Pendahuluan
Pelbagai pengetahuan dasar dan percobaan tentang Ilmu Fisika diajarkan pada siswa-siswa sekolah menengah, seperti misalnya suhu, fenomena cermin, pemuaian, dan gaya. Topik-topik lebih matematis dan rumit dipelajari pada jurusan Ilmu Pengetahuan Alam pada sekolah menengah atas. Beberapa topik populer bahkan sudah diberikan pada siswa-siswa sekolah dasar, misalnya hukum Archimedes dan satuan-satuan ukuran. Hampir pasti seluruh siswa pernah belajar ilmu fisika meskipun pada tingkat dasar. Di dalam artikel ini kita mendiskusikan sekilas kenapa disebut bahwa Ilmu Fisika rakus.
Ilmu Fisika
Ilmu Fisika pada awalnya adalah ilmu tentang alam semesta dan pelbagai fenomena yang terjadi, terutama yang dapat dilihat sehari-hari dengan mata, seperti misalnya Matahari, Bulan, Bumi, bintang, cahaya, dan sebagainya. Jauh sebelum tahun Masehi, Aristoteles telah mengusulkan konsep Bumi sebagai pusat, dan menjadi bahan pemikiran banyak filosof. Pada periode selanjutnya, Thales dan Miletus dikenal sebagai tokoh-tokoh yang meletakkan dasar berpikir logis dan meninggalkan pemikiran berdasarkan pada mitos yang tidak bisa diuji.
Abad 16 bagi Ilmu Fisika merupakan salah satu tonggak sejarah yang diingat, di mana Nicolaus Copernicus, Galileo Galilei, Johannes Kepler, dan Isaac Newton merupakan para tokoh yang sangat fenomenal mewarnai sejarah ilmu ini. Newton dengan teori tentang gaya tarik-menarik antar benda langit, terlebih dahulu harus menggali dan menerangkan berbagai rumusan matematika untuk menyatakan dan membuktikan agar teori-teorinya bisa diterima akal manusia.
Tidak ada orang mau percaya tentang berapa jarak Bumi dengan Matahari, atau mana yang lebih berat antara Bumi dengan Bulan, kecuali dengan memberikan bukti dalam bentuk formula matematika. Ilmu kalkulus menjadi peralatan penting untuk menjelaskan dan membuktikan bahwa berbagai fenomena alam yang dijumpai sehari-hari mengikuti dan berkesesuaian dengan hukum-hukum tertentu. Prinsip-prinsip mekanika yang terkait gaya-gaya, dapat dijelaskan dengan mudah menggunakan rumusan-rumusan matematika. Mekanika adalah dasar dari berbagai peralatan hasil rekayasa dalam bentuk mesin-mesin maupun wahana.
Tidak saja berhubungan dengan benda-benda besar atau sangat besar, Ilmu Fisika juga merambah pada benda-benda kecil dan sangat kecil, bahkan benda-benda tak kasat mata. Mulai abad 18, bidang keilmuan ini mempelajari mekanika yang berkenaan dengan fluida atau benda cari. Sebut saja prinsip aliran benda cair, daya dorong air dan udara, perpindahan panas dari satu media ke media lain, atau prinsip kekentalan zat cari. Dasar kerja dari hasil rekayasa di abad 20 banyak menggunakan prinsip yang sudah ditemukan di abad 18 ini, misalnya dengan dasar hukum Bernoulli dan konsep entropi atau ketidakberaturan.
Memasuki ranah pada benda-benda lebih kecil, Ilmu Fisika merambah kepada materi-materi yang sama sekali tidak bisa dilihat secara kasat mata. Teori elektromagnetik yang memberlakukan gaya-gaya lemah pun mulai dibahas sejak abad 19. Para ilmuwan menemukan bahwa suatu medan elektromagnetik dengan daya tinggi mampu membawa pesan sejauh ribuan kilometer, atau gaya-gaya yang sangat lemah bekerja pada materi dengan massa sangat ringan seperti elektron.
Mengawali Ilmu Fisika Kuantum, para fisikawan merumuskan dan menyempurnakan teori tentang material yang ringan dan fenomena yang melekat pada struktur atom-atom dan gaya-gaya sangat lemah yang bekerja di dalamnya. Bagaimana interaksi antar elemen-elemen super kecil dan super ringan, seperti proton, neutron, quarks, dan antimateri. Topik-topik berat ini membutuhkan berbagai penelitian dan periode waktu panjang untuk dapat dijelaskan.
Keluasan dari cabang dan topik ilmu ini bersinggungan dengan ilmu-ilmu lain, misalnya astronomi, elektronik, biologi, kimia, komputer, rekayasa material, dan sebagainya. Jadi Ilmu Fisika rakus sekali melahap berbagai topik dalam spektrum yang sangat luas.
Di Mana Batasnya?
Fisikawan seperti Stephen Hawking mempertanyakan di mana batas dari dunia kita ini, dan sampai pada dugaan dan kesimpulan bahwa ternyata tidak ada batas, karena alam semesta itu sendiri selalu memuai dan menjauh dari titik pusatnya. Awal mula adalah fenomena Big Bang yang merupakan ledakan besar dan menghamburkan materi-materi ke segala arah. Materi yang syarat dengan kandungan unsur Hidrogen ini diduga merupakan cikal bakal dan bertumbuh menjadi ratusan milyar galaksi maupun benda-benda langit lainnya.
Para ahli fisika bersama para astronom sudah cukup lama mengarahkan juga pada topik-topik pembahasan untuk menjelaskan berbagai benda-benda langit. Fenomena peringsutan cahaya merah (redshift), lobang hitam, jebakan gelombang elektromagnetik juga merupakan ranah penting dari Ilmu Fisika. Mekanika dan dinamika dari pelbagai benda langit yang tersebar menghiasi angkasa tentu mempunyai daya tarik tersendiri untuk diungkap lebih mendalam.
Berkebalikan dengan benda-benda bermassa sangat besar, seperti Matahari dan bintang-bintang, para fisikawan nuklir berkutat dengan materi-materi dengan bobot sangat ringan. Penemuan atas proton, neutron, meson, quarks dengan nama-nama up, down, charm, strange, top, antiup, antidown, dan lain-lain, tidak saja membuat pening para pembelajar, bahkan di kalangan para fisikawan pun timbul perbedaan. Dengan sangat serius mereka bahkan mengusulkan apa yang disebut dengan konsep antimateri, yakni kebalikan dari materi itu sendiri. Antimateri dari elektron adalah positron, antimateri dari protron adalah antiproton. PET Scan yaitu alat yang digunakan untuk mendapatkan peta penyebaran kanker merupakan aplikasi dari antimateri ini.
Berbekal ilmu nuklir, para fisikawan mengaplikasikan pada bidang-bidang lain, seperti di bidang pertanian untuk mendapatkan bibit yang diberikan radiasi Cesium, penaksiran umur batuan atau benda-benda kuno (carbon dating), mempengaruhi aktivitas pada ranah sel tubuh manusia, dan sebagainya. Masih merupakan aplikasi pada massa sangat ringan, mereka bekerja dalam nanoteknologi, yaitu dalam ukuran sangat-sangat kecil kira-kira seper miliar meter. Penggunaan sinar laser untuk berbagai teknologi tidak lepas dari campur tangan fisika di bidang ini.
Bagaimana menjelaskan bahwa suatu benda dapat diproyeksikan menjadi sebuah citra (2 dimensi) menggunakan lensa sedemikian rupa, sehingga bisa diset untuk mendapatkan citra sesuai keinginan. Berapa ukuran dan apa parameter yang dapat digunakan, tidak luput dari perhatian para fisikawan, semisal jarak fokus, pantulan, penyerapan, interferensi, diafragma, dan sebagainya. Mulai dari lensa untuk susunan galaksi dan bintang yang sangat jauh, sampai dengan lensa untuk mendapatkan citra susunan molekul merupakan bidang kajian yang juga berkembang sangat cepat di tangan para fisikawan.
Bidang kajian yang tidak kalah menarik adalah energi dan konversi energi. Energi adalah kemampuan untuk melakukan suatu kerja (work) tertentu yang diukur dengan satuan Joule ataupun turunannya, misalnya kalori, BTU, Daya Kuda, dan sebagainya. Di era pembangkitan energi baru dan terbarukan, bagaimana melakukan konversi dari energi Matahari, angin, ombak laut, perbedaan panas air laut, hidrogen, dan masih banyak lagi, juga bahan kajian yang menarik bagi para fisikawan bidang energi.
Tentu tidak bisa dilupakan hasil karya berupa bom yang merupakan hasil rekayasa reaksi untuk menghasilkan energi berdaya ledak luar biasa. Bom atom era perang dunia yang berdasarkan pada reaksi berantai (fisi), tentu kalah jauh dibandingkan dengan jenis bom neutron era sekarang. Reaksi-reaksi pada ranah inti atom tidak saja menghasilkan senjata pemusnah, namun juga dalam menghasilkan energi listrik yang lebih bermanfaat bagi masyarakat, misalnya reaktor nuklir pembangkit listrik yang lebih ramah lingkungan, dan penggerak mesin kapal.
Sampai saat ini, ada lebih dari 220 fisikawan yang telah mendapatkan hadiah Nobel sebagai penghargaan atas berbagai penemuan bidang fisika. Mereka tersebar di pelbagai bidang kajian, seperti fisika teoritis, eksperimental, partikel, kosmologi, astrofisika, dan zat terkondensasi. Saking luasnya bidang ini, dalam sepuluh tahun ke belakang selalu terdapat penerima penghargaan ini dari kalangan ahli fisika. Ke depan kemungkinan masih akan berlanjut dengan berbagai temuan baru yang tidak kalah mengejutkan dan berdaya guna bagi kemaslahatan umat manusia.
Tantangan Masa Depan
Kita sekarang hidup di era digital, di mana salah satu alat bantu utama di dalam kehidupan sehari-hari adalah peralatan maupun komputer digital. Telepon pintar, peralatan elektronik rumah tangga, mesin pembayaran transaksi, peralatan indikator, sistem layanan publik, dan masih banyak lagi, semua bekerja berdasarkan teknologi digital dan mampu terhubung dengan komputer digital.
Teknologi komputer digital mulai diperkenalkan secara konsep sampai dengan hampir matang sekarang ini, telah menapaki usia mendekati 100 tahun. Berbagai riset tentang komputer kuantum, kemungkinan sebagai pengganti komputer digital kemungkinan sudah dimulai tahun 1980-an. Komputer kuantum bekerja dengan dasar Qubit, yaitu selain keadaan 0 dan 1 seperti pada komputer digital, juga superposisi yang merupakan kombinasi linear dari 0 dan 1. Komputer kuantum disinyalir bekerja jauh lebih cepat dibandingkan dengan komputer digital. Masalah-masalah dasar masih perlu dipecahkan oleh para fisikawan di bidang komputer kuantum ini dan sudah menjadi bahan riset selama beberapa puluh tahun ke belakang.
Bidang energi masih membuka peluang sangat besar bagi penelitian untuk mendapatkan kemanfaatan lebih besar. Energi harus lebih efisien, ramah lingkungan, dan tetap memperhatikan keberlanjutan bagi generasi masa depan, termasuk sistem penyimpanan energi, seperti misalnya superkapasitor, baterai, dan hidrogen.
Penutup
Ilmu Fisika merambah berbagai topik kajian dan penelitian, mulai dari gaya lemah, gaya kuat, massa besar, sampai dengan benda dan fenomena tak kasat mata. Dari segi usia yang sudah cukup lama, ilmu ini mampu menyumbangkan banyak sekali penjelasan berbagai fenomena alam yang terjadi di dunia ini. Berbagai hasil dan aplikasi, seperti energi listrik, fotografi, gaya dan benda-benda langit, dapat dijelaskan dengan baik oleh Ilmu Fisika.
Ke depan masih banyak tantangan untuk dapat menjelaskan dan menghasilkan penerapan ilmu bagi kehidupan manusia di dunia. Tantangan dalam memenuhi kebutuhan energi bagi umat manusia di masa depan masih memberikan ruang riset yang sangat luas. Dari sini patut disematkan julukan bahwa bagi Ilmu Fisika rakus sekali dalam mengambil bidang kajian dan riset.
