian yang diajukan oloh Nnwton. Pengertian ruang itu
dikembangkan lagi dalam teori relativitas umum. Topik ini
sudah di luar jangkauan buku ini.

Jika semua ilmuwan sebelum Einstein ingin mengikat
kounikan ciri-ciri kocopatan, waktu dan massa, Einstein
malah bersedia melepaskannya semua itu. Walaupun persa­
maan Lorentz dan Einstein sama, Lorentz muncul dari cara
berpikir klasik. Sebaliknya, Einstein tumbuh dari pandangan
dunia yang baru. Lorentz mewakili ujung paling hilir pan­
dangan klasik, dan Einstein mowakili titik hulu pondokatan
baru.

Kesimpulan

Toori relativitas Einstein muncul dari kosonjangan antara
mekanika Newton tentang porilaku zat (dalam hal ini eter)
dengan elektromagnet Maxwell (dalam hal ini kecepatan
cahaya). Micholson dan Morley, pernah menemukan kecepat­
an cahaya terukur sama dalam setiap kerangka acuan, bebas
tlari kecepatan kerangka itu. Temuan ini samasekali berten­
tangan dengan prediksi mekanika Newton.

132 REVOLUSI Fisika: DAfll ALAM GAIB K£ ALAM NYATA

Lorentz menawarkan penjelasan untuk penemuan Mi-
chelson dengan mengandaikan adanya seutas gaya antar-
molekul yang hekerja searah dengan “hembusan eter”. Gaya
ini. menurut Lorentz, secara fisik dapat memendekkan salah
satu kaki alat pengukuran Micholson. Oleh karena itu kece­
patan cahaya akan terukur sama ko semua arah terhadap
angin eter, walaupun menurut Lorentz sebenarnya berbeda.
Persamaan yang diajukan oleh Lorentz ternyata serupa de­
ngan Einstein.

Walaupun demikian saran Lorentz masih melanggar me­
kanika Newton di beherapa hal. Poincar£ tahu persoalan itu
tapi meyakini kebenaran anjuran Lorentz. Ia menekankan
perlunya menuju arah kenisbian murni.

Secara mandiri, Einstein mengembangkan penyelesaian
seperti yang diusulkan Poincare. Ia berangkat dengan dua
asumsi yang bersahaja tapi jornih. Uraiannya menyelamatkan
persamaan Maxwell, sementara pengertian Newton tentang
ruang-waktu yang mutlak tersingkir. Walaupun demikian,
pada kecepatan rendah, penyelesaian itu mendekati hasil
hitungan mekanika klasik Newton.

Untuk mendapat penyelesaian itu. Einstein tidak mema­
sukkan pembenaran ke dalam sistem yang lama. Alih-alih
membenarkan, ia menggubah pengertian ruang, waktu, dan
massa, dan membuat segalanya relatif torhadap kecepatan
kerangka.

Atas konsistensinya, Einstoin berhasil mongantarkan
suatu cara pandang mongenai alam-somesta yang samasekali
baru. Pengujian yang datang menyusul memang tidak meng­
gugurkan Einstein, tapi orang-orang seperti Lorentz dan
Poincart; tetap tidak bisa menerima idenya. Penolakan ini
bukan karena matematikanya terlalu rumit, melainkan kare­
na sedemikian radikal dengan pengalaman sehari-hari. Pada
masa kini toori relativitas memang tidak banyak ditomukan
di dunia sehari-hari, tapi dia telah menjadi kepercayaan yang
mendasar di kalangan fisikawan.

10

Tidak Lagi Berpasti-pasti
di Aras Kuantum

Teori Maxwell (1871) menjelaskan ge­
lombang elektrom agnetik yang meram ­
bat m elalui eter. Tapi te o ri itu belum
menjelaskan bagaimana gelombang da­
pat muncul dari materi.

04 REVOLUSI fisika: dari alam gaib ke alam nyata

Hukum-hukum fisika klasik (mekanika Newton) tidak bisa
menjelaskan gejala yang terjadi dalam kajian cahaya dan
materi. Beberapa tahun kemudian Lorentz menyerukan un­
tuk membuka ruang penelitian baru mengenai hubungan
antara gelombang elektromagnetik (yakni cahaya) dan materi.
Usulan inilah yang kelak menghasilkan teori kuantum.

Teori relativitas lekat pada satu nama, yaitu Albert
Einstein. Sebaliknya, teori kuantum adalah jerih-payah ba­
nyak ilmuwan. Jika relativitas bertumpu pada asumsi, teori
kuantum berangkat dari berbagai percobaan. Selama tiga
dasawarsa pertama ahad ke-2(), segenap penjelajahan fisika
merambah kawasan kuantum.

Walaupun sejarahnya agak berbelit, kita dapat membeda­
kan perkembangan teori kuantum dalam dua tahap. Tahap
pertama dimulai dengan penemuan Max Planck (1858-1947)
dan Ernest Rutherford (1871-1937), lalu memuncak pada
1913 dengan penemuan model atom Niels Bohr (1885*1962).
Perkembangan kedua terjadi pada pertengahan dasawarsa
1920-an, dengan berpusat pada karya Werner Heisenberg
(1901-1976) dan Erwin Schrodingor (1887-1961). Sampai di
sini boleh disebut problematika kuantum sudah torsolo-
saikan, setidaknya sebelum relativitas kokoh.

Penjelajahan teori relativitas dan teori kuantum tahap
kedua masih belum konsisten satu sama lain. Oloh karena itu
para ilmuwan berupaya untuk menyatukan teori kuantum
dengan teori relativitas. Penyatuan ini bisa dianggap tahap
kotiga perkembangan teori kuantum. Karya Paul Adrion
Maurice Dirac (1902-1984) cukup mempengaruhi tahap keti­
ga ini.

E le ktro n bak kism is d i atas roti?

Pada awal abad ke-19, John Dalton (1700-1844), seorang ki-
miavvan Inggris, sudah sampai pada kesimpulan bahwa ma­
teri adalah sekumpulan atom yang sangat kecil. Senyawa
atom disobutnya molekul. Dalam percobaan elektrolisis, se­
perti yang dilakukan oloh Faraday, sudah ketahuan bahwa
atom dan molekul juga mengandung listrik. Pada 1897 Jo­
seph John Thomson (1850-1940), ilmuwan yang juga berasal

TOAK LAGI BERMSThPASTl DI ARAS QUANTUM ns

dari Inggris, berhasil memperlihatkan bahwa ada komponen Gambar 10. t
atom yang lebih kecil. Ia menamakan komponen itu elektron Isi atom dalam bayangan
yang bermuatan listrik negatif. Thomson.

Penemuan demi penemuan ini termasuk subur. Sejak
teori medan Maxwell dikenal, jelas sudah bahwa gelombang
elektromagnetik dapat dibangkitkan dari getaran materi
bermuatan listrik. Kemungkinan besar elektron merupakan
mekanisme yang dapat menerangkan timbulnya gelombang
elektromagnetik. Persoalan yang datang menyusul adalah
letak elektron di dalam atom. Penemu elektron, Thomson,
melukiskan posisi elektron bak “kismis dalam roti”, yang
bergetar di satu tempat saja (gambar 10.1). Tapi pernyataan
ini belum teruji.

G e ta r-g e ta r e le k tro n

Ernest Rutherford ialah anak petani kentang Selandia Baru. Gambar 10.2
Karena rajin belajar, ia ditawari beasiswa untuk meneruskan Model atom Rutherford.
pelajaran di Inggris. Di Inggris ia dibimbing oleh Thomson.
Siapa menduga Rutherford akhirnya akan menjadi ilmuwan
eksperimental paling menonjol pada awal abad ke-20?

Pada 1911 ia melakukan percobaan yang paling terkenal
bersama mahasiswanya, Ernst Marsden, yang juga berasal
dari Selandia Baru. Ia menembakkan partikel radioaktif ko
selaput emas yang sangat tipis. Berdasarkan pola hamburan
partikel, Rutherford menyimpulkan bahwa isi atom emas
(dan semua atom) kosong, tidak pejal seperti dugaan semula.

Masing-masing atom mempunyai inti, yang sangat kecil dan
bermuatan positif. Rutherford menduga elektron menge­
lilingi inti, mirip planet mengelilingi Matahari (lihat gambar
10.2). Pada masa itu belum banyak informasi mengenai
oloktron. Para ilmuwan pun juga belum punya cukup bahan
untuk menduga tabiat oloktron yang berbeda dengan prediksi
fisika klasik Newtonian dan hukum Coulomb.

Percobaan Rutherford meninggalkan teka-teki. Elektron
yang beredar juga merupakan muatan yang bergetar. Menurut
porsamaan Maxwell, muatan yang borgotar akan momancar-
kan cahaya. Oloh karena itu masing-masing eloktron semes­
tinya memancarkan cahaya juga. Dengan melepas cahaya,

136 REVOLUSI fisika: dari alam gaib k£ a la m nvata

maka eloktron akan sogora kehilangan energinya dan jatuh ke
inti. Prediksi ini ternyata tidak pernah dijumpai oleh Ruther­
ford.

Rutherford tidak langsung berusaha menjawab teka-teki
ini. Topik penelitian Rutherford berikutnya lebih pada
persoalan inti dan persoalan radioaktif. Walaupun demikian
teori kuantum lahir dari penelitian susulan tentang por-
edaran elektron ini. Sumbangan ponting pada porkombangan
teori kuantum berasal dari Max Planck.

M iste ri benda h ita m

Planck hidup pada masa kemelut melanda Jerman. Ia patriot
tulen yang tabah. Keempat anak hasil perkawinannya yang
pertama moninggal pada masa itu. Soorang putranya gugur di
medan laga Porang Dunia I dan seorang lagi ditembak mati
oloh Nazi semasa Perang Dunia II karena terlibat perse­
kongkolan untuk membunuh Hitler. Dua putrinya meninggal
sewaktu bersalin.

Planck hampir seumur dengan Hertz, ilmuwan yang
pada 1887 berhasil menunjukkan bahwa gelombang elektro­
magnetik betul-betul ada. Mereka berdua berguru pada
Kirchoff dan Helmholtz. Pada 1880 Planck dipanggil untuk
mongajar fisika bersama dengan Helmholtz di Borlin.

Di Berlin ia mulai moneliti problematika benda hitam
(black body)- Problemnya memang berkisar pada termodina­
mika, bukan fisika atom, sehingga Anda mungkin mengira
pembahasan ini menyimpang dari topik utama. Tapi sebetul­
nya tidak demikian.

Setiap benda yang dipanaskan akan berpijar, mula-mula
berwarna kemerahan, dan semakin panas semakin memutih.
Ada pun benda hitam ideal adalah zat yang warna pijarnya
tidak torpengaruh oleh warna asli benda itu sendiri. Benda
hitam adalah matori, warna pijarnya borasal dari materi itu
sendiri. Meneliti hubungan antara cahaya dan materi memang
sesuai dengan program penelitian yang sedang ditekuni oleh
Lorentz.

Salah satu cara untuk mendekati kondisi ideal benda
hitam adalah dengan mengukur panjang gelombang cahaya

TOAK LAGI BEflPASTf-PASTl Dl AflAS QUANTUM

yang dapat diamati melalui setitik lubang kecil dalam oven
tertutup (gambar 10.3a). Percobaan itu menghasilkan data
seperti yang ditunjukkan dalam gambar 10.3b. Sebelum
Planck, Wilhelm Wien (1804-192H) telah menurunkan se-
penggal rumus yang hasil hitungannya mendekati data
pongamatan. Tapi, rumus Wion, yang berdasarkan termodi­
namika dan elektromagnet, masih belum cukup setia dengan
data yang diamati. Kelemahan ini semakin jelas jika peng­
ukuran dilakukan di daerah inframerah (rentang panjang
gelombang elektromagnet mulai 750 nanometer sampai 1

Gambar 10.3a

Percobaan untuk mengukur
panjang gelombang benda
hita m .

» 12)456 Gambar 10.3b
P»r#arg G#fcrvt*a$ pm
T itik -titik merupakan data
percobaan dengan benda
hitam; garis hitam
merupakan hasil
perhitungan Planck
(bandingkan dengan hasil
perhitungan Hukum Wien
yang tidak te liti).

138 REVOLUSI eisiica: dari alam gaib K£ alam nvata

milimeter, ed). Planck bertekad untuk mendapatkan rumus
yang hasil hitungannya paling akurat.

Setelah mencoba sekian lama, pada 1900 Planck berhasil
menemukan rumus yang setia dengan data percobaan (liat
gambar 10.3b). Hanya saja rumus itu belum dilandasi penger­
tian fisika. Planck sendiri belum tahu mengapa rumus itu
benar, sehingga selama berminggu-minggu kemudian ia ber­
gulat dengan rumusnya sendiri untuk menjelaskannya.

Akhirnya ia menemukan bahwa rumus itu tidak dapat
dijelaskan berdasarkan pengetahuan yang lazim pada masa
itu. Sosuai prosedur kalkulus yang lazim, Planck meng­
asumsikan dinding benda hitam sebagai sederet pemancar
cahaya mini. Mula-mula ia menduga setiap pemancar dapat
molopas sejumlah energi dalam jumlah sangat kocil. Tapi,
hitung punya hitung, ternyata data pengamatan tidak cocok
dengan dugaan itu. Sepertinya pemancar mini itu (yang tidak
ia sebut sebagai atom) hanya dapat memancarkan energi
paling banter sebanyak hf. Gejala ini mirip dengan kran, yang
mengeluarkan air setetes demi setetes—tidak mungkin ku­
rang dari sotetos. Di sini f adalah frekuensi cahaya yang
dipancarkan, sedangkan h adalah tetapan yang sekarang
dikenal sebagai Tetapan Planck. Walaupun nilai tetapan itu
kocil, maknanya besar sekali. Pakot cahaya sobosar h f itu ia
namakan satu kuantum cahaya.

Kesimpulan Planck cocok dengan data yang ada, tapi
bertentangan dongan pemahaman fisika masa itu. Berkat
penemuan itulah Planck memperoleh hadiah Nobel 20 tahun
kemudian. Konon ia pernah mongatakan pada anaknya
bahwa ia telah membuat penemuan yang sederajat dengan
Newton. Bertahun-tahun kemudian ia mengaku sebagai
berikut:

Kesimpulan ini (yakni mengenai benda hitam yang hanya

dapat menyerap atau memancarkan kelipatan kuantum

cahaya] adalah tindakan nekad. Selama enam tahun saya

menggumuli persoalan benda hitam. Saya menyadari masa­

lah ini sangatlah mendasar, dan saya sudah tahu rumus yang

benar. Oleh karena itu saya merasa harus menemukan

penjelasannya, dengan menerima konsekuensinya, kecuali

mengorbankan kedua hukum termodinamika.

TOAK LAGI BERPASThPASTI DI AflAS QUANTUM

Dalam makalahnya tentang gejala fotolistrik pada 1905,
Einstein mengembangkan temuan Planck dengan mengata­
kan bahwa bukan hanya pemancar kecil di dinding benda
hitam yang memancarkan cahaya dalam bentuk kuantum,
melainkan memang begitulah tabiat hakiki cahaya. Cahaya
harus digambarkan sebagai sebutir partikel, yang disebut
foton. Energi foton tidak lain adalah hf.

Sewaktu menulis makalah tontang gojala fotolistrik,
Einstein belum mempunyai data percobaan yang kuat menge­
nai gejala tersebut. Haru pada 1915 Robert Andrews Millikan
(1868-1953) melakukan percobaan kuantitatif tentang gejala
fotolistrik.1 Hasil percobaan ini persis seperti yang pernah
diramalkan oleh Einstein, yaitu cahaya (dalam keadaan
tertentu) harus dianggap sebagai partikel. Temuan Millikan
ini berbuntut hadiah Nobel pada 1923.

In tu isi Bohr

Niels Bohr adalah ilmuwan kelahiran Denmark. Perawak­
annya tegap dan senang main sepakbola. Ia malah pernah
bercita-cita menjadi pemain bola profesional. Sebagai se­
orang anak, ia kesulitan dalam hal menulis dan akhirnya
tertarik pada fisika. Pada 1911, setelah menjadi sarjana, ia
pergi ke Inggris untuk bekerjasama dengan para pemuka
fisika di sana.

la bekerjasama lebih dulu dengan J. J. Thomson, perumus
model atom "roti kismis”. Ia kemudian berpisah dongan
Thomson karena berbeda pendapat. Bohr kemudian bekerja
dengan Rutherford. Ia sangat terkesan dengan model orbit
atom Rutherford, walaupun banyak kelemahannya. Bohr
bertekad mengembangkannya.

Satu portanyaan yang mengganggu Bohr adalah mongo-
nai keunikan atom. Menurut Dalton, semua atom, misalnya
oksigen, harus identik satu sama lain. Sebaliknya, pengertian
atom yang dikemukakan oleh Rutherford malah sulit men­
jelaskan hal itu. Kalau memang bergerak seperti planet,

' Millikan lebih dikenal karena percobaan tentang nisbah muatan elektron
dengan massanya, e/m.