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

38 REVOLUSI f tSlKA! OAfll a l a m g a ib ke a l a m n yata

buku itu dimasukkan ke dalam daftar buku-buku terlarang
untuk orang beriman karena dianggap dapat merusak keper­
cayaan. Copernicus, yang sudah lama meninggal, diojok
“kafir”dan “ateis”.

Sekiranya Bumi hanya planet biasa maka terbuka ke­
mungkinan ada planet lain yang juga berpenghuni. Apakah
mereka juga jatuh ke dalam dosa? Apakah Yesus juga disalib
di sana? Apa ada dua jenis keselamatan kekal? Mustahil!
Lebih daripada itu, kalau alam-semesta tak terhingga besar­
nya sebagaimana konsekuensi menerima teori Copernicus,
lantas di manakah letak Tahta Kerajaan Allah?

Kisah di atas adalah satu contoh salah paham yang
pernah terjadi antara ilmu dengan iman. Peristiwa ini bukan
untuk yang portamakali. Pada abad ko-13, kotika pemikiran
Aristoteles ditemukan kembali oleh orang-orang Eropa, mun­
cul sejumlah pertentangan antara kosmos Yunani dengan
pemahaman Alkitab yang lazim. Teolog Thomas Aquinas
(1225-1274) waktu itu menyelesaikan pertentangan dengan
mengatakan bahwa Alkitab ditulis bukan untuk kepentingan
ilmiah, melainkan ditulis sedemikian rupa supaya bisa
dipahami oleh "orang bodoh zaman dulu".

Penyelesaian sejenis sebetulnya dapat juga diterapkan
dalam kasus Copernicus. Tapi isu Copernicus terlanjur karut-
marut di tengah kemelut Gereja yang diterpa gelombang
Reformasi pada abad sebelumnya. Sayang sekali, toleransi
sebesar anjuran Aquinas tampaknya tidak cukup tersedia
pada abad ke-17.

Pandangan baru Copernicus betul-betul menggemparkan
awam. Kita dapat melihatnya dalam karya berbagai pujangga.
Sebelum Copernicus melempar penelitiannya, Dante Alighieri
(1265-1321) dongan penuh keyakinan menggambarkan perja­
lanan tokohnya dalam The Divine Comedy, melalui alam-
semesta yang benar-benar Aristotelian. Ada sembilan lapis
langit di atas Bumi ke arah Tahta Allah, dan sembilan lapis
tanah Bumi, yang semakin mendekati api neraka yang tak
kunjung padam. Setelah Dante, penyair tidak lagi menampil­
kan alam segamblang itu.

John Milton (1608-1674) pada abad ke-17 masih melukis-

OARI PUSAT SEMESTA KE ANGGOTA TATA SURYA 39

kan sebentuk semesta Aristotelian dalam Paradise Lost
(Surga yang Hilang). Tapi ia juga menyajikan kosmos Copor-
nicus sebagai pilihan lain. Pada 16 11 John Donne (1572-
1631), seorang pujangga yang saleh, mengakui bahwa pan­
dangan baru lambat-laun dapat menyusup ke dalam pemi­
kiran setiap manusia, dan ia menganggap perubahan itu
sangat membingungkannya. Komentar sejenis itu masih ada
dewasa ini. juga terhadap perkembangan ilmu.

Tycho Brahe yang mendua

Jikalau Copernicus diakui sebagai astronom paling terke­ G am bar 4.1
muka pada awal abad ko-16, maka paling menonjol sotolah Tycho Brahe.
pertengahan abad adalah Tycho Braho (1546*1601). Meski­
pun lahir setelah De Revolutionibus terbit, Brahe menentang
ide Copernicus seumur hidupnya, terutama karena alasan
filosofis.

Ia memang mengusulkan sebentuk sistom lain, yang
terdiri dari ke-5 planet yang mengedari Matahari (jadi sama
dengan Copernicus). Perbodaanya. Bulan dan Matahari ujung-
ujungnya mengitari Bumi, sehingga Bumi totap bergoming
(gambar 4.2). Bisa jadi ini adalah kompromi untuk berkelit
dari tekanan Gereja.

Sumbangan penting Brahe yang melampaui teorinya
adalah catatan pengamatannya yang akurat. Pemerintah Den­
mark menghadiahkan satu puri yang dikhususkan sebagai
observatorium Brahe. Dibantu sejumlah asisten, Braho me­
ngumpulkan banyak data tentang posisi bonda-bonda langit
sotiap malam tanpa toropong. Data yang dikumpulkan oloh
Braho jauh lebih akurat daripada poninggalan Yunani kuno.
Berkat data inilah salah seorang asistennya, Johannes Koplor,
monemukan bentuk orbit lonjong planet.

Selain menyumbang data rutin gorakan benda langit,
Brahe juga mencatat beberapa peristiwa yang merongrong
anggapan tentang "daerah di atas Bulan”. Salah satu keperca­
yaan Zaman Pertengahan (yang berasal dari Aristoteles
sendiri) adalah alam-semesta dapat dibagi dalam dua daerah:
satu di atas lapisan bola Bulan dan kawasan di bawahnya. Di

REVOLUSI f is ik a : DARI a l a m g a ib ke a l a m n yata
40

^ M LOIUBHAI Re «4#4f

G am bar 4.2

Sistem Tycho Brahe yang
mendua, setengah geosentris,

setengah hellosentrls.

atas bola Bulan somua zat terbuat dari eter, sejenis bahan
yang sangat halus. Benda-benda di kawasan itu borbentuk
bola seluruhnya karena memang demikianlah bentuk paling
sempurna. Gerakannya pun sempurna—lingkaran. Di kawas­
an itu tidak ada gangguan dan perubahan karena dekat
dengan surga.

Kawasan di bawah bola Bulan sebaliknya. Hukum fisika­
nya tidak sama. Inilah daerah rawan, sarat sorba-porubahan
dan ketidaksempurnaan. Hukum fisika di tempat ini, menu­
rut anggapan kuno, menuntut gerak lurus. Pada 1572 Brahe
mengamati setitik "bintang baru”. Bintang itu kemilau terus-
menerus selama setahun lebih dan sirna. Pengamatan ini
menjatuhkan kepercayaan bahwa kawasan bintang-bintang
tidak berubah.

Sekarang kita tahu bahwa Brahe mencatat bintang yang
meledak—yang dinamakan supernova. Braho juga meng­
amati sejumlah komet—gelagat lain bahwa ada perubahan di
kawasan di atas bulan. Sampai masa itu komet selalu
dianggap sebagai gejala cuaca yang terjadi di bawah bola
Bulan! Berkat pengukuran Brahe yang cermat, kita tahu
bahwa komet melintas jauh dari Bumi.

DARI PUSAT S£MESTA KE ANGGOTA TATA SURYA 41

Kepler melawan Sang Guru

Bertolakbelakang dengan gurunya, Johannes Kepler (1571-
1630) percaya pada sistem Copernicus sampai akhir hayat­
nya. Kepler menerima alasan-alasan estetis yang diajukan
oleh Copernicus. Kepler dan Copernicus sama-sama meng­
anut pandangan mistik-religius tentang alam-semestn. Aliran
mistik ini mengikuti Plato dan setelah ditemukan kembali
pada abad ke-16 dinamakan neoplatonisme.

Mari kita lihat perbedaan argumen pendukung Aristoteles
dan Plato. Aristoteles menekankan pengamatan dan ingin
melihat dunia sebagai mekanisme yang dapat dipahami
dengan akal budi biasa. Sebaliknya neoplatonis percaya
bahwa dunia fana ini hanya samar-samar. Di balik dunia ini
ada sebentuk kenyataan rohani yang lebih “nyata”daripada
dunia sehari-hari. Kenyataan rohani itu hanya dapat ditem­
bus oleh pemikir yang paling kuat, bisa lewat semedi, sihir,
atau matematika. Anda jangan heran dulu karena sejak
zaman Pythagoras di abad kc-6 SM, orang-orang sudah biasa
menyatukan matematika dengan mistik. Dirumuskan lain,
mencari pola-pola ideal dan sempurna di langit memang
ambisi khas neoplatonis. Menurut mereka upaya ini dapat
mempertemukan mereka dengan keilahian di balik dunia
fana.

Perbedaan antara kedua aliran tersebut, pendekatan
empiris lawan matematis; observasi lawan logika—merupa­
kan bagian dari penjelajahan fisika. Perbedaan itu masih
terjadi sampai sekarang. Hal yang istimewa dari Kepler
adalah ia sungguh setia pada fakta empiris. Boleh dikatakan
pandangan Aristoteles dan neoplatonis berpadu dalam sosok
Kepler.

Pada satu sisi Kepler bertekad setia pada fakta-fakta yang
bertentangan dengan keyakinannya. Ini adalah warisan
'I\cho Brahe, pendukung Aristoteles. Sebaliknya, ia percaya
bahwa di dalam Matahari kita dapat menemukan prinsip
hidup alam-semesta, sehingga layak diletakkan di pusat. Ide
seperti ini khas neoplatonis.

Dalam bukunya yang pertama. Mysterium Cosmogra-
phicum (1596), yang ditulis ketika berusia 25 tahun, Kepler
mengaku sebagai pengikut Copernicus. Tapi ia menegur

42 r e v o lu s i f is ik a : d ar i a l a m g a ib ke a l a m n y a t a

G am bar 4.3 Copernicus karena dianggap kurang konsisten. Copernicus
Johannes Kepler. masih menempatkan pusat alam-semesta di pusat Bumi,
soolah-olah Bumi masih menentukan sogalanya.

Kepler menempatkan pusat alam-semesta di Matahari—
suatu titik yang dekat tapi tidak persis bertepatan dongan
pusat orbit Bumi. Copernicus masih cenderung menganggap
Bumi sebagai planet istimewa, sementara Kepler tegas-tegas
menyatakan Bumi harus disamakan dengan planet lain.
Dengan demikian, Kepler menyederhanakan sistem Coper­
nicus: eksentrik-eksentrik yang masih dipertahankan oleh
Copernicus sudah tidak diperlukan lagi. Dengan membuang
unsur Kepler lobih mudah mencari penyebab gerak me­
lingkar planet-planet. Mereka, menurut Kepler, ditarik oleh
gravitasi di pusat Matahari. Tapi rupanya masih ada selisih
kecil antara prediksi Kepler dongan data Braho, kumpulan
data terbaik masa itu. Lintasan planet Mars yang diprediksi
oleh Kepler ternyata meleset 8 menit-sudut.

Kepler tidak menyerah. Ia berjuang mencari penye­
babnya, walaupun harus menghitung tanpa kalkulator, tanpa
kalkulus, bahkan tanpa kaidah-kaidah matematik yang seka­
rang lazim untuk pelajar SMU. Puluhan kali ia mencoba
lintasan planet Mars yang pas dengan pengamatan Braho.
Angka-angka yang ditulis kocil-kocil menjejali ratusan ha­
laman hitung, dan ia mengaku hampir menjadi gila. Sepuluh
tahun kemudian ia menemukan lintasan yang mencengang­
kan dirinya sendiri. Ternyata planet-panet tidak melintas
secara bulat "sempurna" melainkan lonjong!

Dalam buku kedua, Astronomia Nova (“Astronomi Ba­
ru", 1609) Kepler langsung menggebrak dengan menyodor­
kan rumusan baru yang menghapus sistem lingkaran yang
rumit peninggalan masa lalu.

Ia menulis:

“ Seandainya saya percaya kita boleh mengabaikan delapan

m enit sudut itu , saya akan mengutak-atik hipotesa saya

sedemikian rupa. Tapi karena tidak mungkin diabaikan,

maka delapan m enit itu menghantar pada perumusan ulang

segenap astronomi: delapan m enit itu menjadi batu pen­

juru [astronomi baru].”

OARI PUSAT SCMESTA KE ANGGOTA TATA SURYA 43

Setiap eksentrik, episiklus, ekuant, dan lingkaran aneh
lainnya, langsung dibabat habis dan diganti dengan seutas
garis geometris bersahaja, yakni lonjong (gambar 4.4). Kepler
juga menegaskan bahwa fokus elips itu adalah Matahari. Ide
pokok buku ini kemudian dikenal sebagai Hukum Keplor I.

Hukum I dan II mengenai bentuk orbit belum banyak
berarti kalau posisi planet di dalamnya tidak dikotahui pada
sembarang waktu. Oleh karena itu Kepler menyodorkan
sebentuk hubungan antara kedudukan planet dan kece­
patannya. (Sebetulnya penemuan ini sudah terjadi sebelum
penemuan Hukum I).

G am bar 4.4
Hukum Kepler II: garis
penghubung planet dengan
Matahari selalu menyapu luas
yang sama dalam waktu yang
sama pula. Luas PP’S sama
dalam setiap contoh.

Ia mendapatkan bahwa garis yang menghubungkan
planet dengan salah satu pusat akan menghasilkan luas yang
sama dalam waktu yang sama. Bentuk elips orbit dan hukum
kocopatan “luas totap", masing-masing dikotahui sebagai
Hukum Kepler I dan II. Meskipun lingkaran “sempurna"
tidak ada lagi, sistem baru Kepler menyajikan keindahan
tersendiri.'

' Dituntun idealismenya tentang apa yang la sebut sebagal “keserasian di
langit", Kepler meneruskan perhitungannya dan Juga menemukan sebuah
relasi antara jari-jari orbit planet (R) dengan periode putaran planet
tersebut (T). Untuk setiap planet, nisbah R‘/V itu sama. Relasi ini yang
sekarang kita ketahui sebagai Hukum Kepler yang ke-III. Sebetulnya hukum
ini tidak dibutuhkan untuk kinematika tata surya barunya, melainkan
semata-mata dihasilkan dari rasa estetisnya. Tapi Newton (tanpa mengaku
sumbernya secara jujur!) memakai Hukum Kepler ke-III untuk merumuskan
Hukum Gravitasinya pada akhir abad yang sama (lihat bab 6).

44 revo lusi Fisika: daaj alam gaib k£ alam nyata

Dari kinematika ke dinamika

Upaya untuk mengganti alam-semosta Aristotelian, yang ser-
ba-bulat dan digerakkan oloh malaikat, dongan proses mo-
kanik belaka, semakin menggebu-gebu dalam diri Galileo
Galilei, dan memuncak dalam diri Newton. Berangkat dari
Newton kita memperoleh sebentuk dinamika yang sanggup
menjelaskan kinematika yang dirumuskan oleh para penda­
hulu mereka. Sebenarnya Kepler sendiri sudah berjalan ke arah
itu, tapi gagal lantaran prinsip dasar mekanikanya keliru.

Kepler sudah tidak percaya lagi pada bola kristal. Dan
tindakan Kepler yang paling berani adalah moncampakan
perbedaan antara fisika Bumi dongan fisika di atas Bulan,
keyakinan yang telah dianut oleh manusia sejak Aristoteles.
Dialah yang pertamakali menyarankan gagasan itu. Kepler
tidak percaya plunet "diikat”di orbit masing-masing dan
mengelilingi Matahari karena dorongan malaikat, atau ada
“jiwa”di dalam planet itu sendiri. Ia percaya pada kehadiran
gaya yang "keluar" dari Matahari. Gaya itu ia ibaratkan
sebagai gaya magnetis, gaya yang sangat umum di Bumi.

Sayangnya fisika Bumi yang ingin ia terapkan pada
planet memang keliru, sehingga hasilnya tidak setia pada
pengamatan. Kepler membayangkan gaya berbanding terbalik
dengan jarak dari Matahari, sementara dalam praktik gaya
berbanding terbalik dengan kuadrat jarak. Ia juga tetap
berpegang pada kepercayaan bahwa benda yang tidak dido­
rong secara otomatis berhenti—satu kepercayaan yang sam­
pai sekarang pun masih hidup, sekalipun keliru. Keper­
cayaan ini baru dipukul untuk portamakalinya oloh Galileo.

Teropong Galileo yang mengubah dunia

Kepler, sebagaimana halnya Copernicus, hanya menulis un­
tuk rekan sejawat yang ahli. Tidak banyak orang yang bisa
memahami gagasannya. Galileo Galilei (1564-1642) seka­
lipun, yang sudah membaca sondiri buku Copornicus dan
mengikuti gagasannya dongan borani, tidak menyadari por-
tentangan antara Kepler dan Copernicus. Sistem Kepler jelas
berbeda dari sistem Copernicus, ironisnya Galileo sendiri
tetap mengaku sebagai pengikut Copernicus! Walaupun

OARI PUSAT SCMESTA KE ANGGOTA TATA SURYA 4S

demikian boberapa penemuan Galileo berdampak jauh lebih Foto 4.1
hebat pada orang awam daripada gagasan Kepler. Teropong Galileo.

Pada 1609 Galileo merakit teropong dongan mengem­
bangkan teknologi rancangan Hans Lippershey yang diperke­
nalkan setahun sebelumnya, la mengarahkan teropong ke
langit malam. Dalam tempo beberapa jam longsorlah begitu
banyak kepercayaan yang paling disayangi oleh orang awam.

Pertama, Galileo melihat permukaan Bulan ternyata
tidak mulus dan bulat sempurna. Pengamatan ini berten­
tangan dongan kepercayaan Yunani kuno yang menegaskan
kesempurnaan benda langit. Pada permukaan Bulan keli­
hatan bergunung-gunung dan berlembab-lembab seperti di
Bumi, la juga melihat noktah pada permukaan Matahari.

Kedua, ia melihat ada empat “planet" kecil, yang seka­
rang disebut bulan, mengitari Jupiter. Pengamatan ini adalah
bukti telak bahwa tidak semua benda langit mengitari Bumi.

Ketiga, ia melibat fasa-fasa Venus sebagaimana Bulan.
Bentuk Venus kelihatan berubah antara sabit sampai pur­
nama secara teratur. Hal terakhir itu hanya dapat dimengerti
dengan membandingkan sistem geosentris dalam gambar 3.3.
Orbit Venus digambarkan berada di dalam orbit Matahari.
Dalam sistem geosentris Venus juga dapat memperlihatkan
fasu, tapi tidak mungkin Venus berada dalam keadaan
“purnama" bila dekat dengan Matahari. Sebaliknya, dalain
sistem heliosentris hal itu bisa terjadi.

Sebelumnya sudah ada yang meramalkan bahwa sean­
dainya Copernicus benar, maka selama mengelilingi Mata­
hari Venus harus juga momporlihatkan fasa-fasa tertentu
kepada pengamat di Bumi. Tapi tanpa toropong hal itu tidak
akan terlihat.

Keempat, apabila ia mengamati bintang melalui tero­
pong, ternyata bintang itu tidak lebih besar, melainkan tetap
berupa bintik kecil. Ini menunjukkan bahwa bintang-bintang
momang jauh sekali dari Bumi. Juga Bimasakti (disebut juga
Milky Way atau Galur Susu) terlihat dengan teropong bukan
sobagai bontangan kabut malar, molainkan ribuan bintang
yang belum pernah dilihat dengan mata manusia.

Hasil pengamatan ini cenderung menyingkirkan Bumi
dan manusia dari pusat alam-semesta. Sulit diingkari lagi,

46 r e v o lu s i f is ik a : d a r i a l a m g a ib ke a l a m n y a t a

penemuan Galileo membangkitkan pertanyaan yang mere­
sahkan: apakah masih alam-somosta memang diciptakan
khusus untuk manusia, padahal jelas-jelas sebegitu bosar?
Kemungkinan inilah yang membingungkan orang-orang se­
perti John Donne.

Dari pengamatan kualitatif ke kuantitatif

Penemuan Galileo dengan teropong masih bersifat kualitatif.
Meskipun laporannya semakin mengukuhkan teori holio-
sontris, ia masih menyumbang hal yang lobih berharga lagi.
Tanpa pengukuran kuantitatif ilmu belum monjadi ilmu
modern. Sumbangan besar Galileo adalah merintis hubungan
kuantitatif ilmu mekanika di Bumi dengan astronomi di
langit. Karena bab ini membatasi diri pada astronomi, maka
sumbangan Galileo dalam bidang mekanika akan dibeberkan
secara singkat.

Pada masa tuanya, Galileo menulis ikhwnl mekanika hal-
hal yang sangat sederhana, mulai batu jatuh sampai bandul
berayun. Ia menyadari bahwa untuk bisa maju, mekanika
harus memisahkan faktor-faktor yang dapat diukur secara
kuantitatif, seperti kecepatan, percepatan, waktu, dan jarak,
la mewariskan persamaan-persamaan paling mendasar untuk
dinamika.2 Ia mulai membedakan massa sebagai hal yang
pokok, dan mendekati pengertian inersia yang dalam bentuk
mutakhir dirumuskan oloh Issac Newton.

Cara kerja Galileo sudah modern. Ia tahu bagaimana
menemukan problem, dan menguraikan serta menyelesai-
kannya dongan cara paling sederhana dan tolak. Ialah yang
pertamakali menyapa kembali para insinyur, kelompok yang
kenyang asam-garam persoalan praktis tapi tidak tahu mate­
matika. Sampai masa Galileo pun cendekiawan masih men­
cemooh para tukang yang tangannya dekil dan pikirannya
tumpul.

Masih dalam rangka astronomi yang bertumpu pada
Bumi, ia berhasil memadamkan perdebatan yang paling

2Persamaan itu adalah: s - vt, s berban ding lurus dengan t*, dan a

berbanding lurus den gan t.

OARI PUSAT SEMESTA KE ANGGOTA TATA SURYA 47

sengit, yakni perihal bergerak tidaknya Bumi. Dalam pan­
dangan lama, seandainya Bumi betul-betul borgerak. semes­
tinya kota dan benteng sontak roboh ketika Bumi tergoncang.
Bumi yang bergerak, menurut pibak ini, ibarat kapal berlayar
cepat. Sebongkah batu yang dijatuhkan dari puncak tiang
layar akan jatuh ko laut di belakang kapal karena sewaktu
batu meluncur kapal sudah bergerak ke depan. Oleh karena
itu seandainya Bumi berputar dengan kecepatan 1.500 kilo-
meter per jam. mestinya sebongkah batu yang dijatuhkan dari
menara akan jatuh jauh dari kaki menara. Karena dalam
praktek batu jatuh di kaki menara, maka disimpulkan bahwa
Bumi tidak berputar. Cara berpikir seperti ini ada baiknya
juga. Setidaknya orang sudah menyadari bahwa gerak astro­
nomis harus berhubungan dengan pengamatan lokal. Tapi
apakah Anda menemukan sesat pikir dalam penalaran itu?
Andaikata Anda Galileo, bagaimana Anda menangkisnya?

Dalam buku Dialogue on the Two Chief World Systems
(Dialog tentang Dua System Utama Dunia) yang terbit pada
1632, Galileo menegaskan bahwa batu jatuh tepat di kaki
tiang karena sudah mengandung gerakan ke depan secepat
rotasi Bumi. Dongan demikian ia sudah mulai menunjukkan
pemahaman inersia.

Ada kisah porcobaan Galileo monjatuhkan batu dari
menara miring Pisa. Lucunya, kemungkinan besar ia sendiri
tidak pernah melakukannya sendiri. Ia agaknya belum bebas
samasekali dari metode kuno, berbicara tanpa melakukannya
sendiri.

Kesimpulan

Dalam bab ini kita telah melihat dampak revolusi
Copernicus. Pada hakekatnya usulan Copernicus ilmiah
semata, dan tidak dimaksud untuk menantang pandangan
orang awam terhadap alam-semesta. Cara ini menunjukkan
ciri spesialisasi zaman modern. Seorang ahli dapat berkutat
dalam bidangnya sondiri tanpa memikirkan implikasi peker­
jaannya torhadap bidang lain. Tapi setelah Galiloo mong-
umumkan hasil pongamatannya lewat teropong, orang awam
mulai tertarik pada porkombangan baru ini.

48 REVOLUSI eisika: dari alam gaib ke alam nyata

Alam-semesta Aristotelian, yang telah bertahan ratusan
tahun, longsor dalam tempo kurang dari seabad. Bumi bukan
lagi pusat jagat buana, melainkan sejajar dengan benda langit
lain yang mengedari Matahari, bahkan bagian dari tata surya.
Tidak ada lagi bola kristal halus bulat. Tidak ada lagi gerakan
bulat sempurna bonda langit. Tidak ada lagi “kesempurnaan”
seperti dalam bayangan Aristoteles.

Perubahan itu mengesankan alam-semesta telah kehi­
langan arti estetis maupun religius. Perkembangan ini juga
merongrong wibawa para astrolog—dan pada masa itu juga
hampir semua astronom, kecuali Copernicus. Tapi pihak
yang paling terpukul gelombang revolusi Copernicus adalah
Gereja. Mula-mula gelombang menghempaskan tafsir hara*
fiah Protestan lalu sampai ke Katolik.

Kendati demikian, sebagian perumus kosmologi baru
masih merindukan keindahan. Di sini kita melihat pongaruh
Plato, yang juga mengutamakan keindahan dan hal-hal lain
yang tak kasat mata. Sebaliknya, ada juga yang ingin melihat
alam-semesta sebagai gerak mekanik yang bisa dijabarkan
secara matematis.

Copernicus masih mengandalkan bola-bola model geosentris.
Brahe mengumpulkan data pengamatan yang teliti sehingga
memberi jalan bagi Kepler untuk mengemukakan lintasan
planet borbontuk olips. Galiloo monyumbang hasil peng­
amatan lapangan, bukan data matematik seperti Koplor.
Karena itulah Galileo dapat dianggap sebagai pemicu perten­
tangan dengan agamawan. Dirumuskan lain, pertentangan
dengan agamawan disulut oleh Copernicus, menyala di
tangan Brahe, berapi-api di tangan Kepler, dan berkobar-
kobar di tangan Galileo.

Dalam bab berikutnya kita akan membahas pertentangan
lain yang juga dikobarkan oleh Galileo. Kali ini dipaparkan
bagaimana Galiloo monantang gagasan Aristoteles tontang
gaya.

5

Galileo Menantang Aristoteles

Dalam novel Jules Verne berjudul F ro m
th e E a rth t o th e M o o n (Dari Bumi ke
Bulan) yang terbit pada 1865, ada gam­
baran bagus mengenai kelembaman
(inersia). Verne melukiskan perjalanan
ke ruang angkasa dengan wahana anta­
riksa. Ketika penumpang membuang
sampah, ternyata Umbangnya tetap
melayang di samping pesawat meskipun
tidak didorong oleh gaya.

so REVOLUSI fisika: dari alam gaib k£ a l a m nvata

Adegan ini mencerminkan prinsip dasar mekanika. Bila
dirumuskan, prinsip kelembaman mongatakan bahwa semba­
rang benda akan tetap diam, atau bergerak dengan kecepatan
totap selama tidak ada gaya yang bokorja padanya.

Sampai sekarang pun masih banyak orang yang belum
memahami kelembaman. Ujilah mereka dongan pertanyaan
ini: ‘‘gaya-gaya apa saja yang bekerja pada sebiji matauang
yang saya lempar ke atas?”. Seandainya menjawab ada seutas
gaya yang mengarah ke atas, maka orang itu belum mema­
hami kelembaman. Bagi orang yang sudah memahaminya,
kiranya sulit membayangkan dunia tanpa pengertian kelem­
baman. Perahu akan meluncur terus tanpa kerja gaya terha­
dapnya. Semua itu adalah akibat kelembaman dan topik ini
baru dirumuskan dengan jernih pada pertengahan abad ke-
17. Setelah rumusan ini jernih, longsorlah argumen Aristote­
les yang sudah bertahan kira-kira 2.000 tahun.

Gugurnya argumen Aristoteles adalah hasil proses per­
gulatan selama 400 tahun yang disulut oleh pemikir Prancis
abad ke-13, dilanjutkan oleh Galileo, dan akhirnya sampai
pada perumusan terakhir oleh Ren6 Descartes dan Christiaan
Huygens.

Bab ini mungkin satu-satunya bab di buku ini yang kikir
rumus. Rumus-rumus yang dilukiskan di sini hanya yang
menyangkut fisika yang paling mendasar, yaitu mekanika
dasar. Tapi pembaca yang samasekali tidak pernah belajar
mekanika dasar pun tidak perlu buru-buru menutup buku
ini. Bab ini terutama mengajak Anda memahami pergulatan
gagasan dibalik rumus itu.

Gerak menurut Aristoteles

Aristotolos memerikan gerakan dalam beberapa jonis, kontras
dengan pengertian sekarang yang monegaskan semua gerakan
pada hakekatnya sama saja. Aristoteles menegaskan bahwa
setiap benda memiliki watak yang khas tergantung unsur
penyusunnya, apakah udara, api, air, atau tanah. Jikalau
berwatak udara dan api, arah gerakan seharusnya naik.
Jikalau borwatak air dan tanah, arahnya ko bawah. Gerakan
yang wajar atau alamiah ini tidak ada hubungannya sama-

GALILEO MENANTANG AfllSTOTELES SI

sekali dengan faktor-faktor di luar benda itu sendiri.

Misalnya gravitasi, yang bagi kita dapat menyatakan
segala macam gerakan, entah naik atau turun, tidak dising­
gung dalam sistem Aristoteles. Di atas Bumi atau di bawah
bola Bulan, gerakan alami adalah gerak lurus.

Selain gerakan alami naik atau turun, ada sejenis gerakan
lain yang disebut gerakan paksa atau gerakan keras. Gerakan
ini disebabkan oleh seutas gaya dari luar, yang memaksa
benda itu melawan gerakan alaminya. Sebongkah batu yang
dilempar ke atas adalah gerakan keras. Menurut Aristoteles,
gerakan keras tidak akan diteruskan oleh benda kecuali bila
masih ada gaya paksa yang terus diberikan pada benda
tersebut. Oleh karena itu tidak ada gerakan tanpa adanya
gaya langsung. Pernyataan ini bertolakbelakang dengan pe­
ngertian gerak sekarang.

Aristoteles menegaskan bahwa gerakan akan bertambah
cepat bila gaya bertambah besar. Secara matematis, dikatakan
bahwa gaya berbanding lurus dongan kocopatan, atau F ~ v.
Rumusan ini dapat menerangkan gerakan benda-benda di
sekitar kita yang sedang dibayangkan oleh Aristoteles. Gero­
bak lembu akan melaju lebih cepat jika lembu menarik lebih
kuat.

Sekarang mari kita lihat bagaimana Aristoteles menjelas­
kan dua kasus berikut itu. Pertama, bagaimana menjelaskan
anak-panah yang sedang melesat? Jelas-jelas tidak terlihat
ada gaya yang bokorja terhadapnya padahal melanggar gerak­
an alaminya sendiri. Kedua, bagaimana menjelaskan jatuh­
nya sebongkah batu yang terlihat semakin lama bergorak
semakin cepat?

Aristoteles menjawab sebagai berikut. Pertama, meski­
pun sudah lepas dari busur, masih ada seutas gaya yang
bekerja langsung terhadap anak-panah. Sebagian besar peng­
ikut Aristoteles percaya bahwa setelah lepas dari busur,
anak-panah diporcopat torus selama waktu yang singkat, baru
mulai melambat. Pengertian ini keliru namun masih lazim
ditemui pada masa kini.

Sebetulnya, istilah "gaya”belum dipakai pada masa itu.
Apa yang kita kenal sebagai gaya sekarang ini bersumbor dari
udara, menurut Aristoteles. Sementara anak-panah itu me-

S2 REVOLUSI fisika: d a r i a l a m g a ib ke a l a m nvata

losat, udara "lari”dari depan anak-panah dan mengisi ke­
kosongan di belakang panah untuk menghindari terciptanya
hampa-udara (gambar 5.1). Setelah tiba dibelakang, udara
mendesak anak-panah ke depan. Tapi pada saat yang sama
udara juga merintangi gerakan. Dongan demikian, gaya F
yang mondorong anak-panah diimbangi oloh gaya porintang
R. Gaya dorong berbanding lurus dengan kecepatan, se­
dangkan gaya perintang berbanding terbalik, Bila dirumus­
kan, argumen Aristoteles menjadi: v ~ F/R.

Gambar 5.1
Udara dari depan yang
mengalir ke belakang,
mendorong anak panah ke

depan.

Dalam rumusan ini jolas bahwa kotika R sobosar nol,
maka v tak terhingga besarnya. Tapi v yang tak torhingga itu
kemudian dianggap mustahil. Oleh karena itu, R tidak mung­
kin sama dengan nol. Pada ujung-ujungnya hal ini diajukan
sebagai bukti bahwa hampa udara tidak ada. "Uahkan dewa-
dewa pun tidak mampu membuat hampa udara”, demikian
pendapat para pengikut Aristoteles.

Kedua, dalam kasus batu yang jatuh semakin cepat,
Aristoteles menjawab bahwa batu, yang berasal dari tanah,
merasa semakin gembira ketika semakin dekat dengan tanah.
Oloh karena itulah batu bergerak semakin bergegas.

Perhatikanlah bahwa di sini tidak disebut adanya gaya,
karena ini adalah gorak naik/turun, gerakan alami, bukan
gerakan keras.

Tapi banyak murid Aristoteles yang ingin membori
penjelasan lain. Ada yang membantah pendapat batu diper­
cepat terus, dan menegaskan bahwa batu mempunyai kece­
patan tetap. Kecepatan tidak ditentukan oleh rasa batin di
dalam batu, tapi oleh dua faktor fisik: kepadatan batu serta
kepadatan medium perintang (dalam hal ini udara). Mereka

GALILEO MENANTANG AfllSTOTELES S3

mengusulkan supaya kecepatan berbanding lurus dengan
kepadatan badan, dan berbanding terbalik dengan kepadatan
medium, yaitu:

v ~ (kepadatan badan)/(kepadatan medium)

Aristotoles memang menjelaskan dua kasus itu, tapi
jawabannya dikecam habis-habisan oleh para ahli di Eropa
sekitar abad ko-14. Mereka menganggap jawaban Aristoteles
untuk dua kasus ini terlalu dipaksa atau bahkan ngawur.
Kecaman itu dongan sendirinya memperlihatkan bahwa pada
masa itu masyarakat di sana tidak lagi memandang dunia
melalui kacamata kuno. Begitulah, fisika zaman Yunani
memang lemah dalam hal pengamatan dan pengukuran. Bisa
jadi hal ini disebabkan perbodaan antara pandangan sekarang
dengan masa mereka hidup.

Orang Yunani masa itu belum menganggap alam-semesta
sebagai mekanisme, ibarat jam yang mengundang manusia
untuk membongkar dan menguraikannya. Bagi mereka, alam
hidup dan penuh dengan hal-hal yang tidak kasat mata.
Moroka masih setia pada sejenis animismo. Ingat batu Aris­
toteles yang merasa "gembira"? Tak heran bila mereka lebih
tertarik pada asal-usul berbagai gejala, penyebab yang paling
dalam, ketimbang menerangkan secara rinci. Bagi mereka
fisika adalah filsafat sekaligus agama.

Tapi menduga-duga musabab tanpa mengamatinya ada­
lah langkah yang kurang tepat. Selama manusia masih sibuk
di situ, ilmu tidak bakal berkembang. Kegagalan seperti
itulah yang justru paling banyak menghambat perkembangan
ilmu pada abad portongahan. Orang yang pada zaman itu
gigih menghapus spekulasi malah tidak dihiraukan oleh
rekan-rekannya, mereka tergolong minoritas.

Soal gerakan sebetulnya tidak memerlukan pengamatan
yang serba sulit. Lain dengan masalah astronomi yang sangat
tergantung pengamatan yang seksama, hampir setiap orang,
dengan alat-alat sederhana sekalipun, dapat mengamati batu
yang jatuh bebas, dan memperoleh hukum kinematika yang
bonar. Sejarawan Horbort Buttorfield mongibaratkan poma-
haman gerakan seperti mengangkat sebatang kayu. Orang

S4 r e v o lu s i f is ik a : d a r i a l a m g a ib ke a l a m nyata

zaman dulu mengangkat salah satu ujung dan tidak memecah­
kan masalahnya. Adapun orang modern, hanya dengan meng­
angkatnya ujung yang lain, memperoleh jawaban yang tepat.

Menyangkal Aristoteles atas nama Injil

Abad pertengahan bisa disebut sebagai zaman Kristen. Sete­
lah bangkit dari Zaman Kegelapan (sejak keruntuhan Keka­
isaran Koma sampai awal abad ke-10). identitas yang sengaja
mereka kenakan masa itu adalah identitas Kristen. Para
cendekiawan menghadapi kesulitan besar pada zaman ini
karena warisan intelektualnya berasal dari peradaban yang
bukan Kristen.

Orang Yunani kuno memang mengagumkan, tapi mereka
tidak percaya pada Allah. Sepanjang abad ke-13 Gereja
Katolik mengeluarkan berbagai pernyataan yang mengecam
ajaran Aristoteles. Setelah 1277, siapa pun yang terbukti
menganut salah satu dari 219 pokok ajaran Aristotolos dapat
dipecat dari Gereja. Ajaran Aristoteles di antaranya adalah
anggapan tentang jiwa manusia yang fana, kosmos yang
terhingga, apa yang kira-kira dapat ditemukan di luar batas
kosmos ini, serta koteraturan di dalam alam secara umum.

Teologi yang melatarbelakangi kecaman Gereja menekan­
kan kekuasaan dan kebebasan Allah monciptakan dunia
berlainan dari ajaran Aristoteles. Tidak ada yang dapat men-
ciptakan ruang hampa udara selain Allah, dan tidak ada yang
dapat menciptakan lebih dari satu alam-semesta selain Allah.
Ada ahli sejarah modern yang menilai pembangkangan terha­
dap Aristoteles ini sebagai langkah pertama dalam usaha
intelektual yang akhirnya melahirkan Revolusi Ilmu.

Pada masa itu muncul tiga nama penting: William dari
Ockham (kurang lebih 1280-1349), Joan Buridan (kurang
lebih 1300-1358), dan Nicole d ’Oresme (kurang lebih 1325-
1383). Ockham adalah seorang bruder Fransiskan yang mene­
kuni fisika di Oxford, Inggris, dan kemudian di Paris. Ide
teologinya kontroversial sehingga pada 1324 ia harus meng­
hadap Sri Paus untuk mempertanggungjawabkannya. Buri­
dan adalah murid Ockham di Paris. Ia seorang akademikus
tulen. Oresmo belajar pada Buridan. Ia masuk Gereja monjo-

GALILEO MENANTANG AfllSTOTELES ss

lang akhir hidupnya, dan juga menjadi penasihat Raja
Charles V. Pada masa itu spesialisasi ilmu pengetahuan
belum jadi kelaziman.

Silet Ockham menyayat Aristoteles

Ockham pernah dipuji oleh salah seorang sejarawan sebagai
“peletak batu pertama ilmu modern". Ia mengemukakan
sebentuk filsafat yang sekarang kita namakan empirisisme.
Inti gagasannya adalah manusia hanya boleh percaya pada
hal yang sifatnya jasmani seandainya dapat dibuktikan lewat
pengalaman nyata.

Salah satu unsur filsafat Ockham ini adalah "asas kese­
derhanaan" [Ockham's Razor). Menurut asas kesederhanaan
Ockham, kita harus memilih penjelasan yang paling seder­
hana. Setiap penjelasan bertumpu pada sejumlah asumsi atau
pengandaian. Ada pun penjelasan yang memenuhi tolok-
ukur asas kesederhanaan adalah penjelasan yang paling kikir
asumsinya. Menurut Ockham sis-sialah penjelasan yang
disusun berdasarkan asumsi yang berlebihan.

Ketika gagasan Ockham muncul, cengkeraman Aristote­
les atas fisika masih kuat, tapi semakin lama ketahuan bahwa
asumsi yang mendasarinya tidak terbukti. Oleh karena itu
bisa dianggap silet Ockham memang sedang menyayat Aris­
toteles.

Filsafat Ockham banyak dipuji di Eropa pada abad ko-15.
Ada yang menggunakannya agar Aristoteles yang kafir dapat
dilemahkan. Tapi ada juga yang memakainya untuk mongom-
bangkan sebentuk ilmu yang baru, di antaranya Uuridan dan
Orosmo.

Impetus dan Buridan

Aristoteles menganggap bahwa benda tidak dapat bergerak
kecuali bila ada penggerak yang mendorongnya secara lang­
sung. Anggapan ini sudah dikritik oleh boberapa cendokia-
wan Arab pada abad ko-12 dan ko-13, misalnya Avicenna
(atau Abu Ali al-Husayn ibn Abd Allah ibn Sina, 980-1037)
dan Abui Barakat.

sc REVOLUSI fisika: o ar i a l a m GAIB K£ a l a m nyata

Mereka mengatakan bahwa bukan udara yang mendo­
rong panah, melainkan semacam “zat gaya”yang berada di
dalam benda itu sendiri. "Zat" itu dianggap berasal dari
penggerak (dalam hal ini busur) sewaktu masih bersentuhan
dengan benda itu. Gagasan zat itu diangkat kembali oleh
Buridan dan dinamakannya impetus. Bagi Buridan, impetus
adalah semacam "semangat" di dalam bonda, yang berhu­
bungan dengan gerak benda itu sendiri. Dirumuskan lain,
jumlah impetus dalam suatu benda ditentukan oleh laju
benda itu dan kandungan bahannya.

Gagasan impetus merupakan kemajuan bosar dalam
usaha melawan animisme yang menyatu dalam ide Aristote­
les. Aristoteles mengatakan bahwa harus ada sebentuk peng­
gerak langsung, meskipun sering tidak kelihatan. Penggerak
itu bisa saja jin. Ia juga mengandaikan jiwa dalam bonda
cenderung membawa benda itu ke tempat asalnya.

Buridan berpikir sebaliknya. Ia menegaskan bahwa ada
penjelasan yang menyeluruh dan mekanis semata untuk
gorak. Sobutir batu yang dilompar tidak lagi mendapat gaya
dari luar. Gerakannya hanya ditentukan oleh impetus yang
"tersimpan”di dalamnya. Bahkan ia membayangkan bagai­
mana benda-benda langit, karena mulus dan tanpa gesekan,
bisa borgorak terus tanpa memorlukan "dew a”untuk bor-
gerak.

Sistem Buridan ini jauh dari pengaruh "dewa-dewa”
yang memutar bola-bola di langit sistem Aristoteles. Buridan
monyatakan bahwa mungkin Allah hanya membuat satu
"jam”, setolah pegas diputar maka "jam" itu dibiarkan borja-
lan sendiri.

Ide impetus dapat menerangkan gejala yang tidak pernah
dipahami oleh pengikut Aristoteles. Sebutir batu dapat me­
laju lebih cepat daripada benda ringan, katakanlah seikat
bulu burung. Menurut Aristoteles keduanya harus mendapat
gaya dorong (dari udara) sama kuat. Tapi menurut teori
impotus, batu itu juga dapat monyorap lebih banyak impotus
karena mongandung lebih banyak bahan. Pada kecepatan
tertentu, "massa”dipakai sebagai ukuran impetus.

Penganut impetus juga siap dengan penjelasan alternatif
untuk kasus batu yang jatuh. Aristoteles percaya batu jatuh

GALILEO MEMANTANG AfllSTOTELES S7

semakin copat karena semakin girang mendekati Ibu Pertiwi.
Pendapat lain mengatakan bahwa batu itu tidak dipercepat,
melainkan mencapai kecepatan tetap. Galileo, yang hidup
pada ahad ke-17, pernah percaya pada ide ini, tapi belakang­
an mengubah keyakinannya. Leonardo da Vinci menyatakan
bahwa batu jatuh semakin cepat karena semakin menjauhi
titik keberangkatan. Ada juga pengikut Aristoteles yang per­
caya bahwa penyebabnya adalah udara di bawah batu itu
semakin berkurang sehingga hambatan udara juga berkurang,
atau sebaliknya, semakin banyak udara di atas, maka batu
akan merasakan gaya dorong dari atas yang semakin mening­
kat. Karena menurut Aristotolos F ~ v maka batu somakin
melaju dongan cepat. Penganut impetus menyatakan bahwa
batu itu semakin lama semakin banyak mendapat "gravitasi",
sohingga semakin "berat". Oleh karena itu impetusnya ber­
tambah besar dan jatuh semakin cepat.

Orosmo mengakui bahwa berat alamiah benda tidak
berubah selama pengamatan karena ini adalah gejala yang
tidak teramati. Para penganut teori impetus menyangkal
pendapat bahwa udara dapat mendorong benda. Mereka
molodok para pongikut Aristotolos yang menggambarkan
dwifungsi udara—pendorong sekaligus perintang.

Sekalipun udara dapat mendorong sebatang anak-panah,
bantah mereka, seandainya seutas tali diikat pada ekornya,
anak-panah pasti akan terlihat terdorong ke depan dan tetap
melayang.

Kita jangan memukul-rata impetus dan pengertian fisika
modern. Masih ada beberapa perbedaan penting di antara
keduanya. Pertama, impetus belum dirumuskan secara mate­
matis—hanya sebatas "ada hubungan" dengan laju dan ba­
nyaknya bahan.1 Konsep impetus tidak mampu moramalkan,
misalnya, lokasi jatuhnya peluru meriam padahal penting
bagi pasukan artileri.

Kodua, impetus tidak dipahami sebagai ukuran gorak,
melainkan sebagai penyebab. Impetus dianggap mengatasi
rintangan gerakan. Ketiga, impetus memang dianggap tidak

' Di kemudian hari, pengertian impetus yang kualitatif ini bercabang
menjadi dua: mv (momentum) dan l-jmv' (energi kinetik).

S8 REVOLUSI fisika: DARI a l a m g a ib ke a l a m nyata

kokal. Buridan mengibaratkannya sebagai panas sebatang
besi yang baru saja diangkat dari api tempa, semakin lama
semakin berkurang panasnya.

Setali tiga uang, sebatang anak-panah atau peluru meri­
am semakin lama semakin susut impetusnya sehingga akhir­
nya jatuh kembali (lihat gambar 5.2). Kesulitan ini terutama
disebabkan karena para pemikir impetus pun masih tetap
memisahkan gerak alami dari gorak-paksa. Oleh karena itu,
bagian awal lintasan peluru di gambar 5.2 berbeda jauh
dengan bagian kedua.

Menurut penganut impetus, keduanya tidak ditentukan
oleh hukum fisika yang sama. Perhatikan juga bahwa bagian
pertama itu lurus, sesuai ajaran Aristoteles bahwa setiap
gerakan di Bumi adalah gerak lurus. Kita sekarang tahu
bahwa lintasan lurus seperti itu tidak pernah terlihat di alam.
Bagian kedua contoh ini sudah menunjukkan sobontuk ke­
sadaran baru.

Walaupun ketangguhan yang dicapai oloh teori impotus
mengesankan, hal ini baru langkah pertama, bibit pemikiran
kualitatif. Impetus belum dapat menyelesaikan persoalan

Gambar 5.2
Gambar balistik diambil
dari buku teks terbitan

1606.

GALILEO MENANTANG AfllSTOTELES S9

lintasan yang dilalui oleh peluru meriam (coba perhatikan
betapa soring ilmu menjurus ko soal perang). Juga belum ada
rumusan yang jelas dan kuantitatif mengenai kecepatan,
percepatan, serta gaya. Persoalan paling berat dalam pengem­
bangan analisa tentang benda jatuh adalah masih adanya
pemikiran yang samar-samar mengenai poubah yang mesti
dipertimbangkan. Bisa jadi kesulitan yang sama masih soring
merudung pelajar dan mahasiswa sekarang.

Pilihan paling sering jatuh pada kecepatan sebagai fungsi
jarak tempuh, bukannya fungsi waktu. Dalam pikiran orang,
mungkin kecepatan sebutir batu jatuh bila dibandingkan
dengan jarak tempuh, akan bertambah besar secara linier,
sesuai dengan rumusan v ~ s. Dalam praktik, ketika per­
cepatan tetap, tidak terjadi demikian melainkan v2 ~ s.
I.eonardo da Vinci, arsitok-ilmuwan-soniman termasyhur
Italia (1452-1519), masih belum menguasai masalah poubah
ini.

Pada satu sisi ia menyatakan bahwa kecepatan mombesar
seturut waktu (v - t), dan ia benar. Sebaliknya, masih dalam
buku catatan yang sama, ia menulis bahwa kecepatan mem­
besar seturut jarak (i' ~ s), dan dia keliru. Pengertian
kecepatan sesaat pun waktu itu belum ada, dan itu juga
menyulitkan. Orosmo menemukan sebentuk kaidah grafik
yang banyak menolong mengatasi persoalan ini (gambar 5.3).
Dalam grafik itu, sumbu vertikal mewakili kecepatan, se­
dangkan sumbu horizontal mewakili waktu. Oleh karona itu
Oresme merupakan perkecualian dalam bahasan ini karena
orang lain masih menganggap jarak, bukannya waktu, sebagai
peubah yang paling penting.

BC merupakan gerakan yang makin melambat, mulai
dari v. sedang PQ adalah gerakan tetap dengan kecepatan v/2.
Ia menyatakan bahwa, kalau luas ABG = luas APQC, maka
"banyaknya gorakan" akan sama untuk kedua kasus. Socara
intuitif, ia menyamakan “banyaknya gerakan”dongan jarak
tempuh. Ide ini benar, tapi sayang ia gagal mengujinya.
Setidaknya grafik Oresme hampir menuju ko arah matematika.

Sekitar 300 tahun kemudian Galileo berhasil menemu­
kan persamaan-persamaan kinematika yang tepat. Untuk
mencapainya, ia memakai grafik Orosmo. Sebelumnya ia

60 r e v o lu s i fis ik a : Da r i a l a m g a ib K£ a l a m nvata

lebih dahulu harus menggugurkan pendapatnya sendiri bah­
wa sebaiknya kecepatan ditentukan sebagai fungsi jarak,
bukannya waktu. Uari Buridan dan Oresme sampai Galileo
kita menemukan kesamaan, tapi kesamaan itu masih samar-
samar dan tidak banyak ilmuwan yang tertarik pada perhi­
tungan yang agak abstrak ini. Pengikut aliran ini hanya
beberapa gelintir saja.

Gambar 5.3
Grafik Oresme.

Galileo, bapak mekanika modern

Galileo soring dijuluki “pencetus" mekanika modem. Tapi
sekarang kita tahu bahwa ternyata banyak “penemuan" Ga­
lileo yang tidak muncul dari benaknya sendiri, seperti teori
impetus Oresme. Galileo bukan hanya memperbaiki teori
impetus untuk menghasilkan mekanika, tapi banyak menda­
pat ilham darinya.

Kita dapat merunut gagasan mekanika Galileo dari
tulisannya yang membahas topik ini pada 1592. Dalam
tulisan itu ia masih banyak memakai impetus sebagai penye­
bab proyektil bergerak.

Dalam buku berjudul Discourses Concerning Two New
Sciences (Wacana Matematis Dua Ilmu Baru) ia tidak lagi
mencari-cari penyebab gerakan (yaitu dinamika), tapi sudah
cukup puas dengan menerangkan gejalanya (kinematika).
Buku ini diterbitkan pada Ifi.'lH, tapi konsepnya sudah
merupa pada 1609.

GALILEO MENANTANG AfllSTOTELES 61

Sikap Galileo adalah pembatasan yang tepat. Buku itu
disambut hangat oleh para ilmuwan abad ke-17, karena
menjadi dasar mekanika abad itu. Berangkat dari tulisan ini
terjulurlah benang merah langsung ke mekanika Newton.

Misteri percepatan

Masalah utama yang dihadapi oleh Galileo adalah meru­ Gambar 5.4
muskan percepatan. Sebetulnya perkara ini sudah dipecah­ Sketsa Bulan karya Galileo.
kan 50 tahun sebelumnya oleh seorang pastor Spanyol
bernama Dominico Soto. Soto melihat dengan jelas bahwa
untuk gerakan yang dipercepat beraturan, kecepatan akan
berbanding lurus dengan waktu. Dirumuskan lain, perce­
patan adalah perubahan kecepatan terhadap waktu. Namun
Soto pun tidak dapat membuktikannya.

Dalam buku yang membahas gerakan, Galileo masih
belum memahami definisi percepatan, karena menyatakan

bahwa bila sebutir batu jatuh bebas maka kecepatannya tetap
dengan nilai yang hanya ditentukan oleh berat alami benda
saja. Pada 1604 ia berhasil menurunkan rumus yang tepat
untuk hubungan antara jarak dan waktu dalam kasus ini. Ia
menurunkannya dari grafik Oresme, dengan hasil
Galileo akhirnya dapat melengkapi persamaan tersebut men­
jadi: s = %at*. Kendati demikian ia membuat kekeliruan fatal
dalam asumsi yang mendasari rumusan ini.

Ia mengatakan bahwa kecepatan sesaat berbanding lurus
dengan jarak tempuh—suatu hal yang samasokali tidak ada
artinya. Ia menyatakan bahwa sumbu horizontal grafik
Oresme (gambar 5.3) adalah jarak. Hasil yang diperoleh tepat
justru karena Galileo melanggar asumsinya sendiri—yaitu
dengan menganggap sumbu itu adalah waktu.

Baru pada 1609 Galileo menyadari "adanya hubungan
erat antara kecepatan dan waktu”. Pada waktu itu ia berani
menurunkan sejumlah persamaan kinematika sekalipun ada
beberapa kelemahan pada bagian konsep.

Dengan pertolongan persamaan ini akhirnya ia berhasil
menyelesaikan soal lintasan sebongkah peluru meriam. Se­
belum itu, teman-teman tentaranya sudah tabu dari penga­
laman bahwa jangkauan sebongkah peluru akan mencapai

62 REVOLUSI fis ik a : DARI a l a m g a ib ke a l a m nvata

nilai maksimum pada sudut laras 45 . Tapi sokarang Galileo
dapat memahami alasannya secara matematis, dan ia merasa
bangga.

Kelembaman sama dengan keengganan?

Galileo juga menurunkan pengertian percepatan sebagai laju
perubahan kecepatan terhadap waktu. Tapi ia belum menga­
itkan percepatan dengan gaya. Oleh karena itu Galileo tidak
mencapai pengertian lengkap untuk kelembaman. Walaupun
demikian, sekurangnya ia sudah menurunkan pengertian
yang cukup berguna.

Pada 1592, ia melihat bahwa ketika menggelinding di
permukaan yang licin dan rata, bola tidak akan berhenti,
karena tidak mengalami gosokan (gambar 5.5). Dongan kata
lain, kelembaman benda kekal ketika tidak ada gaya porin-
tang.

Kesimpulan ini bortolak-bolakang dengan pendapat peng­
ikut Aristotolos. Mereka menyatakan bahwa kecepatan akan
bertambah ketika tidak ada gaya perintang. Meskipun tidak
pernah memberi sepatah definisi kelembaman, ia mengata­
kan bahwa benda memiliki “keengganan”terhadap perubah­
an, baik dalam posisi diam maupun sedang bergerak. Keong-
ganan itu (yaitu kolombaman) dipahaminya sebagai hasil
perkalian antara berat dan kecepatan. Kelihatan bahwa ke­
lembaman adalah turunan impetus.

Galileo suka meledek Aristoteles. Satu-satunya penulis
kuno yang ia hormati hanya Arkhimedes. Perbedaan antara
gerak alami dan gerak-paksa, misalnya, tidak ada artinya bagi
Galileo. Contoh tentang bola yang menggelinding tadi sudah
menegaskan bahwa hal itu bukan gerak alami, bukan juga
gerak-paksa. Lagi pula, bagi Galileo, gravitasi sudah menjadi

Gambar 5.5
Jika dilepaskan dari A, bola

akan naik lagi ke B -b u kti
bahwa kelembaman kekal

seandainya tidak ada
gesekan. Antara P dan Q
tidak ada gaya, sehingga

kecepatannya tetap.

GALILEO MENANTANG AfllSTOTELES 63

gaya biasa, tanpa mempersoalkan sifatnya—barangkali ia
menduga gravitasi sejenis kemagnetan. Tidak ada lagi perbe­
daan pokok antara gerak naik/turun dan gerak lainnya. Udara
tidak lagi penting bagi gerak. Ruang, bagi Galileo, dianggap
kosong, dan hanya dipahami secara goomotris saja.

Memang jauh lebih abstrak untuk memperlakukan dunia
seolah-olah tidak punya penyebab gerakan, di mana gosokan
dan perintang yang lain tidak lagi relevan. Justru karena
sistemnya dianggap terlalu abstrak, filsuf Prancis Ren6
Descartes kelok mengecam Galileo. Walaupun demikian,
Descartes sendiri tidak cukup sukses di bidang fisika.

Kesimpulan

Problem kelembaman tidak berhenti sampai di Galileo.
Descartes menyumbang gagasan dongan mengatakan bahwa
benda cenderung bergerak terus mengikuti garis lurus. Ia
menganggap gerak melingkar memerlukan gaya untuk di­
teruskan.

Pada 1644 Descartes menyinggung kemungkinan bahwa
Allah mengekalkan sejumlah gerakan yang tetap sama dalam
seluruh materi. Agaknya ia masih meraba-raba pengertian
kekekalan momentum. Menurut Descartes, momentum tetap
merupakan hasil perkalian massa dongan kocopatan—tergo­
long skalar—padahal arah juga harus dipertimbangkan.

Persoalan ini mendapat porhatian dari Royal Society,
London. Mereka menugaskan tiga ilmuwan untuk menyele­
saikannya, masing-masing Christiaan Huygens (yang ter­
masyhur karena teori gelombangnya). Sir Christopher Wren
(1632*1723) seorang arsitek, dan matematikawan John Wallis.

Mereka menegaskan bahwa kecepatan adalah vektor
sehingga momentum juga harus dianggap vektor mv. Baru
setelah itu ada saran untuk membuat satu rumusan lagi
tontang porkalian massa dongan kocopatan, yaitu m.v■*, yang
hasilnya adalah skalar, yang disebut vis viva (“gaya yang
hidup"). Besaran itu, yang diperikan dalam bentuk 'A/n.v’,
sekarang dikenal sebagai energi kinetik.

Kita telah menelusuri perkembangan pemahaman gerak.
Aristoteles mula-mula menetapkan kerangka pemikiran.

64 REVOLUSI fis ik a : d ari a l a m g a ib ke a l a m nyata

Konsep gerak Aristoteles kedodoran karena terlalu mencari-
cari penyebab ketimbang menjelaskan gejalanya.

Pada Abad Pertengahan ide Aristoteles mulai digoyah­
kan oleh beberapa ilmuwan di antaranya Oresme dan Buri-
dan. Sejak inilah dunia fisika berubah menjadi mekanisme
yang mirip jam. Dengan diperkenalkannya konsep impetus,
kita tidak perlu lagi mencari gaya yang bekerja secara
langsung pada benda yang molayang. Tapi toori impetus,
yang membuka jalan bagi Galileo pada pengertian kelem­
baman, tidak lebih daripada spekulasi dan tidak menyodor­
kan hasil eksperimen yang baru.

Kelembaman ada kaitan dengan percepatan. Pada mu­
lanya, impetus adalah pengertian dinamika, sementar aspek
kinematika, yang semestinya dijadikan dasar untuk di­
namika, belum mengalami penyempurnaan. Pengertian per­
cepatan sebagai perubahan kecepatan dongan waktu memang
belum jelas pada masa itu karena orang cenderung berpikir
goometris. Itulah sebabnya mereka lebih banyak meng­
hubungkan kecepatan dengan jarak, bukan dengan waktu.
|uga kaidah kalkulus belum ada pada waktu itu. Sebuah
kaidah grafik sudah ditemukan secara teori oleh Oresme
pada abad ko-14, tapi untuk sekian lama tidak digunakan.

Setelah Galileo menyadari hubungan erat kecepatan dan
waktu, persamaan-persamaan kinematika segera dapat dite­
mukan. Tapi Galiloo belum mengaitkan keduanya dongan
pengertian gaya. Pada bab berikutnya akan dipaparkan upaya
Newton merumuskan buah-buah revolusi ilmiah dan meng­
ubah pandangan manusia dari alam-semesta statis menjadi
alam yang dinamis.

6

Semesta Dinamis Newton

Galileo telah merumuskan hubungan kece­
patan dengan waktu. Tapi ia belum bisa me­
ngaitkan hubungan itu dengan ide gaya yang
muncul sejak masa Yunani kuno. Pada bab ini
akan dipaparkan bagaimana Newton menyatu­
kan penemuan Galileo dengan konsep gaya
yang akhirnya mengubah cara manusia meman­
dang alam-semesta.

66 REVOLUSI FISIKA: DARI A U M GAIB K£ A U M NVATA

Hampir semua siswa SMU bisa menjelaskan bagaimana
planot-planot mengelilingi Matahari. Kira-kira penjelasan
mereka adalah sebagai borikut. Gaya sentripetal, yang monyo-
babkan gerak melingkar planet (atau persisnya lonjong),
berasal dari gaya gravitasi.' Rumusan gaya gravitasi juga
dapat menerangkan berbagai gerak lain, termasuk peredaran
Bulan terhadap Bumi, gerakan satelit, bulan Jupiter, dan
sebagainya. Kita juga bisa membayangkan jaringan tarik-
menarik gravitasi yang kompleks pada benda-benda di ruang
angkasa berdasarkan prinsip itu, misalnya tarik-menarik gra­
vitasi Jupitor dan Saturnus, yang torjadi kotika keduanya
mendekat.

Penjelasan bersahaja ini adalah adikarya Issac Newton
(1042 - 1727). Dialah peletak landasan fisika, yang masih
diberikan di SMU sampai buku ini terbit. Setelah Newton,
fisika memasuki babak baru, yaitu fisika modern. Sebelum
Nowton, belum pornah ada ponjolasan yang jernih mengenai
mekanisme gorakan di tata surya. Nowton berhasil menata
keping-keping penemuan yang berharga menjadi sebentuk
sistem yang terpadu. Dengan demikian Newton merupakan
puncak pergulatan intelektual yang sekarang dinamakan
Revolusi Ilmiah abad ke-17.

Dalam bab ini kita akan menelusuri tahap akhir metal'or-
mosa fisika Yunani kuno menjadi fisika klasik. Di hulu
proses berdiri sosok raksasa Aristoteles, sebagai wakil fisika
kuno, dan di hilir berdiri Newton, yang tak kalah meraksasa.
Di antara mereka, ada Copernicus, Galileo, Kepler, dan
Descartes—mereka bisa dianggap perantara yang ikut berjasa.

Kepler telah mewariskan tiga hukum lintasan planet
yang menjelaskan sisi kinematik tapi belum menjelaskan sisi
dinamikanya. Sampai masa itu belum jelas ponyobab planet
mengitari Matahari. Kepler dan cendekiawan lain sudah
berupaya menjelasan gejala ini. Tapi sampai era Newton, tak
satu pun jawaban memuaskan mereka. Walaupun demikian
sampai menjelang perumusan Newton, ada beberapa pene­
muan penting yang ikut membantu Nowton merumuskan
hukumnya yang termasyhur.

' Besarnya gaya gravitasi Itu diberikan oleh rumus F=G.ml.ml lr i , dl mana m,
dan m2adalah massa planet dan Matahari, dan r adalah Jarak di antara
pusatnya masing-masing.

SEMESTA DINAMIS NEWTON 67

Pesona magnet Gilbert

William Gilbert (1544-1603), seorang sarjana Inggris, mener­ Gambar 6.1
bitkan buku O f Magnets, Magnetic Bodies, and the Great William Gilbert.
Magnet o f the Earth (Ikhvval Magnet, Wujud Magnetik, dan
Maha Magnet Bumi) pada 1600. Buku ini berisi penelitian­

nya mengenai magnet.

Bagi kita, magnet batang adalah hal yang biasa, juga
untuk anak-anak di sekolah dasar. Tapi bagi Gilbert, magnet
adalah benda yang membangkitkan rasa takjub. Bagaimana
suatu benda mempengaruhi benda lain tanpa terlihat berhu­
bungan fisik?

Kelebihan uraian Gilbert adalah mementingkan percoba­
an untuk mengetahui ciri-ciri magnet. Dongan memakai
metode ini ia jelas sealiran dengan Kepler dan Galileo, orang-
orang yang juga tekun bekerja untuk mengetahui bagaimana
sesungguhnya alam-semesta bergerak. (Terus terang Galileo
sering melakukan percobaan hanya untuk meyakinkan orang
“goblok", bukannya menemukan kebenaran baru!)

Bagi para peneliti gerakan planet abad ke-17, magnet
sangat relevan dengan persoalan mereka, walaupun mungkin
janggal untuk masa kini. Moreka bortanya-tanya: mungkin­
kah Matahari mengeluarkan gaya magnet untuk menarik
planet supaya selalu terikat pada pusatnya; mungkinkah
kemagnetan Bumi dapat menjelaskan ikatan Bulan-Bumi?
Kekuatan magnet yang tidak kasat mata, membuatnya me­
nyimpan arti yang magis dan misterius. Ibarat kata, magnet
mengulurkan jari-jemari yang tak terlihat melalui ruang
kosong.

Terpengaruh oleh Gilbert. Kepler berspekulasi bahwa
Matahari memancarkan sejenis cairan magnetik yang tak
terlihat. Cairan itu. menurut Kepler, hanya dipancarkan
dalam bidang lintasan planet, mirip ruji-ruji roda sepeda.
Matahari dianggap berputar, maka jeruji itu pun ikut ber­
putar. Akibatnya, planet-planet terdorong mengikuti garis
melingkar, seperti bola yang didorong dongan sapu sehingga
bergerak melingkar.

Di tempat lain, Kepler membahas tarik-menarik di antara
dua benda angkasa. Kedua benda itu harus sejenis. Misalnya

68 REVOLUSI fis ik a: d a r i a l a m g a ib ke a l a m nyata

dua batu di Bumi yang melayang-layang di angkasa akan
saling menarik dengan kekuatan yang sebanding dengan
massa masing-masing batu. Kepler menduga bahwa Bulan
dan Bumi sejenis, sehingga saling menarik. Logika serupa
juga dipakai untuk menjelaskan gejala pasang-surut permu­
kaan laut. Tapi menurut Koplor, solain ada gaya yang tarik
menarik, ada juga gaya lain di antara Bulan dan Bumi yang
tolak menolak. Seandainya tidak ada gaya ini, kiranya Bulan
bakal jatuh ke Bumi. Antara dua benda yang tidak sejenis—
misalnya Bumi dan Matahari—tidak mungkin ada tarikan itu.
Dengan demikian, pemikiran Kepler ini tidak banyak berbeda
dongan pandangan Aristoteles mengenai batu yang jatuh ke
Bumi, yakni karena merasa gembira dapat bersatu dongan Ibu
Pertiwi.

Namun, jelas sudah bahwa sebelum Gilbert mombahas
magnet, sudah ada ide tentang pengaruh jarak-jauh, di mana
dua benda dapat saling menarik walaupun tidak bersentuhan
secara fisik. Gagasan ini kelak sangat borpengaruh pada
Newton.

Galileo memang mengamati angkasa dengan teropong
buatannya sendiri, namun sumbangannya yang terbesar bu­
kan kepada astronomi, melainkan mekanika. Ia sadar bahwa
alam dapat berbicara dalam "bahasa matematika". Ia tidak
tenang sampai dapat menurunkan persamaan-persamaan ma­
tematis untuk berbagai macam gerakan. Ia menyelidiki batu
yang jatuh bohas dan dilempar mengikuti lintasan parabolik.
Di kemudian hari Nowton mengembangkan penelitian ini
dan menorapkannya pada benda angkasa. Nowton juga yang
menambahkan pongortian gaya sebagai penggerak.

Semesta mekanis Descartes

Gambar 6.2 Gilbert dan Kepler meyakini alam-semesta sarat keajaiban,
Rene Descartes, dan menduga manusia mungkin tidak akan pernah benar-
benar mampu memahaminya. Keyakinan mereka ditantang

oleh filsuf Prancis Reno Descartes ("Doscartos" diucapkan
"Dekart"). Dalam bukunya yang termasyhur, Discourse on
Method (Wacana tentang Metode, 1637), Descartes mengaju-

kan filsafat ilmu yang sungguh radikal. Ia menganggap se-
luruh alam-semesta tidak lain hanya sederet mekanisme

SEMESTA DlNAMiS NEWTON 63

belaka, ibarat jam yang terbuat tlari bahan mati. Oleh karena
itu, tidak perlu lagi takjub karena tidak ada yang ajaib di
alam.

Di alam hanya ada dua hal—Materi dan Roh. Ciri roh
adalah mampu berpikir. Koh hanya dimiliki oleh manusia,
dan diyakini terletak di kelenjar kecil di bawah otak. Materi,
menurut Descartes, mempunyai ciri “panjang", yaitu dapat
mengisi ruang. Karena sifat itulah maka tidak mungkin ada
ruangan tanpa berisi materi, tidak mungkin ada ruang
hampa. Boleh dikatakan bahwa hampir seluruh isi alam-
semesta materi belaka. Kesimpulan ini sebetulnya diambil
oleh Descartes dari Aristoteles, dan tidak didukung dengan
percobaan.

Memang Descartes banyak menarik kesimpulan dengan
cara menggali pemikiran dari benak sendiri sesuai sistem
logika yang ia kembangkan, bukan berdasarkan percobaan.
Karena ruang hampa dianggap tidak mungkin ada, maka
soluruh ruang di antara planet diyakini hanya berisi sojonis
fluida yang dinamakan eter.

liter tersusun atas partikel-partikel kecil yang selalu
borgorak. Gaya dari satu benda dapat diteruskan ke bonda
lain melalui gerakan partikel di dalam eter ini. Benda
mendorong partikel eter terdekat, selanjutnya partikel itu
mendorong partikel berikutnya sampai mencapai benda lain.
Descartes merasa dapat menjawab pertanyaan Kepler menge­
nai “apa”yang mondorong planet agar tetap borada dalam
lintasannya ketika mengelilingi Matahari. Ia menggambarkan
soluruh alam-somosta berisi eter yang selalu berputar. Pu-
saran-pusaran eter ini "menghanyutkan”planet-planet se­
hingga berputar, baik pada poros sendiri, maupun terhadap
Matahari. Alam-semesta dalam bayangan Descartes ibarat
sungai yang sedang meluap—permukaannya penuh dengan
pusaran yang membawa bonda hanyut di air. Kotika sampai
pada pertanyaan, apa jenis gaya yang beraksi di alam seperti
itu, Descartes menjawab bahwa hanya ada satu gaya, yaitu
dorongan dari satu partikel eter ke partikel terdekat dan tidak
mungkin menarik.

Gagasan Descartes rapuh karena tidak didukung oleh
hasil pengamatan. Hukum Kepler tidak disertakan dalam ide

70 REVOLUSI fis ik a : o a r i a l a m g a ib k£ a l a m nyata

Descartes ketika menjelaskan pusaran-pusaran eter di ruang
angkasa. Descartes memang tidak menggunakan matematika
untuk menjelaskan gagasannya. Walaupun demikian mo-
mang ketangguhan anjuran Descartes tidak terletak pada
ketelitian ilmiahnya, melainkan sebagai filsafat, yang ia
namakan Filsafat Mekanis.

Untuk pertamakalinya sejak zaman Yunani kuno, ada
sebentuk kosmos alternatif yang menjelaskan berbagai gejala
sebagaimana filsafat Aristoteles. Cukup banyak orang yang
terpengaruh pandangan Descartes. Ide ini tampak begitu
berwibawa, tapi bukan karena pengamatan, melainkan kare­
na penjelasannya yang menyeluruh tentang alam-semesta.
Pada abad-abad selanjutnya, malah sampai sekarang, hampir
semua ilmuwan menganggap alam sebentuk mekanisme yang
mirip jam. Alam dibayangkan tersusun dari partikel nirnya­
wa dan bisa dipelajari. Kekuatan gaib, “jiwa" dalam benda,
dan hal lain yang misterius, sebenarnya tidak ada. Itulah cara
pandang yang berkembang setelah Descartes memperkenal­
kan filsafatnya.

Antara Bulan dan apel

Isaac Newton lahir persis pada tahun yang sama dengan
meninggalnya Galileo. Ia putra seorang petani kaya. Ayahnya
sudah meninggal sebelum Newton lahir. Newton tidak begitu
menonjol pretasinya di sekolah. Ibunya mengharapkan New­
ton menjadi petani. Baru sotolah didosak oleh orang lain,
ibunya mengizinkan Newton masuk perguruan tinggi.

Pada 1661 ia mulai belajar di Cambridge University,
universitas tertua di Inggris selain Oxford. Ia belajar toologi
sebagaimana lazimnya semua mahasiswa waktu itu. Tapi
Newton juga mempelajari matematika dan mengikuti per­
kembangan ilmu alam yang sedang bergolak di tangan
Descartes, Galileo, Gilbert, dan sebagainya. Pada 1Cifif» ia
menerima gelar BA bidang matematika. Tapi pada tahun itu
pula wabah pes melanda London dan sekitarnya. Oleh
karena itu universitas ditutup untuk mencegah lebih banyak
korban jatuh. Newton pun pulang ke kampung halamannya.
Ketenangan kampung halaman memungkinan Newton be-

SEMESTA DINAMIS NEWTON

kerja dengan tenang selama hampir dua tahun. Di tempat
inilah Newton mulai memikirkan kaidah-kaidah matematis
yang samasekali baru.

Pertama-tama, ia mengembangkan kaidah deret tak-
berhingga dan dalil binomial. Deretan angka itu. yang
semakin mengecil, berguna untuk penemuan berikutnya,
yaitu kalkulus. Newton mongombangkan diferensial lebih
dulu (yang ia namai kaidah "fluxion") kemudian integral
("kaidah terbalik”). Diperkirakan Newton juga belajar meng-
asah lensa sendiri dan bereksperimon dengan lensa, khu­
susnya penguraian cahaya putih ke warna penyusunnya.
Proses paling penting yang terkait dengan bagian ini adalah
ketika Newton mulai memikirkan gravitasi. Ide itu lahir dari
ketekunannya membaca berbagai tulisan ilmuwan ponda-
hulu.

Memang beredar kisah bahwa ido itu muncul dari pe­
ristiwa jatuhnya sebutir apel, tapi kebenarannya disangsikan.
Dari tulisan-tulisannya, kita tahu bahwa waktu itu Newton
sedang memikirkan gravitasi dengan membayangkan kecen­
derungan setiap benda meninggalkan lintasan melingkar dan
mengikuti lintasan lurus. Pergulatan gagasan itu terlalu jauh
dari gambaran proses jatuhnya apol yang mencerminkan
porcopatan menuju ke pusat.

Hal yang bisa kita pastikan adalah Newton menemukan
beberapa unsur penting hukum gravitasi sewaktu "cuti" di
luar kota. Ide mekanika yang lobih dahulu disodorkan oleh
Galileo, Descartes, dan Huygens, dikembangkan oleh Newton
untuk mendapatkan hukum gravitasi.2 Ketika menguji ru­
musannya dengan data yang tersedia tentang hubungan
Bulan dan Bumi, Newton memperoleh hasil yang diang­
gapnya "lumayan”.

1Pertama, la mendapatkan rumus yang sekarang dikenal sebagai gaya (P
sentripetal: F-m.vVr. Rumus ini menerangkan gaya yang diperlukan untuk
Gambar 6.3
mengikat sebuah benda dalam orbit berupa lingkaran. Dari situ ia dapat Isaac Newton.
menghubungkan periode putaran T (=2 r/v) dengan gaya F. Kemudian ia
memasukkan hasilnya ke dalam Hukum Kepler yang ketiga, yang menerang­

kan bahwa perioda putaran planet T berhubungan dengan Jari-Jari orbit r
melalui perbandingan yang berikut: V -r1. Dengan demikian ia mendapat
F-1/r*. Inilah hukum kuadrat terbalik yang terkenal sebagai hukum gravitasi.

72 REVOLUSI FISIKA! DARI ALAM GAIfl KE ALAM NYATA

Tapi mungkin karena nilai itu tidak cukup memuas­
kannya, ia meninggalkan topik gravitasi dan mekanika ham­
pir selama 13 tahun. Baru pada kemudian hari terungkap
bahwa penyebab melesetnya prediksi Newton adalah nilai

yang lebih topat baru diperoleh dari hasil penelitian ilmu­
wan Prancis enam tahun komudian.

Walaupun belum sempurna, Newton sudah momporli-
hatkan kemahiran menggubah penemuan-penemuan fisika
yang sampai masa itu masih tercerai-berai. Ia mengambil
teori mekanika untuk permukaan Bumi yang dikembangkan
oleh Galileo, Huygens dan lain-lain, dan juga hasil peng­
amatan gejala astronomis warisan Kepler.

Ada bukti yang memperlihatkan bahwa Newton meramu
semua temuan itu. Pada salah satu tulisan Newton, ada
sketsa yang molukiskan kaitan antara Bumi dan angkasa luar.
Menurut Galileo, jika kita menembakkan sebutir peluru dari
gunung yang tinggi, maka lintasannya berbentuk parabola.
Lebih daripada itu, Newton berpikir bahwa seandainya
ditembakkan lebih kuat, maka peluru itu dapat mengitari
Bumi. Peluru itu bernasib seperti Bulan, yakni melingkari
pusat Bumi. Gagasan ini baru bisa diwujudkan oloh manusia
ratusan tahun komudian.

Gambar 6.4
Dari lintasan peluru ke

lintasan satelit.

SEMESTA DINAMIS NEWTON 73

Seluruh pemikiran ini ia sembunyikan, kecuali kepada
mantan guru-bosar matematikanya, Isaac Barrows (1630*
1677). Barrows adalah matematikawan pandai dan terkenal.
Ia mengagumi kemampuan Newton. Menjelang pensiun, Bar­
rows mengusulkan Newton sebagai penggantinya.

Pada 1669 Newton menjadi mahaguru matematika di
Cambridge University. Waktu itu ia baru berumur 27 tahun.
Jabatan itu ia duduki selama hampir 30 tahun. Berbeda
dengan masa sekarang, matematika dan ilmu alam masa itu
belum banyak mendapat perhatian di perguruan tinggi. New­
ton memberi kuliah optik, topik yang berada di garda paling
depan penjelajahan ilmu masa itu, tapi hanya segelintir
mahasiswa yang ikut kuliahnya. Kebanyakan mahasiswa
Newton mengambil jurusan teologi. Mungkin mereka ber­
pikir untuk apa mereka mengikuti kuliah yang tidak mereka
pahami? Bahan kuliah ini dibukukan oleh Newton dan
diterbitkan pada 1704 dengan judul Opticks.

Ahli sihir terakhir

Newton gemilang dalam ilmu alam, tapi kelam dalam hu­
bungan sosial. Ia sulit menerima kritik. Berkali-kali ia cekcok
dengan sejawatnya. Sikap ini torlihat jolas pada 1672, usai
membacakan makalahnya mengenai optik di hadapan Royal
Society. Gagasan Newton tentang cahaya putih sebagai
campuran warna-warni polangi, ditontang keras oleh Robert
Hooke, salah seorang dodengkot persatuan. Tapi perseteruan
Newton yang tergolong paling sengit terjadi dengan Leibniz.
Leibniz secara mandiri menemukan kaidah kalkulus, tapi
Newton menuduh dia monjiplak karyanya.

Sotolah mondapat kritik pedas, Newton biasanya meng­
undurkan diri dari pergaulan. Tersinggung oleh kritik ang­
gota Royal Society, Newton memutuskan untuk tidak lagi
berhubungan dengan Royal Society dan monyondiri.

Selama monyondiri, ia diam-diam mengisi waktu untuk
mendalami kimia dan alkemi. Ia merahasiakan minat ini.
Aneh tapi nyata, ilmuwan yang kelihatan begitu "modern”
masih tertarik pada alkemi yang berwawasan magis.

Newton mempunyai laboratorium di kebunnya, tempat

74 REVOLUSI fis ik a : d a r i a l a m g a ib K£ a l a m nyata

ia mencampur berbagai jenis logam dan membaca buku
kuno. Pada awal abad ko-20, seorang sejarawan mengusut
tulisan-tulisan pribadi Newton dan menyimpulkan bahwa
Newton bukan ilmuwan pertama di zaman nalar. Ia memang
dianggap oleh banyak orang sebagai sosok pertama dan
terbesar zaman ilmuwan modern. Ia seorang rasionalis yang
mengajarkan kita untuk berpikir dengan melulu mengan­
dalkan akal yang dingin dan jernih. "Saya tidak menganggap
Newton seperti itu.... Dialah kaum ahli sihir yang terakhir."

Selain minat terhadap alkemi, Newton diakui keahlian­
nya dalam bidang teologi. Ia memahami Alkitab lebih baik
daripada pendeta kebanyakan. Menjelang akhir hayat ia
mengatakan bahwa tulisan teologisnya, yang tidak ia rahasia­
kan, bernilai lebih tinggi daripada tulisan ilmiahnya. Peni­
laian Newton ini tidak dibenarkan oleh sejarah. Kita tidak
lagi membaca telaah Alkitab karangan Newton. Karya ilmiah­
nya jelas ponting, walaupun Newton sendiri meragukannya.

Rangsangan baru

Pada 1679 Newton menderita depresi berat. Selama lima
tahun ia tidak bergaul dongan ilmuwan lain, totapi kadang-
kadang berkirim surat, antara lain dengan Robert Hooke,
tokoh Royal Society. Hooke rupanya sudah sampai pada
pengertian yang cukup jernih mengenai gravitasi sebagai
tarikan yang membelokkan lintasan planet sehingga ben­
tuknya melingkar.

Pada 1678 Hooke menulis pada Newton bahwa ia sudah
menduga kekuatan gravitasi berasal dari Matahari, pusat
angkasa tempat kita berada. Matahari, menurut Hooko,
mongorjakan gaya tarik terhadap semua planet, dan sebalik­
nya planet-planet mengerjakan gaya sebagai balasannya.

Inilah kali pertama ada orang yang mengungkap penger­
tian gravitasi universal sebagai satu-satunya gaya yang meng­
ikat semua planet pada Matahari. Kekuatan ini juga me­
lekatkan bahan ke inti masing-masing planet sehingga tidak
berhamburan ke berbagai arah. Hooke juga sadar bahwa
kekuatan itu membesar jika benda mendekati benda lain
yang melakukan gaya yang sama. Hooke mempunyai krea-

SEMESTA DlteflMiS NEWTON 75

tivitas yang tinggi di berbagai bidang fisika. Hukum Hooke
tentang elastisitas adalah contohnya. Tapi ia kurang mongua-
sai matematik.

Gara-gara surat ini pecah sengketa yang sengit di kemu­
dian hari antara Hooke dengan Newton untuk menentukan
siapa yang portamakali menemukan hukum gravitasi. Hooke
menuduh Newton menjiplak pekerjaannya. Memang surat
Hooko telah mendorong Nowton memikirkan kembali gra­
vitasi yang sudah belasan tahun dilupakannya. Bisa saja
Newton memang mendapat sesuatu dalam surat Hooke. Tapi
bagian pokok, yakni kaidah hukum gravitasi dalam bentuk
matematis, jelas dikembangkan oleh Newton sendiri. Sejarah
telah memutuskan bahwa Nowton tetap layak dihormati
sebagai penemu utama. Salah satu sebab sengketa semacam
ini soring terjadi pada masa itu adalah belum ada mekanismo
publikasi hasil penelitian melalui jurnal ilmiah.

Lahirnya m a g n u m o p u s P r in c ip ia

Proses terbitnya magnum opus Newton bermula dari kun­
jungan Edmond Halley (1656-1742) ke rumah Newton pada
1684. Halley adalah anggota Royal Society. Namanya diaba­
dikan pada sebongkah komet yang ia temukan. Ia datang
untuk menanyakan bentuk lintasan satelit yang menaati
“hukum gravitasi kuadrat terbalik". Nowton segera menjawab
bahwa lintasan itu kiranya borbentuk lonjong. Halley heran
dengan jawaban Nowton dan ingin membaca sendiri hasil
perhitungan Newton. Apa boleh buat. Newton gagal mene­
mukan naskah aslinya. Nowton kemudian berjanji untuk
mengirim naskah yang baru. Mulai hari itu, untuk pertama-
kalinya dalam lima tahun terakhir. Newton bergairah lagi
untuk bekerja. Ia menepati janjinya, dan Halley sungguh
terkesan.

Setelah Newton memperlihatkan tulisannya di bidang
mekanika yang belum pernah diterbitkan, Halley mengusul­
kan agar Newton membukukannya, bahkan bila perlu ong­
kosnya dari kocok Halley pribadi.

Buku Philosophiae Naturalis Principia Mathomatica
(Landasan Matematik Filsafat Alam), atau lebih dikenal

75 r ev o lu s i fis ik a : d a r i a l a m g a ib ke a l a m nvata

•PHILOSOPHIZE

naturalis

PRINCIPIA

MATHEMATIC A

: i w1 .VjAji*

IMPIUKATUPv

» » t s s s. JT W f x i. 111

Gambar 6.5 l 0 K f ■ k J. ?»✓••• -.(•l'
Sampul Principia edisi j
> l r» !»*•fi<t•w.r•. »«*<—M*vI.' ) * J U jl*
pertama.

sobagai Principia saja, solosai dan diterbitkan pada 1687
(edisi kedua torbit pada 1713). Newton, walaupun cukup
kaya, tidak merogoh kocok sepeser pun dalam penorbitan
bukunya.

Berbeda dengan Opticks, Principia bukan kumpulan
hasil percobaan, melainkan tulisan matematis. Newton meng­
gubah pengamatan para pendahulunya, seperti Galileo,
Kepler, dan Descartes, ke dalam bentuk matematis yang
terpadu. Walaupun menggunakan kalkulus basil temuannya
sondiri dalam perhitungan, motodo ini tidak ia tampilkan.
Mungkin ia khawatir orang malah tidak mengerti gagasannya.
Oleh karena itu, Newton hanya menggunakan pendekatan
geometris untuk menguji semua dalilnya. Ilal itu menjadikan
Principia malah susah dimengerti oleh kita yang justru sudah
terbiasa memakai kalkulus!

Dalam buku ini, Newton memperlihatkan ambisinya
yang sangat besar untuk mengembangkan sistem yang ber­
laku di soluruh alam-semesta. Ia mendirikan fondasi fisika

SEMESTA DINAMIS NEWTON 77

teoretis yang menjadi pegangan para fisikawan sampai akhir
abad ko-19. Alih-alih membenahi astronomi, Novvton telah
meletakkan fondasi bagi bidang mekanika.

Principia dibagi dalam empat bagian: satu pengantar dan
tiga isi. Pada bagian pengantar, dibeberkan sejumlah definisi
yang pada masa itu pengertiannya samar-samar, misalnya
pengertian ruang dan waktu yang mutlak. Ruang mutlak
adalah ruang di mana setiap tompat dapat dibagi menjadi tiga
koordinat, lepas dari adanya benda sebagai acuan atau tidak.
Ruang angkasa dibayangkan memiliki sumbu-sumbu mate­
matis yang menentukan kedudukan setiap titik. Menurut
Newton, waktu pun mengalir tanpa mengacu pada peristiwa
tertentu. Pemutlakan ruang-waktu ini bertahan sampai di­
mandulkan oleh Albert Einstein pada 1905. Newton juga
memberikan definisi massa, momentum, kolombaman (iner­
sia). gaya (termasuk gaya sentripetal), beserta ketiga Hukum
Newton. Hukum pertama tentang inersia, hukum kedua
mengaitkan gaya dengan percepatan, dan yang kotiga menge­
nai aksi dan reaksi.

Dalam bagian pertama, Newton menguji pengertian da­
sar di atas pada teori umum dinamika, khususnya tentang
setitik partikel yang ditarik oleh gaya sentripetal agar dapat
membuat gerak melingkar. Pada bagian kotiga, ia monorapkan
teori umum pada bagian pertama pada sistem tata surya.
Gaya sentripetal dinyatakan berasal dari tarikan gravitasi,
yang sama untuk setiap jenis benda.

Kekuatan gaya gravitasi berbanding terbalik dengan
kuadrat jarak. Jarak yang dimaksud di sini adalah jarak antara
pusat bola masing-masing benda. Bagian ini baru berhasil
dijajal oleh Newton setelah 1Cififi. Newton kemudian dapat
mencari korelasi yang tegas antara persamaan dan hubungan
Uulan-Bumi. Ia menerapkannya juga pada pasang-surut air
laut, komet, dan ia moramalkan bentuk Bumi agak combung
di kawasan khatulistiwa (belakangan memang ketahuan ben­
tuk Bumi bola-pepat bukannya seperti bola sempurna).

Persamaan Gravitasi Universal hanya melibatkan dua
massa yaitu m, dan nv, Newton juga mulai memikirkan
masalah lain yang lebih sulit, yang melibatkan tiga massa
(misalnya Bulan-Bumi-Matahari).

78 REVOLUSI fis ik a : d a r i ALAM g a ib ke a l a m nyata

Pada bagian ke-2 ia masuk pada bidang yang kelihatan-
nya berlainan samasokali. Di sini Nowton meletakkan lan-
dasan mekanika fluida, yang dipandangnya sebagai campur­
an partikel-partikel kecil. Newton mungkin mempunyai dua
tujuan pada bagian ini.

Pertama, ia ingin menerapkan sistem mekanika tidak
hanya untuk kondisi ideal. Kondisi ideal yang dimaksud
adalah kotika gosokan udara kita abaikan. Kebetulan masalah
astronomi bisa diselesaikan tanpa memperhitungkan gesekan
udara, sedangkan di permukaan Bumi selalu ada udara dan
air yang berpengaruh pada sistem.

Kedua, Newton memang menghendaki sistem yang uni­
versal, sehingga dapat diterapkan di mana saja, baik di luar
angkasa maupun di Bumi. Tlijuan kedua mungkin untuk
menantang model tata surya yang telah dikemukakan oleh
Descartes, yang penuh dongan pusaran eter. Kalau eter
dianggap sebagai sejenis cairan halus, maka semestinya
mematuhi hukum-hukum mekanika fluida.

Newton tidak berhasil menyelesaikan cabang fisika ini.
kontras dengan pencapaiannya tentang dinamika benda
togar. Tapi sekurangnya ia berhasil memperlihatkan di bagian
akhir Kitab II bahwa mekanisme pusaran-pusaran eter tidak
mungkin menerangkan pengamatan angkasa yang telah di­
ringkas dalam Hukum Kepler. Sistem pusaran tata surya yang
digembar-gemborkan oleh Descartes longsor di tangan New­
ton.

Dampak P r in c ip ia

Newton bukan bermaksud menjungkir-balikkan hasil yang
telah dicapai oleh ahli lain, melainkan mengembangkannya.
Descartes, misalnya, sudah lama memahami inersia sebagai
kecenderungan bonda mengikuti garis lurus dongan kecopat-
an tetap senyampang tidak ada gangguan. Pendapat ini tidak
terbantah walau cuma disimpulkan secara filsafat bukan
eksperimen. Galileo sudah menurunkan persamaan kinema-
tik Bumi dengan benar sehubungan dengan percepatan yang
soragam. Huygens juga telah momporoloh rumus untuk gerak
melingkar.

SEMESTA DINAMIS NEWTON 71

Newton hanya meneruskan tradisi yang sudah didirikan
oloh Galileo (dan Koplor) untuk lebih mempercayai peng­
amatan dan matematika yang teliti daripada berspekulasi.
Dalam hal ini Newton berbeda dengan Descartes.

Tapi Newton mengikut usaha Descartes untuk mengga­
bungkan seluruh alam-semesta dalam satu pemahaman. Wa­
laupun ia tidak dapat menyetujui detil-detil model Descartes,
Newton tetap menganggap dirinya sebagai penganut “Filsafat
Mekanis”buah pikiran Descartes, la sendiri mengatakan
ingin menyempurnakan filsafat mekanis Descartes. Penca­
paian Newton, yang membuatnya meraksasa di panggung
sejarah intelektual, adalah menyatukan pendekatan empiris-
matematis Galileo dongan filsafat mekanis Descartes.

Newton juga menjernihkan pengertian gaya. Sebelumnya
Galileo hanya mengerti persamaan kinematis untuk percepat­
an seragam, dan boluni mengerti bahwa percepatan itu di­
sebabkan oleh suatu gaya. Menurut Galileo, percepatan ha­
nyalah gerakan “alami" belaka. Kunci yang Nowton tam­
bahkan adalah “gaya", di mana baik Descartes maupun
Galileo hanya melihat partikel yang bergerak. Newton me­
nambah bahwa partikel itu bergerak karena didorong oleh
gaya.

Selanjutnya istilah gaya ditambahkan ke dalam kamus
Fisika sebagai pengertian yang sangat mendasar. Doscartos
mengajar bahwa alam tidak lain adalah partikel dan gerakan.
Newton lalu menambahkan bahwa alam adalah partikel,
gerakan, dan juga gaya.

Berbeda dongan para pendahulunya, Newton monolak
berspekulasi mengenai hakikat gravitasi. Untuk Nowton cu ­
kup bahwa gejala gravitasi itu ada, dan menaati Hukum
Gravitasi-nya. Dalam hal ini, Newton menemukan aras pe-
nelitian yang sangat subur. Pada satu sisi, Nowton tidak puas
hanya dengan hal-hal yang umum saja, sebaliknya ia juga
tidak ambil pusing terhadap persoalan yang terlalu dalam
dan jauh dari pengamatan.

Wawasan Nowtonian bukannya tanpa penentang. Ka­
langan yang menganggap dirinya pengikut Descartes (dan itu
mencakup hampir semua ilmuwan waktu itu), tidak suka
dengan gaya tarik yang begitu ditonjolkan oleh Newton

80 REVOLUSI ElSlKA: d a r i a l a m GAIB K£ a l a m nvata

dalam Principia. Dalam pemahaman Descartes, gaya tarik
tidak mungkin ada, yang ada hanya dorongan sebutir partikol
eter terhadap partikel eter yang berdekatan. Karena dalam
sistem Descartes tidak mungkin ada gaya tarik, maka sistem
Newton dicap gaib dan kurang ilmiah. Monurut mereka, ini
hanya akan menghidupkan kembali “jiwa-jiwa”yang oleh
Zaman Pertengahan dianggap ada di dalam benda.

Tuduhan serupa pernah dilemparkan kopada Gilbort,
ketika membicarakan gaya tarik magnet yang dapat menjang­
kau jarak jauh. Newton tentu terpengaruh oleh Gilbort.
Newton malahan tidak mempersoalkan apakah gaya gravitasi
memerlukan medium atau tidak, juga apakah gaya tarik diper­
bolehkan dalam filsafat atau tidak. Pokoknya, gaya itu ada.

Pada 1693 Newton menderita gangguan syaraf yang
cukup serius, barangkali karena selama ini bekerja terlalu
keras. Ia juga mengalami gangguan jiwa, yang merasa selalu
dikejar-kejar oleh musuhnya. Beberapa waktu kemudian ak­
hirnya ia sembuh dan minta maaf kopada toman-toman yang
pernah ia anggap sebagai “musuh”.

Sejak itu tidak ada lagi karya Newton yang baru. Pada
1696 ia meninggalkan Cambridge dan pindah ke London
untuk mengawasi perubahan matauang kerajaan. la rukun
kembali dengan Royal Society, dan menduduki jabatan pre­
siden mulai 1703. Konon ia berkuasa dengan tangan besi di
kelompok itu. Pada 1705 ia dianugerahi gelar Sir oleh negara.
Ia moninggal pada 1727 dalam usia 85 tahun dan tetap
membujang.

Kesimpulan

Karya-karya Newton pada abad ko-17 bertepatan dengan
pesatnya kemajuan ilmiah di berbagai bidang. Saking ba­
nyaknya, abad ke-17 sering dijuluki sebagai Revolusi Ilmiah.
Newton diakui semua pihak sebagai raja Revolusi Ilmiah ini.
Sejak itu, kalau mau menarik perhatian orang kepada gagasan
baru, sebut saja gagasan itu “Newtonian".

Newton tidak banyak menyodorkan fakta baru, melain­
kan menggubah temuan pendahulunya ke dalam sistem
pemikiran yang longkap dan monyelunih. Pemikir yang ia

SEMESTA DINAMIS NEWTON 81

ambil idenya antara lain Kepler, Gilbert, dan Galileo. Selain
gagasan ilmiah, Newton juga mendapat ide dari Descartes.
Meski secara ilmiah bertentangan, sistem Descartes me­
nawarkan sebentuk filsafat mekanis, yang mengibaratkan
soluruh alam-somosta sebagai jam. Filsafat ini diterima oleh
Nowton, dan selanjutnya, alam pun berubah dari tempat
yang sarat koajaiban menjadi mekanisme belaka.

Nowton tidak memberi gambaran alam yang serba meka­
nis dalam bentuk kualitatif. Dia menawarkan definisi untuk
gaya yang sederhana dan berguna (F=ma). Selanjutnya fisika
tidak hanya mengetahui gerak benda, tapi juga penyebab
gerakan, yaitu gaya. Kegemilangan Newton kelihatan pada
teori gravitasinya, di mana ia menyatukan serba-perubahan
di Bumi dan langit ke dalam satu persamaan yang sangat
bersahaja.

Kondati demikian penjelajahan ilmu masih berlanjut.
Perdebatan antara pendukung Descartes yang membela keha­
diran eter dan pendukung Newtonian meyakini kemampuan
"bertindak dari jarak jauh”masih menyala. Bab selanjutnya
akan memperlihatkan betapa sengit perdebatan ini ketika
memasuki topik cahaya.

7

Cahaya: Gelombang atau Partikel?

Cahaya termasuk unsur fisik yang pen­
ting, tapi belum pernah diamati secara
langsung oleh mata manusia. Manusia
baru bisa melihat gejalanya. Oleh kare­
na itu orang bertanya-tanya: Apakah
cahaya itu?

84 REVOLUSI f ISIKA: dari alam gaib ke alam nyata

Dalam bab ini kita dapat membahas perubahan pemahaman
ilmiah tentang cahaya yang terjadi di Inggris pada dua
dasawarsa pertama awal abad ke-19. Perubahan ini tidak
hanya pada pemahaman tentang cahaya, tapi juga metode
berilmu.

Perubahan metode berilmu ini merembet ke bidang lain,
sehingga penjelajahan ilmu jadi lebih subur dan lebih
matematis. Pada abad itu ilmu masih empiris, tapi tidak naif
lagi. Thomas Kuhn menamakan periode awal abad ke-19 ini
sebagai "revolusi ilmiah yang kedua”, setelah revolusi
pertama meletus pada abad ke-17.

Optika masa lalu

Upaya untuk memahami cahaya tidak hanya mulai dari awal
abad ko-19. Orang Yunani kuno percaya bahwa mata manusia
memancarkan seberkas sinar sewaktu melihat. Sinar itu
“meraba”benda lalu memantul-balik ke mata. Kira-kira pada
1000 M, Ibn al-Haitam menyatakan bahwa mata menerima
cahaya dari luar bukan memancarkan cahaya, la juga pernah
merakit kacamata untuk menolong orang yang lemah peng­
lihatannya.

Pada pergantian abad ko-16 menuju ko-17, beberapa ahli
mulai merakit mikroskop dan teleskop. Galiloo menggunakan
teleskop untuk penelitiannya. Pada 1611 Kepler menyatakan
bahwa seandainya cahaya menembus selapis benda tembus-
pandang (transparan/bening), maka sudut datang akan ber­
banding lurus dengan sudut bias. Saran ini tidak sepenuhnya
benar, karena hanya berlaku untuk sudut yang kecil. Pada
1676 Remor memakai cara astronomis yang gemilang untuk
menaksir kecepatan cahaya.' Tapi sampai masa itu belum

' Ole Remer (1644-1710) meramalkan gerhana di satelit Jupiter, lo, pada 9
November 1679 berlangsung 10 menit lebih lambat dari semestinya ketika
disaksikan dari Bumi. Selisih ini terjadi karena cahaya menempuh jarak yang
berbeda. Oleh karena itu kecepatan cahaya semestinya terbatas, bukan tak
terbatas seperti perkiraan masa itu. Berdasarkan data diameter orbit Bumi
masa itu, Romer mendapati cahaya melesat dengan kecepatan 225.000 km
per detik. Jika dlamater orbit diganti dengan data masa kini, m etode yang
sama menemukan 298.000 km per detik, sangat dekat dengan hasil peng­
ukuran mutakhir 299.792 km per detik, (ed.)

CAHAYA: G£lO\A8ANG atau partikel? 8S

banyak pemikiran tentang sifat cahaya itu sendiri, lepas dari
penerapannya dalam berbagai piranti optik.

Huygens dalam bukunya Traitd do la Lumidre (Telaah
Cahaya) yang terbit pada 1090 membayangkan cahaya seperti
gelombang. Inilah pernyataan tentang cahaya yang pertama.
Hipotesa gelombang ini hanya bertujuan untuk mencari
penjelasan geometris tabiat cahaya (misalnya memantul dan
mombias), bukannya menjelaskan hakikat. Gelombang yang
dibayangkan Huygens adalah gelombang longitudinal, bukan
transvorsal. Lagipula, gelombang Huygens tidak periodik!
Huygens sengaja membuatnya demikian untuk menghindari
gangguan di antara dua sinar yang menyilang. Gagasan
Huygens disusun tanpa data hasil eksperimen samasekali
dan mungkin janggal bagi pembaca masa kini. Walaupun
demikian Huygens tolah menggalang kubu yang cukup berpe­
ngaruh dalam perdebatan sengit tentang cahaya.

Descartes mengangkat kembali gagasan Huygens di
Prancis. Ia membayangkan cahaya sebagai gotaran dalam eter.
Setali tiga uang. Descartes tidak banyak menguji dugaannya,
dan ia tidak tahu perbedaan antara fakta dan dugaan—
kontras dengan Newton, yang dapat membedakan keduanya
dengan jernih.

Pada abad ke-17 gejala interferensi dan difraksi ditemu­
kan oleh Grimaldi (1660) dan Hooke (1672). Tapi dua orang
itu tidak menjelaskannya. Boleh dibilang waktu itu penger­
tian dan istilah "interferensi" belum ada.

Cahaya pertamakah dibahas secara rinci oleh Newton.
Pendirian Newton, yang oleh pengikutnya ditafsirkan sebagai
toori partikel, kemudian menjadi dogma selama seabad la­
manya. Pengertian partikel nantinya diserang oleh toori
gelombang Young dan Fresnel pada awal abad ko-19. Perde­
batan sengit antara kubu partikel melawan gelombang adalah
inti pemaparan bab ini.

Partikel cahaya Newton

Ketika muda Newton sudah mengasah lensa. Pada umur 23
tahun ia membeli prisma dan meneliti cahaya warna-warni
yang dihasilkannya. Cahaya putih, menurutnya, bukan warna

86 REVOLUSI EiSIKA: DAAl alam gaib ke alam mvata

murni, melainkan campuran berbagai warna. Jika berbagai
warna itu digabungkan maka akan didapat cahaya putih. Hal
ini dibeberkan ke sidang Royal Society. Pengamatan Newton
dikecam habis-habisan oleh Robert Hooke.

Pada bagian akhir Opticks edisi pertama (1704), yang
terbit setahun setelah Hooke meninggal, Newton kembali
mengajukan beberapa spekulasi secara lebih hati-hati tentang
sifat cahaya. Spekulasi ini dilontarkan pada bagian awal2.
Kohati-hatiannya tercermin dalam pengakuan di bagian akhir
bahwa uraiannya masih belum banyak ia pahami dan masih
perlu dikaji-ulang.

Dukunya diawali dengan pemaparan hasil percobaan.
Ada ihwal pemecahan cahaya putih, dan pembiasan rangkap
(sebintik noktah hitam tampak mendua ketika diamati de­
ngan kristal kalslt). Ada penemuan lain tentang lingkaran
cahaya yang dihasilkan ketika sekeping lensa cembung
diletakkan pada permukaan kaca yang rata dan disorot
dengan cahaya monokromatik. Lingkaran terang dan gelap
(atau jumbai) itu sekarang dikenal sebagai "Cincin Newton".
Pengamatan ini ia lakukan sedemikian teliti, sampai-sampai
seratus tahun kemudian Thomas Young (1773-1829) masih
memakai data ini untuk mengukur panjang gelombang
cahaya.

Spekulasi tentang cahaya ia tuangkan dalam bentuk
sejumlah pertanyaan. Satu di antaranya mengungkapkan
keyakinannya bahwa cahaya bersifat seperti partikel (Per­
tanyaan no.29):

“ Bukankah cahaya merupakan butiran teramat kecil yang
dipancarkan oleh benda yang mengkilap? Butiran seperti itu
akan melewati medium yang seragam mengikuti garis lurus,
tanpa dibelokkan dan masuk ke dalam bayangan- dan
demikianlah juga sifat cahaya.”

Butir-butir ini, yang molaju bak berondongan peluru,
menaati hukum dinamika. Gejala pemantulan barangkali1

1Buku ini ditulis oteh Newton dengan gaya populer sehingga lebih mudah
dibaca oleh orang awam daripada Prlndpla.

cahaya: gelombang atau partikel? 87

mudah dijelaskan dengan pengertian peluru ini. Tapi bagai­
mana Newton menjelaskan pembiasan?

Ia membayangkan ada selaput tipis di antara kedua
medium yang mengerjakan gaya sedemikian rupa sehingga
peluru dihempaskan keluar (yakni dipantulkan) atau dibias­
kan masuk ke dalam medium dengan kecepatan yang ber­
beda (lihat gambar 7.1). Jika medium yang ditembus lebih
padat, maka peluru melaju lebih cepat. Pasalnya, ada per­
mukaan komponen tegak yang meluas akibat pengaruh gaya
tarik.

Sifat gaya itu sendiri tidak diungkap oleh Newton secara
terang-terangan. Tapi ia berpendapat bahwa mungkin sekali
gejala itu sama seperti magnet atau gravitasi. Newton menje­
laskan bahwa gejala garis terang dan gelap di sekitar sehelai
rambut—yang sekarang dipahami sebagai gejala difraksi
gelombang—adalah akibat peluru cahaya, yang melaju dekat
dongan rambut itu, ditolak oleh rambut, sehingga menjauh
(gambar 7.2), coba perhatikan bahwa tidak ada yang masuk
ke bayangan, yang seharusnya ada). Anehnya, di lain tempat

4 1% O)
<D
i* \
G am bar 7.1
Penjelasan teori peluru
versi Newton tentang
pembiasan: komponen
kecepatan yang tegak
dengan permukaan
diperbesar, karena ada gaya
yang bekerja terhadap
peluru cahaya di
perbatasan antara medium
(1) dan (2).

88 revolusi Fisika: dari alam gaib ke alam nyata

Gambar 7.2
Penjelasan Newton dari
Opticks, tentang hamburan
cahaya di sekitar sehelai

rambut (x).

Newton malah mengusulkan teori getaran eter untuk men­
jelaskan sifat cahaya. Ini memperlihatkan ketidakkonsis­
tenan Newton. Harap maklum, Newton memang masih
menduga-duga.

Untuk menjelaskan penglihatan mata, ia memakai toori
getaran yang pernah diusulkan oleh Hooke (1665): cahaya
jatuh di bagian belakang mata lalu merangsang getaran di
bagian itu. Getaran diteruskan ke otak. (Listrik belum dikenal
waktu itu dan ia tak menjelaskan sifat getaran itu). Lebih jauh
ia mengatakan (Pertanyaan 13) bahwa ada kemiripan dengan
golombang bunyi—di mana gotaran yang pondok memberi-
kan warna ungu, sedang gotaran panjang memberikan warna
merah, la mengakui Cincin Newton terjadi karena per­
ulangan. dan tidak dapat dijelaskan hanya dengan meka­
nisme peluru. Penjelasannya memerlukan periode tertentu.
Tanpa mengatakan bahwa cahaya sendiri itu sebagai ge­
lombang, ia mengatakan bahwa melintasnya peluru cahaya
dalam eter dapat morangsang golombang, mirip soporti
sebutir kerikil yang dilempar ke permukaan air menimbulkan
riak gelombang. Dengan mekanisme yang tidak begitu jelas,
gelombang itu mengejar peluru yang merangsangnya dan
berinteraksi dengannya. Interaksi antara gelombang (yang
memang bersifat periodik) dengan peluru, membuat peluru
kadang dipantulkan dan kadang diteruskan. Dongan de­
mikian dihasilkan jumbai terang dan gelap yang borsolang-
seling (Pertanyaan 13 dan lain-lain).

Pertanyaan perihal sifat etor (Portanyaan 21) tidak di­
jawab oleh Newton. Tapi ia porcaya bahwa eter terdiri dari