Makalah Filsafat FisMod Fix 2003
-
Upload
desita-tri-arifien -
Category
Documents
-
view
281 -
download
18
description
Transcript of Makalah Filsafat FisMod Fix 2003
FILSAFAT SEJARAH PENEMUAN BEBERAPA TEORI DALAM FISIKA MODERN
TUGAS MATAKULIAHFilsafat dan Didaktik Fisika
yang dibina oleh Ibu Dr. Lia Yuliati, M.Pd.
Oleh:Kelompok 7
Desita Tri A. 140321807144Rindu Rahmatiah 140321807462
UNIVERSITAS NEGERI MALANGPASCASARJANA
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKADesember 2014
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum warahmatullahiwabarakatuh.
Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala limpahan rahmat dan
karuniaNya sehingga makalah yang berjudul Filsafat Sejarah Penemuan Beberapa Teori
Dalam Fisika Modern ini dapat terselesaikan. Adapun tujuan dari penulisan makalah ini
adalah untuk memenuhi tugas Mata Kuliah Filsafat dan Didaktik Fisika.
Terima kasih kami sampaikan kepada semua pihak yang telah membantu dalam
penyusunan Makalah Filsafat Sejarah Penemuan Beberapa Teori Dalam Fisika Modern ini.
Kami menyadari makalah ini masih terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu, kritik dan
saran yang konstruktif sangat diharapkan. Kami berharap makalah ini dapat bermanfaat bagi
kita semua.
Demikian, terima kasih.
Wassalamu’alaikum warahmatullahhiwabarakatuh.
Malang, Desember 2014
Penulis
Makalah Filsafat Fisika Modern 2
DAFTAR ISI
Halaman Judul ……………………………………………………………………………. i
Kata Pengantar …………………………………………………………………………… ii
Daftar Isi ………………………………………………………………………………….. iii
Bab I. Pendahuluan ………………………………………………………………………. 1
Bab II. Pembahasan .........................................................................………………………
1. Max Planck .…………………………………………………………………….
2. Albert Einstein ………………………………….................................................
3. Niels Bohr …………………………………........................................................
4. Arthur Holly Compton ………………………………........................................
5. Leuis de Broglie ……………………….............................................................
6. Werner Heisenberg ………………………..........................................................
3
3
6
9
12
14
17
Bab III. Penutup ………………………………………………………………………….. 21
Makalah Filsafat Fisika Modern 3
BAB I
PENDAHULUAN
Filsafat dan ilmu adalah dua kata yang saling berkaitan baik secara substansial maupun
historis. Kelahiran suatu ilmu tidak dapat dipisahkan dari peranan filsafat, sebaliknya
perkembangan ilmu memperkuat keberadaan filsafat. Keinginan-keinginan melakukan
observasi dan eksperimen sendiri, dapat didorong oleh keinginannya untuk membuktikan
hasil pemikiran filsafat yang cenderung spekulatif ke dalam bentuk ilmu yang praktis. Dengan
demikian, ilmu pengetahuan dapat diartikan sebagai keseluruhan lanjutan sistem pengetahuan
manusia yang telah dihasilkan oleh hasil kerja filsafat kemudian dibukukan secara sistematis
dalam bentuk ilmu yang terteoritisasi.
Ilmu dapat dibedakan dengan filsafat. Ilmu bersifat pasteriori. Kesimpulannya ditarik
setelah melakukan pengujian-pengujian secara berulang-ulang. Untuk kasus tertentu, ilmu
bahkan menuntut untuk diadakannya eksperimen dan pendalaman untuk mendapatkan
esensinya. Sedangkan filsafat bersifat priori, yakni; kesimpulan-kesimpulannya ditarik tanpa
pengujian. Sebab filsafat tidak mengharuskan adanya data empiris seperti dimiliki ilmu.
Karena filsafat bersifat spekulatif dan kontemplatif yang ini juga dimiliki ilmu.
Kebenaran filsafat tidak dapat dibuktikan oleh filsafat itu sendiri, tetapi hanya dapat
dibuktikan oleh teori-teori keilmuan melalui observasi dan eksperimen. Dengan demikian,
tidak setiap filosof dapat disebut sebagai ilmuan, sama seperti tidak semua ilmuwan disebut
filosof. Meski demikian aktifitas berpikir. Tetapi aktivitas dan ilmuwan itu sama, yakni
menggunakan aktifitas berpikir filosof. Berdasarkan cara berpikir seperti itu, maka hasil kerja
filosofis dapat dilanjutkan oleh cara kerja berfikir ilmuwan. Hasil kerja filosofis bahkan dapat
menjadi pembuka bagi lahirnya ilmu. Namun demikian, harus juga diakui bahwa tujuan akhir
dari ilmuwan yang bertugas mencari pengetahuan, dapat dilanjutkan oleh cara kerja berpikir
filosofis.
Antara ilmu dan filsafat serta cara kerja ilmuwan dan filosofis, memang mengandung
sejumlah persamaan, yakni sama-sama mencari kebenaran. Ilmu memiliki tugas melukiskan,
sedangkan filsafat bertugas untuk menafsirkan kesemestaan. Aktivitas ilmu digerakkan oleh
pertanyaan bagaimana menjawab pelukisan fakta. Sedangkan filsafat menjawab atas
Makalah Filsafat Fisika Modern 4
pertanyaan lanjutan bagaimana sesungguhnya fakta itu, dari mana awalnya dan akan kemana
akhirnya.
Berbagai gambaran di atas memperlihatkan bahwa filsafat di satu sisi dapat menjadi
pembuka bagi lahirnya ilmu pengetahuan, namun di sisi yang lainnya ia juga dapat berfungsi
sebagai cara kerja akhir ilmuwan. Filsafat yang sering disebut sebagai induk ilmu
pengetahuan (mother of science) dapat menjadi pembuka dan sekaligus ilmu pamungkas
keilmuan yang tidak dapat diselesaikan oleh ilmu. Kenapa demikian? Sebab filsafat dapat
merangsang lahirnya sejumlah keinginan dari temuan filosofis melalui berbagai observasi dan
eksperimen yang melahirkan berbagai pencabangan ilmu.
Makalah ini membahas sejarah penemuan beberapa teori oleh ilmuan-ilmuan pada era
fisika modern, aliran filsafat yang terkandung di dalamnya, serta implikasinya pada bidang
pendidikan. Era fisika modern dimulai dari tahun 1890an sampai saat ini. Pada akhir abad ke
19 ditemukan beberapa fenomena yang tidak bisa dijelaskan melalui fisika klasik. Hal ini
menuntut pengembangan konsep fisika yang lebih mendasar lagi yang sekarang disebut fisika
modern. Dalam periode ini dikembangkan teori-teori yang lebih umum yang dapat mencakup
masalah yang berkaitan dengan kecepatan yang sangat tinggi (relativitas) atau/dan yang
berkaitan dengan partikel yang sangat kecil (teori kuantum). Dengan kelamahan-kelemahan
fisika klasik, fisika modern mampu mengembangkan dan menjawab berbagai permasalahan
yang tidak terjawab oleh pemikiran fisika klasik. Beberapa penemuan penting dalam zaman
ini diantaranya:
1. Relativitas Khusus
Teori relativitas yang dipelopori oleh Einstein menghasilkan beberapa hal diantaranya
adalah kesetaraan massa dan energi E=mc2 yang dipakai sebagai salah satu prinsip
dasar dalam transformasi partikel.
2. Teori kuantum
Diawali oleh karya Planck dan Bohr dan kemudian dikembangkan oleh Schroedinger,
Pauli, Heisenberg, dan lain-lain, melahirkan teori-teori tentang atom, inti, partikel sub
atomik, molekul, zat padat yang sangat besar perannya dalam pengembangan ilmu dan
teknologi.
3. Efek Compton
Kuantum energi tidak dapat digambarkan sebagai gelombang tetapi lebih mendekati
bentuk partikel. Partikel cahaya dalam bentuk kuantum dikenal dengan sebutan foton.
Pandangan cahaya sebagai foton diperkuat lagi melalui gejala yang dikenal sebagai efek
Compton.
Makalah Filsafat Fisika Modern 5
BAB II
PEMBAHASAN
1. MAX PLANCK
Max Karl Ernst Ludwig Planck (23 April 1858 – 4 Oktober 1947) adalah seorang
fisikawan Jerman yang dikenal sebagai penemu teori kuantum. Max Planck dilahirkan di Kiel
dan belajar di Munich dan Berlin. Seperti banyak ahli fisika, ia seorang pemain musik yang
baik, selain itu ia juga senang mendaki gunung. Pada tahun 1900, setelah enam tahun bekerja
di Universitas Berlin, Planck mendapatkan bahwa kunci pemahaman radiasi benda hitam
ialah anggapan bahwa pemancaran dan penyerapan radiasi terjadi dalam kuantum energi hv.
Penemuan yang menghasilkan hadiah Nobel dalam tahun 1918 ini, sekarang dianggap sebagai
tonggak dari fisika modern.
1.1. Sejarah Penemuan Teori Kuantum (Radiasi Benda Hitam)
Pada tahun 1900, Max Planck memutuskan untuk mempelajari radiasi benda hitam.
Beliau berusaha untuk mendapatkan persamaan matematika yang menyangkut bentuk dan
posisi kurva pada grafik distribusi spektrum. Planck menganggap bahwa permukaan benda
hitam memancarkan radiasi secara terus-menerus, sesuai dengan hukum-hukum fisika yang
diakui pada saat itu. Hukum-hukum itu diturunkan dari hukum dasar mekanika yang
dikembangkan oleh Sir Isaac Newton. Namun, dengan asumsi tersebut ternyata Planck gagal
untuk mendapatkan persamaan matematika yang dicarinya. Kegagalan ini telah mendorong
Planck untuk berpendapat bahwa hukum mekanika yang berkenaan dengan kerja suatu atom
sedikit banyak berbeda dengan hukum Newton.
Max Planck memulai kembali dengan asumsi baru, bahwa permukaan benda hitam
tidak menyerap atau memancarkan energi secara kontinyu, melainkan berjalan sedikit demi
sedikit dan bertahap-tahap. Menurut Planck, benda hitam menyerap energi dalam berkas-
berkas kecil dan memancarkan energi yang diserapnya dalam berkas-berkas kecil pula.
Berkas-berkas kecil itu selanjutnya disebut kuantum. Teori kuantum ini bisa diibaratkan
dengan naik atau turun menggunakan tangga. Hanya pada posisi-posisi tertentu, yaitu pada
Makalah Filsafat Fisika Modern 6
posisi anak tangga kita dapat menginjakkan kaki, dan tidak mungkin menginjakkan kaki di
antara anak-anak tangga itu. Hipotesis Planck amatlah berlawanan dengan apa yang menjadi
konsep umum teori fisika klasik saat itu. Terobosan Planck merupakan tindakan yang sangat
berani karena bertentangan dengan hukum fisika yang telah mapan dan sangat dihormati.
Berkat kesungguhannya dengan hipotesa yang revolusioner ini, Planck berhasil
menemukan suatu persamaan matematika untuk radiasi benda hitam yang benar-benar sesuai
dengan data eksperimen yang diperolehnya. Persamaan tersebut selanjutnya disebut Hukum
Radiasi Benda Hitam Planck yang menyatakan bahwa intensitas cahaya yang dipancarkan
dari suatu benda hitam berbeda-beda sesuai dengan panjang gelombang cahaya. Planck
mendapatkan suatu persamaan : E = hv, yang menyatakan bahwa energi suatu kuantum (E)
adalah setara dengan nilai tetapan tertentu yang dikenal sebagai tetapan Planck (h), dikalikan
dengan frekwensi (v) kuantum radiasi.
Tetapan "h" Planck memegang peranan penting dalam teori fisika dan sekarang
dihimpun menjadi salah satu tetapan fisika paling dasar. Tetapan itu diantaranya muncul
dalam teori struktur atom, prinsip ketidakpastian Heisenberg, teori radiasi, dan banyak lagi
formula ilmiah lainnya. Dengan teori radiasi benda hitam yang ditemukannya, ilmu fisika
mampu menyuguhkan pengertian yang mendalam tentang alam benda dan materi. Planck
menerbitkan karyanya pada majalah yang sangat terkenal. Namun untuk beberapa saat, karya
Planck ini tidak mendapatkan perhatian dari masyarakat ilmiah saat itu. Pada mulanya, Planck
sendiri dan fisikawan lainnya menganggap bahwa hipotesa tersebut tidak lain dari fiksi
matematika yang cocok. Namun setelah berjalan beberapa tahun, anggapan tersebut berubah
hingga hipotesa Planck tentang kuantum dapat digunakan untuk menerangkan berbagai
fenomena fisika. Perkembangan mekanika kuantum ini mungkin yang paling penting dari
perkembangan ilmu pengetahuan dalam abad ke-20, bahkan lebih penting ketimbang teori
relativitas Einstein. Ini merupakan catatan sejarah dunia dalam bidang ilmu pengetahuan
fisika.
1.2. Aliran Filsafat yang Mempengaruhi
Proses penemuan teori kuantum oleh Planck diawali dengan usahanya untuk
mendapatkan persamaan matematika. Planck memulainya dengan berasumsi sesuai
pendekatan hukum-hukum fisika yang diakui pada saat itu, yang diturunkan dari hukum dasar
mekanika yang dikembangkan oleh Sir Isaac Newton. Namun, dengan asumsi tersebut Planck
gagal untuk mendapatkan persamaan matematika yang dicarinya. Kemudian Planck memulai
kembali dengan asumsi baru dengan hipotesa yang sangat berlawanan dengan konsep umum
teori fisika klasik saat itu. Berkat kesungguhannya dengan hipotesa yang revolusioner
Makalah Filsafat Fisika Modern 7
tersebut, Planck berhasil menemukan suatu persamaan matematika untuk radiasi benda hitam
yang benar-benar sesuai dengan data eksperimen yang diperolehnya. Dengan demikian
filsafat yang mempengaruhi proses penemuan Teori Kuantum adalah:
a. Idealisme
Proses penemuan teori kuantum oleh Planck diawali dengan berhipotesis untuk
mendapatkan persamaan matematika yang diinginkan. Dalam berhipotesis terdapat
tindakan berpikir untuk memecahkan masalah, Proses berpikir tersebut tentu
menggunakan ide untuk mengeluarkan gagasan. Sehingga dalam hal ini, pengetahuan
yang diperoleh bersumber dari gagasan dalam diri. Oleh karena itu, filsafat yang sesuai
adalah idealisme.
b. Esensialisme
Anggapan Planck bahwa permukaan benda hitam memancarkan radiasi secara terus-
menerus, sesuai dengan hukum-hukum fisika yang diakui pada saat itu, yaitu hukum yang
diturunkan dari hukum dasar mekanika yang dikembangkan oleh Sir Isaac Newton. Hal
ini berarti Planck menggunakan pengetahuan yang esensial di masa lampau untuk
dijadikan dasar pendekatan berpikir mengenai temuannya. Oleh karena itu, filsafat yang
sesuai adalah esensialisme.
c. Empirisme
Berkat kesungguhannya, Planck berhasil menemukan suatu persamaan matematika untuk
radiasi benda hitam yang benar-benar sesuai dengan data eksperimen yang diperolehnya.
Dalam melakukan eksperimen tersebut, terjadi interaksi langsung dengan objek. Dengan
demikian, filsafat yang sesuai adalah empirisme.
1.3. Implikasi dalam Bidang Pendidikan
Fokus utama materi ini untuk level siswa sekolah menengah adalah menganalisis secara
kualitatif gejala kuantum yang mencakup hakikat dan sifat-sifat radiasi benda hitam
serta penerapannya. Di dalam pembelajaran terdapat kegiatan menafsirkan data radiasi
benda hitam, merumuskan radiasi benda hitam (termasuk hukum pergeseran Wien),
postulat Planck, atau dapat pula memaparkan hasil kajian literatur tentang perilaku
radiasi benda hitam. Oleh karena pembelajaran materi ini cukup dilakukan dengan
menganalisis, maka tidak perlu dilakukan kegiatan eksperimen. Dengan demikian
model pembelajaran yang dapat digunakan yaitu PBL (Problem Based Learning).
Namun demikian, eksperimen yang berkaitan dengan radiasi benda hitam dapat
dilakukan oleh mahasiswa di tingkat Universitas yang sudah berada dalam tahap
pemikiran abstrak. Selain itu tingkat kesulitan objek penelitiannya tinggi dan
Makalah Filsafat Fisika Modern 8
membutuhkan alat eksperimen yang canggih yang ada di level Universitas. Eksperimen
dalam bidang fisika modern lebih mengarah ke pembuktian teori atau hipotesis dengan
kesesuaian data eksperimen. Dengan demikian, keberadaan eksperimen dalam kegiatan
pembelajaran juga didasarkan dari level pemikiran siswa/mahasiswa dan juga tingkat
kesulitan objek penelitiannya.
2. ALBERT EINSTEIN
Albert Einstein lahir pada tanggal 14 Maret 1879 di Ulm, Jerman. Einstein dikenal
sebagai ilmuwan paling dikagumi pada abad 20. Setelah menamatkan pendidikannya di
Jerman, Italy, Swiss dan meraih gelar profesornya di Zurich. Einstein menjadi profesor di
School of Mathematics at the Institute for Advanced Study di Princeton.
2.1. Sejarah Penemuan Penjelasan Efek Fotolistrik
Pada saat sekolah menengah Einstein diketahui sebagai siswa yang mengalami kesulitan
belajar sampai harus dipindahkan ke sekolah khusus karena ia tidak dapat mengikuti pelajaran
di sekolah pada umumnya. Di sekolah baru inilah Einstein belajar tidak hanya dari buku dan
karya ilmiah melainkan berinteraksi langsung dengan alat-alat mekanik dan magnet dengan
bimbingan guru yang tepat. Einstein sukses masuk sekolah Zuricher Polytechnikum. Einstein
mengatakan bahwa ia tidak suka ujian, ia lebih menyukai membaca. Sampai pada suatu ketika
dimana Einstein memutuskan untuk berhenti menempuh pendidikannya dan keluar dari
Zuricher Polytechnikum.
Pemikiran Einstein dipengaruhi ilmuwan dan fisikawan sebelumnya, seperti Leibniz
dan Newton, Hume dan Kant, Faraday dan Helmholtz, Hertz dan Maxwell, Kirchhoff dan
Mach, Boltzmann dan Planck yang dikenalnya dari buku-buku yang sering ia baca. Pemikiran
Einstein mengenai efek Fotolistrik, relativitas, gravitasi dijelaskan dengan cara yang simple
dan mudah dimengerti, berbeda dengan penjelasan para ahli yang cenderung lebih rumit. Lalu
darimana Einstein memperoleh kemampuannya untuk memperoleh hal esensial dari yang
non-esensial? Pekerjaan Einstein sebagai orang yang menangani hak paten melatih Einstein
untuk membaca sekian paper yang harus dijelaskan ulang dengan lebih sederhana. Setelah
bekerja di urusan hak paten selama 7 tahun, Einstein pergi ke Zurich. Disinilah Einstein
mengenal Max Planck, James Franck, Walter Nernst, Max von Laue, dan ilmuwan besar
lainnya melalui program Colleagueship. Konsultasi mengenai isu-isu terkini dan seminar-
seminar yang berkaitan dengan penemuan-penemuan terbaru seringkali dilakukan diantara
para Colleagueship ini, selain itu korespondensi dengan surat maupun bertemu langsung juga
dilakukan.
Makalah Filsafat Fisika Modern 9
Dari hasil pemikirannya selama bertahun-tahun, diskusi panjang dengan rekan-rekan
ilmuwan, Einstein akhirnya membuahkan karya ilmiah. Pada awal 1900 Einstein
mempublikasikan tiga karya ilmiahnya mengenai efek fotolistrik, relativitas dan gravitasi.
Einstein pertama kali menerima Nobel untuk karyanya yang menjelaskan efek fotolistrik.
Awalnya efek fotolistrik teramati oleh Frank Hertz (1887) yang menunjukkan adanya
percikan yang melompat dengan cepat diantara dua bola bermuatan listrik justru ketika
permukaan-permukaan bola disinari oleh cahaya yang datang dari percikan lainnya. Grafik
hubungan antara tegangan yang diberikan pada sistem dan arus menunjukkan bahwa potensial
henti tidak bergantung pada intensitas radiasi. Hasil eksperimen ini tidak dapat dijelaskan
dengan menggunakan teori gelombang yaitu bahwa energi kinetik dari elektron foton harus
semakin besar jika intensitas diperbesar (hasil eksperimen menunjukkan hal sebaliknya, tidak
bergantung pada intensitas radiasi) dan efek fotolistrik dapat terjadi pada setiap frekuensi
cahaya (hasil eksperimen menunjukkan efek fotolistrik tidak terjadi untuk frekuensi yang
lebih kecil dari frekuensi ambang), waktu paruh untuk elektron dapat bebas dari permukaan
logam relatif sangat singkat (10-9 sekon) dan tidak dapat menjelaskan mengapa Ek bertambah
jika frekuensi ditambah.
Untuk itu Einstein mengemukakan pendapatnya yang didasarkan dari hipotesa Planck.
Efek fotolistrik dapat dijelaskan oleh Einstein dengan menggunakan hipotesa Planck dimana
cahaya merambat dalam bentuk paket-paket energi yang disebut foton. Foton tersebut
berperilaku seperti partikel dan setiap foton memiliki energi (E=hf). Jika cahaya diserap oleh
bahan maka seluruh paket energinya diserahkan kepada salah satu elektron yang ada di
permukaan keping. Jika energi hf cukup besar, maka sebagian dari energinya (Wo) digunakan
untuk melepaskan elektron dari ikatannya, sisanya akan menjadi energi kinetik elektron.
Secara matematis dapat dituliskan:
jika hf<Wo maka elektron tidak akan terlepas sedangkan jika melebihi maka elekstron akan
terlepas dan memiliki energi kinetik sebesar
untuk itu dapat disimpulkan bahwa Ek maks tidak bergantung dari intensitas radiasi
(intensitas hanya akan menyebabkan bertambahnya jumlah elektron yang terlepas), Ek maks
sebading dengan frekuensi, tidak ada efek fotolistrik yang teramati di bawah frekuensi
ambang, dan waktu yang dibutuhkan elektron untuk keluar hampir bersamaan dengan cahaya
yang datang karena sesuai dengan teori partikel cahaya yaitu energi datang dalam bentuk
paket energi berinteraksi antara foton-elektron.
Makalah Filsafat Fisika Modern 10
2.2. Aliran Filsafat yang Mempengaruhi
Eksperimen Efek Fotolistrik telah dilakukan oleh Frank Hertz pada tahun 1887, namun
hasil eksperimen Efek Fotolistrik tersebut tidak dapat dijelaskan Hertz karena tidak sesuai
dengan teori cahaya sebagai gelombang. Einstein menjelaskan kembali hasil Efek Fotolistrik
ini dengan mengajukan penjelasan dan analisis dengan menganggap cahaya berperilaku
sebagai partikel sebagaimana hipotesa Planck. Filsafat yang mempengaruhi proses penjelasan
Efek Fotolistrik yang dijelaskan Einstein adalah:
a. Idealisme
Penjelasan mengenai gejala fisis yang dapat secara tepat sesuai dengan hasil eksperimen
Efek Fotolistrik yang dilakukan oleh Hertz diperoleh Einstein dari dugaan atau
hipotesisnya dengan didasarkan dari pengetahuan-pengetahuan yang dimilikinya. Dengan
demikian aliran filsafat yang mempengaruhi dalam proses ini dipengaruhi oleh idealisme.
b. Esensialisme
Hipotesis yang diajukan Einstein didasarkan dari hipotesis yang diajukan Planck
mengenai cahaya merambat dalam bentuk paket-paket energi yang berupa foton, yang
berperilaku sebagai partikel. Einstein mengambil hal-hal esensial dalam hipotesis Planck
untuk memberikan penjelasan yang tepat mengenai sifat cahaya yang berperilaku sebagai
partikel dan berhasil membuktikan kesesuaian hipotesisnya dengan hasil eksperimen Efek
Fotolistrik. Dengan demikian aliran filsafat yang mempengaruhi yaitu esensialisme.
c. Empirisme
Analisis yang dilakukan oleh Einstein didasarkan dari eksperimen yang telah dilakukan
oelh Franck Hertz. Hasil eksperimen foto listrik menunjukkan ketidak sesuaian antara
hasil percobaan dan teori cahaya sebagai gelombang. Namun hasil eksperimennya sesuai
jika cahaya dianggap berperilaku sebagai partikel. Dengan demikian dalam proses
penemuannya juga dipengaruhi oleh kegiatan eksperimen, maka aliran filsafat yang
mempengaruhi yaitu Empirisme.
2.3. Implikasi dalam Bidang Pendidikan
Fokus utama materi untuk siswa sekolah menengah yang dijelaskan adalah penjelasan
fisis dari hasil eksperimen Efek Fotolistrik dari sudut pandang cahaya sebagai gelombang dan
peyempurnaan teori yang menganggap cahaya sebagai partikel sebagaimana yang dijelaskan
oleh Einstein. Dengan demikian pembelajaran yang dilakukan tidak perlu menggunakan
eksperimen, melainkan cukup dengan memahami dan menganalisis gejala fisis Efek
Fotolistrik. Model pembelajaran yang dapat digunakan yaitu PBL (Problem Based Learning).
Namun demikian, eksperimen yang berkaitan dengan efek fotolistrik dapat dilakukan oleh
Makalah Filsafat Fisika Modern 11
mahasiswa di tingkat Universitas yang sudah berada dalam tahap pemikiran abstrak. Selain itu
tingkat kesulitan objek penelitiannya tinggi dan membutuhkan alat eksperimen yang canggih
yang ada di level Universitas. Eksperimen dalam efek fotolistrik lebih mengarah ke
pembuktian teori atau hipotesis mengenai perilaku cahaya sebagai partikel dengan kesesuaian
data eksperimen efek fotolistrik. Dengan demikian, keberadaan eksperimen dalam kegiatan
pembelajaran juga didasarkan dari level pemikiran siswa/mahasiswa dan juga tingkat
kesulitan objek penelitiannya.
3. NIELS BOHR
Niels Henrik David Bohr lahir 8 Oktober1885 di Copenhagen. Ayahnya, Christian
Bohr adalah profesor fisiologi di University of Copenhagen. Ketertarikan dan kemampuan
Bohr dalam bidang sains didukung oleh orang tuanya. Adiknya, Harald, adalah salah satu ahli
matematika yang mengangumkan.
3.1. Sejarah Penemuan Model Atom Bohr
Awalnya Bohr memilih bidang filsafat dan matematika di University of Copenhagen
namun pada tahun 1905 Bohr mendengar adanya kompetisi fisika di Royal Danish Academy
of Sciences dan memutuskan ikut dalam kompetisi tersebut. Dengan menggunakan
laboratorium ayahnya, Bohr melakukan ekperimen mengenai tegangan permukaan dan
memenangkan kompetensi untuk analisis teoritis dan ketepatan eksperimen mengenai vibrasi
dari jet air sebagai cara untuk menentukan tegangan permukaan. Sejak itu, Bohr memutuskan
untuk lebih fokus pada bidang fisika. Setelah menyelesaikan studi masternya pada tahun
1911, selama menjalani studipost-doctoral Bohr bekerja bersama J.J. Thompson yang telah
lebih dulu menemukan elektron dan mengusulkan model atom yang dikenal dengan sebutan
“plum pudding” model of an atomatau model atom roti kismis. Dalam penggambarannya
Thompson menggambarkan penyebaran muatan positif dan negatif mirip kue kismis, dimana
muatan positif merupakan kue sedangkan kismis dianalogikan sebagai muatan negatif. Namun
kemudian, model atom Thompson digantikan oleh model atom yang diajukan oleh Ernest
Rutherford.
Rutherford menemukan adanya inti atom yang bermuatan positif pada tahun 1911
dengan eksperimen menembakkan partikel alfa pada lempengan emas yang tipis (sekitar
0,01mm). Hasil eksperimen Rutherford menunjukkan adanya partikel-partikel alfa yang
dibelokkan bahkan ada yang dipantulkan dan ada yang menembus lempengan emas. Fakta ini
menunjukkan adanya inti atom yang tidak dapat ditembus partikel alfa. Untuk itu Rutherford
mengajukan model atom Rutherford dimana atom terdiri dari inti atom yang bermuatan positif
Makalah Filsafat Fisika Modern 12
(massa atom sebagian besar merupakan massa inti atom) yang dikelilingi elektron dalam
orbit-obit tertentu, seperti orbit planet yang mengelilingi matahari. Bohr pada akhirnya
memutuskan untuk bergabung dengan penelitian Rutherford, dan salah satu dari ilmuwan
yang pertama kali menyadari pentingnya penomoran atom yang mengindikasikan posisi
elemen di tabel periodik dan sama dengan jumlah alami muatan negatif (elektron) dalam
atomnya.
Bohr menyadari bahwa variasi fisis dan kimia dari elemen didasarkan pada gerak
elektron yang mengelilingi inti atom dan bahwa berat atom dan perilaku radioaktif ditentukan
oleh inti atom itu sendiri. Model atom Rutherford merupakan langkah awal yang sangat bagus
namun teori klasik menunjukkan kelemahan dari model atom ini yaitu jika elektron bergerak
mengorbit mendekati inti atom dan akan jatuh ke inti atom, sehingga atom tidak dalam
keadaan stabil. Model atom Rutherford baik ditinjau dari mekanik dan elektromagnetik
berada dalam kondisi tidak stabil, namun kemudian Bohr mengusulkan stabilitas pada gerak
elektron yang mengorbit inti atom dengan mengenalkan ide baru yang belum diklarifikasi dari
teori kuantum yang dikembangkan oleh Max Planck, Albert Einstein dan fisikawan lain. Bohr
mengadaptasi konsep yang mendekati teori kuantum dari pekerjaan revolusioner dari Max
Planck. Bohr mengusulkan postulat bahwa elektron-elektron yang mengelilingi inti atom
(yang terdiri dari muatan positif) bersifat diskrit dan stasioner, elektron dapat melompat dari
satu orbit ke orbit yang lain selama elektron bergerak dalam orbitnya. Menurut model atom
Bohr, elektron bergerak mengelilingi inti atom dalam suatu orbit namun orbit tersebut berupa
energi dalam bentuk diskrit dan elektron dapat mengambil ataupun melepaskan energi hanya
dengan berpindah dari satu orbit ke orbit yang lain, menyerap atau menghamburkan radiasi.
Essay paling mengesankan yang ditulis Bohr berkaitan dengan teori kuantum dari atom
yang menjelaskan spektrum hidrogen yang tidak dapat dijelaskan dalam model atom
Rutherford. Bohr mampu menentukan frekuensi dari garis spektrum untuk meyakinkan
keakuratan dari teori Bohr yang diajukannya, Bohr mengekspresikan hasilnya dalam bentuk
muatan dan massa elektron dan kontanta Planck (disimbolkan oleh h). Untuk memperoleh ini,
Bohr juga mempostulatkan bahwa atom tidak akan memancarkan radiasi ketika keadaan
stabil. Frekuensi radiasi yang dipancarkan akan sama dengan perbedaan energi dalam keadaan
statis dibagi konstanta Planck. Ini artinya atom tidak dapat menyerap atau memancarkan
radiasi secara kontinyu namun hanya berupa lompatan kuantum, pernyataan Bohr tersebut
masih menimbulkan perdebatan di kalangan fisikawan karena masih sulit untuk diterima.
Konsekuensi dari teori Bohr dibuktikan oleh pengukuran spektroskopik dan hasil
eksperimen lain. Namun demikian model atom yang diajukan Bohr juga masih memiliki
Makalah Filsafat Fisika Modern 13
kelemahan yaitu lintasan atom tidak hanya berupa lingkaran sebagaimana yang dijelaskan
oleh Bohr, model atom Bohr akan menjadi rumit untuk dijelaskan pada atom yang memiliki
banyak elektron luar, selain itu model atom tersebut tidak dapat menerangkan ikatan kimia
dalam atomd dan juga pengaruh medan terhadap atom berelektron banyak. Namun demikian
Bohr menerima penghargaan Nobel untuk dedikasinya meneliti struktur atom dan pancaran
radiasi atom pada tahun 1922. Bohr mendedikasikan hidupnya untuk meneliti struktur atom
lanjut yang berkaitan dengan energi fusi dan fisi yang terjadi pada nuklir dengan
menggunakan material uranium.
3.2. Aliran Filsafat yang Mempengaruhi
a. Idealisme
Penggambaran model atom Bohr diperoleh dari pemikiran-pemikiran Bohr mengenai
adanya elektron yang bergerak mengelilingi orbit yang bersifat diskrit dan stasioner.
Dengan demikian aliran filsafat yang mempengaruhi dalam proses ini dipengaruhi oleh
idealisme.
b. Esensialisme
Model atom Bohr didasarkan dari model atom Rutherford bahwa ada inti atom yang
berupa muatan positif dan muatan negatif yang mengelilingi orbit inti atom. Bohr
mengambil hal esensial dalam model atom Rutherford untuk kemudian dilakukan
perbaikan penjelasan mengenai beberapa hal yang menjadi kelemahan atom Rutherford.
Dengan demikian aliran filsafat yang mempengaruhi yaitu esensialisme.
c. Empirisme
Penggambaran model atom Bohr didasarkan dari penyempurnaan model atom Rutherford
dan Thompson. Hasil pengusulan model atom oleh Rutherford dan Thompson didasarkan
dari hasil eksperimen yang dilakukan oleh keduan ilmuwan tersebut, seperti Rutherford
dengan percobaan penembakan partikel sinar alfa ke lempengan logam tipis. Selain itu
pembuktian kesesuaian hipotesis Bohr mengenai garis spektrum pada gas hidrogen juga
didasarkan dari hasil eksperimen. Dengan demikian proses penemuan model atom Bohr
juga dipengaruhi oleh kegiatan eksperimen, maka filsafat yang mempengaruhi yaitu
empirisme.
3.3. Implikasi dalam Bidang Pendidikan
Fokus utama materi yang dijelaskan adalah karakteristik inti atom yang diajukan Bohr
untuk menyempurnakan model atom yang telah diajukan sebelumnya oleh Thompson dan
Rutherford. Dengan demikian pembelajaran yang dilakukan tidak perlu menggunakan
eksperimen, melainkan cukup dengan menganalisis karakteristik dan kelemahann masing-
Makalah Filsafat Fisika Modern 14
masing model atom. Model pembelajaran yang dapat digunakan yaitu PBL (Problem Based
Learning). Namun demikian, eksperimen yang berkaitan dengan struktur model atom dapat
dilakukan oleh mahasiswa di tingkat Universitas yang sudah berada dalam tahap pemikiran
abstrak. Selain itu tingkat kesulitan objek penelitiannya tinggi dan membutuhkan alat
eksperimen yang canggih yang ada di level Universitas. Dengan demikian, keberadaan
eksperimen dalam kegiatan pembelajaran juga didasarkan dari level pemikiran
siswa/mahasiswa dan juga tingkat kesulitan objek penelitiannya.
4. ARTHUR HOLLY COMPTON
Arthur Holly Compton lahir di Wooster, Ohio, Amerika pada tanggal 10 September
1892 di lingkungan keluarga yang dikenal sebagai keluarga pendidik. Ayahnya merupakan
Profesor yang mengajar Filsafatdi College of Wooster. Setelah lulus program sarjana dari
Wooster, Compton memutuskan untuk melanjutkan studi Master pada tahun 1914 dan studi
Ph. D pada tahun 1916 di Princeton.
4.1. Sejarah Penemuan Efek Compton
Karir Arthur Holly Compton di bidang penelitian fisika yang lebih mendalam dimulai
dengan keikutsertaannya sebagai anggota dari National Research Council, dimana Compton
berkesempatan mendapat beasiswa untuk melakukan penelitian penghamburan dan
penyerapan sinar gamma di laboratorium Rutherford di Cambridge, Inggris. Di Laboratorium
Rutherford inilah, beliau memperoleh hasil observasi yang menunjukkan bahwa sinar X yang
menumbuk elektron, dihamburkan dengan panjang gelombang yang lebih panjang, kemudian
dikenal sebagai efek Compton.
Penelitian Compton mengenai efek Compton dimulai dari penelitiannya mengenai
radiasi hamburan sinar gamma. Peningkatan absorbsi mengindikasikan peningkatan panjang
gelombang dan sesuai teori corpuscular cahaya akan menurunkan momentumnya. Pada saat
itu, hubungan antara panjang gelombang sinar gamma dan koefisien absorbsi tidak cukup
diketahui oleh Compton untuk dapat mengestimasi perubahan panjang gelombang yang tidak
lebih akurat dari 0,03 A pada sudut 90o. Tingkat keakuratan hasil penelitian ini tidak cukup
membuat Compton memberanikan diri mempublikasi hasil interpretasi foton yang diperoleh.
Compton kemudian melakukan eksperimen kembali untuk membuktikan interpretasi
dari hasil eksperimen sebelumnya. Kali ini Compton menggunakan keping grafit pada bagian
luar dari tabung (pipa) molybdenum sebagai target dari x-ray yang beroperasi pada 30kV dan
30mA dan menggunakan sistem dimana celah-celahnya tidak memungkinkan adanya radiasi
langsung dari target yang dapat mengenai kristal calcite. Spektrum yang diperoleh dari sistem
Makalah Filsafat Fisika Modern 15
tersebut menunjukkan bahwa garis penyebaran molybdenum Ka baik pada panjang
gelombang awalnya dan garis pergeserannya, mengalami pertambahan panjang gelombang
sepanjang 0,024 A (dengan tingkat akurasi sekitar 3%) jika sudut penyebarannya sebesar 90o.
Compton kemudian menyelesaikan persamaan untuk kekekalan energi dan momentum pada
tumbukan antara foton dan elektron bebas dan menjelaskan secara kualitatif mengenai hasil
eksperimennya.
Pada saat itu hasil eksperimen Compton menjadi perdebatan di kalangan ilmuwan fisika
karena sifat dualisme cahaya masih belum dapat diterima sebagian ilmuwan meskipun pada
penelitian yang dilakukannya Compton telah menggunakan difraksi dari crystal lattice, sebuah
fenomena yang hanya dapat dijelaskan oleh teori gelombang. Meskipun demikian perdebatan
mengenai efek Compton terus berlanjut. Profesor Duane merupakan salah satu ilmuwan yang
menentang pendapat Compton, yang kemudian memutuskan melakukan penelitian serupa
dengan tingkat akurasi yang lebih baik. Hasil eksperimen Profesor Duane ternyata
menunjukkan hasil yang sama dengan yang diperoleh Compton dan pada pertemuan 1924
APS menyatakan persetujuannya dengan pendapat Compton.
Sebagai konsekuensi dari interpretasinya, Compton juga memprediksi bahwa transfer
momentum dari foton untuk setiap elektron akan menghasilkan tipe baru dari radiasi
elektronik ketika sinar X bergerak dalam medium, yang disebut sebagai elektron ‘recoil’.
Compton juga memprediksi bahwa setiap foton yang terhambur akan bersimultan dengan
elektron recoilnya. Pembuktian adanya elektron recoil ini dibuktikan oleh penelitian C.T.R.
Wilson di the Cavendish Laboratory dan W. Bothe di Jerman. Sedangkan pembuktian
mengenai simultansi dilakukan oleh Compton dan Simon pada tahun 1925.
4.2. Aliran Filsafat yang Mempengaruhi
Pada dasarnya Compton melakukan eksperimen untuk membuktikan adanya efek
Compton (sinar X yang menumbuk elektron akan dihamburkan dengan panjang gelombang
yang lebih panjang), eksperimen yang dilakukan Compton hanya menunjukkan gejala fisis
yang teramati. Eksperimen kedua yang berhasil menunjukkan efek Compton yang lebih
akurat merupakan cara Compton untuk menunjukkan hipotesis/dugaannya terkait dengan
adanya elektron recoil dan simultansi elektron-foton. Sedangkan penjelasan kualitatif dan
analisis matematis diperoleh Compton dari pemikiran-pemikirannya. Dengan demikian
filsafat yang mempengaruhi proses penemuan efek Compton adalah
a. Idealisme
Makalah Filsafat Fisika Modern 16
Compton mengajukan dugaan/hipotesis yang berkaitan dengan panjaang gelombang yang
lebih panjang pada eksperimen Efek Compton dengan menduga bahwa cahaya memiliki
sifat dualisme-sebagai partikel dan gelombang. Dengan demikian proses penemuan dari
ide-ide atau dugaan atau hipotesis yang diajukan oleh Compton termasuk dalam aliran
Idealisme.
b. Emprisme
Meskipun berasal dari dugaan atau hipotesis, Compton juga melakukan eksperimen
secara langsung untuk membuktikan hipotesis yang diajukannya. Untuk itu proses
pembuktian hipotesis dengan melakukan eksperimen (berinteraksi langsung dengan
objek) termasuk dalam aliran filsafat empirisme.
c. Konstruktivis-Kognitif
Hipotesis yang diajukan oleh Compton untuk menjelaskan hasil eksperimennya
didasarkan pada pengetahuan-pengetahuan yang Compton miliki, dimana Compoton
mengkonstruk pengetahuannya sehingga dapat menentukan penjelasan yang tepat sesuai
dengan hipotesis yang diajukannya.
4.3. Implikasi dalam Bidang Pendidikan
Fokus utama materi untuk siswa sekolah menengah yang dijelaskan adalah penjelasan
fisis dari hasil eksperimen efek Compton dan persamaan matematisnya hingga diperoleh
selisih panjang gelombang sebelum dan sesudah tumbukan dan panjang gelombang Compton.
Dengan demikian pembelajaran yang dilakukan tidak perlu menggunakan eksperimen,
melainkan cukup dengan menganalisis gejala fisis efek Compton, pemanfaatannya dalam
teknologi, dan dampaknya pada kehidupan. Model pembelajaran yang dapat digunakan yaitu
PBL (Problem Based Learning). Namun demikian, eksperimen yang berkaitan dengan efek
Compton dapat dilakukan oleh mahasiswa di tingkat Universitas yang sudah berada dalam
tahap pemikiran abstrak. Selain itu tingkat kesulitan objek penelitiannya tinggi dan
membutuhkan alat eksperimen yang canggih yang ada di level Universitas. Hasil kesimpulan
hipotesis oleh Compton mengenai efek Compton didasarkan dari hasil eksperimen mengenai
efek Compton dimana terdapat perbedaan panjang gelombang sebelum dan sesudah tumbukan
foton-elektron. Dengan demikian, keberadaan eksperimen dalam kegiatan pembelajaran juga
didasarkan dari level pemikiran siswa/mahasiswa dan juga tingkat kesulitan objek
penelitiannya.
Makalah Filsafat Fisika Modern 17
5. LOUIS DE BROGLIE
Louis Victor Pierre Raymond duc de Broglie (15 Agustus 1892–19 Maret 1987),
banyak dikenal sebagai Louis de Broglie, ialah fisikawan Perancis berasal dari keluarga
Prancis yang dikenal memiliki diplomasi dan kemiliteran yang baik. Pada mulanya ia adalah
siswa sejarah, namun akhirnya ia mengikuti jejak kakaknya Maurice de Broglie untuk
membina karir dalam fisika. Pada 1924, tesis doktoralnya mengemukakan usulan bahwa
benda yang bergerak memiliki sifat gelombang yang melengkapi sifat partikelnya. Dua tahun
kemudian Erwin Schrodinger menggunakan konsep gelombang de Broglie untuk
mengembangkan teori umum yang dipakai olehnya bersama dengan ilmuwan lain untuk
menjelaskan berbagai gejala atomik. Keberadaan gelombang de Broglie dibuktikan dalam
eksperimen difraksi berkas elektron pada 1927 dan pada 1929 ia menerima hadiah nobel
fisika.
5.1. Sejarah Penemuan Teori Dualitas Gelombang-Partikel
Louis de Broglie adalah ahli fisika murni, penemu sifat gelombang elektron, pengarang,
guru besar, doktor, dan anggota Lembaga Ilmu Pengetahuan Perancis. Beliaulah yang
membuat kontribusi inovatif untuk teori kuantum. Dalam tesis PhD 1924 ia mendalilkan sifat
gelombang elektron dan menyarankan bahwa semua materi memiliki sifat gelombang.
Konsep ini dikenal sebagai dualitas gelombang-partikel atau hipotesis de Broglie. Perilaku
seperti gelombang partikel ditemukan oleh de Broglie digunakan oleh Erwin Schrödinger
dalam perumusan tentang gelombang mekanik. Louis de Broglie adalah anggota keenam
belas terpilih untuk menduduki kursi 1 dari française Académie pada tahun 1944, dan
menjabat sebagai Perpetual Sekretaris Akademi Ilmu Pengetahuan Perancis.
Pada tahun 1924, tesis doktoralnya mengemukakan usulan bahwa benda yang
bergerak memiliki sifat gelombang yang melengkapi sifat partikelnya. De Broglie
mengajukan hipotesis bahwa electron bersifat gelombang. De Broglie hanya membuat hipotesis
atau teori. Ia tidak pernah dan tidak suka mengadakan eksperimen. Ia tidak pernah
membuktikan, bahwa elektron bersifat sebagai gelombang. Tapi karena kemudian ternyata
bahwa teorinya benar, maka pada tahun 1929 ia mendapat hadiah nobel untuk fisika.
Peristiwa itu membuktikan bahwa intuisi kadang-kadang berada di atas akal sehat dan
eksperimen. Bagaimana asal mulanya De Broglie menemukan hipotesis itu?
Pada tahun 1923 A.H. Compton menemukan bahwa cahaya memiliki sifat kembar
sebagai gelombang dan sebagai partikel. Penemuan ini menyebabkan De Broglie berpikir
sebagai berikut, “Kalau cahaya bersifat gelombang dan partikel, maka partikel pun dapat bersifat
Makalah Filsafat Fisika Modern 18
gelombang”. Hipotesis ini dibuktikan kebenarannya oleh Clinton Davisson dan Lester Germer
pada tahun 1927. Keduanya adalah ahli fisika Amerika Serikat. Radiasi cahaya dapat
dianggap sebagai arus foton atau sebagai gerak gelombang. Pada tahun 1923 De Broglie
mengemukakan bahwa dualisme yang sama terdapat pula dalam hal elektron. Ia kemudian
mengemukakan bahwa sifat gelombang-partikel dari radiasi dapat diterapkan terhadap
elektron, karena elektron hampir sekecil foton. Sifat gelombang yang dikemukakan oleh de
Broglie kemudian dibenarkan oleh Davidson dan Germer dalam tahun 1928, yang
mendapatkan pola difraksi dari elektron dengan menjatuhkan sinar pada suatu bidang dari
kristal nikel. Dengan adanya gerak gelombang dari elektron, maka diperlukan suatu teori
kuantum yang baru, yang selain dapat menerangkan gerak elektron dalam atom dan
menghitung energi yang mungkin, juga dapat memperhitungkan efek difraksi.
5.2. Aliran Filsafat yang Mempengaruhi
Proses penemuan teori dualitas gelombang-partikel oleh de Broglie diawali dengan
mengemukakan usulan bahwa benda yang bergerak memiliki sifat gelombang yang
melengkapi sifat partikelnya. Sebelumnya, temuan Compton yang menyatakan bahwa cahaya
memiliki sifat kembar sebagai gelombang dan sebagai partikel menyebabkan De Broglie
berpikir, “Kalau cahaya bersifat gelombang dan partikel, maka partikel pun dapat bersifat gelombang”. De
Broglie pun mengajukan hipotesis bahwa electron bersifat gelombang. De Broglie hanya
membuat hipotesis atau teori. Ia tidak pernah dan tidak suka mengadakan eksperimen, pun
tidak pernah membuktikan bahwa elektron bersifat sebagai gelombang. Namun ternyata teori
tersebut dapat dibuktikan kebenarannya. Dengan demikian filsafat yang mempengaruhi proses
penemuan teori dualitas gelombang-partikel adalah:
a. Idealisme
Proses penemuan teori teori dualitas gelombang-partikel oleh de Broglie diawali dengan
berpikir temuan Compton sebelumnya. Ia kemudian mengajukan hipotesis atas hasil
pemikirannya. Proses berpikir tersebut tentu menggunakan ide untuk mengeluarkan
gagasan. Sehingga dalam hal ini, pengetahuan yang diperoleh bersumber dari gagasan
dalam diri. Oleh karena itu, filsafat yang sesuai adalah idealisme.
b. Esensialisme
Temuan Compton yang menyatakan bahwa cahaya memiliki sifat kembar sebagai
gelombang dan sebagai partikel, menyebabkan De Broglie berpikir, “Kalau cahaya bersifat
gelombang dan partikel, maka partikel pun dapat bersifat gelombang”. Sehingga De Broglie pun
mengajukan hipotesis bahwa electron juga dapat bersifat sebagai gelombang. Hal ini berarti de
Makalah Filsafat Fisika Modern 19
Broglie menggunakan pengetahuan yang esensial di masa lampau untuk dijadikan dasar
pendekatan berpikir mengenai temuannya. Oleh karena itu, filsafat yang sesuai adalah
esensialisme.
c. Empirisme
Pembuktian hipotesis de Broglie mengenai sifat elektron sebagai gelombang didasarkan
dari hasil eksperimen mengenai hipotesisnya tersebut. Dengan demikian aliran filsafat
yang mempengaruhi dalam proses penemuan dan pembuktian de Broglie adalah
empirisme.
5.3. Implikasi dalam Bidang Pendidikan
Fokus utama materi untuk siswa sekolah menengah yang berkaitan dengan teori dualitas
gelombang-partikel ini adalah masih terkait dengan menganalisis secara kualitatif gejala
kuantum yang membahas gelombang de Broglie. Di dalam pembelajaran terdapat kegiatan
merumuskan radiasi benda hitam (termasuk hukum pergeseran Wien), postulat Planck, dan
dualisme gelombang partikel cahaya. Oleh karena pembelajaran materi ini cukup dilakukan
dengan menganalisis, maka tidak perlu dilakukan kegiatan eksperimen. Dengan demikian
model pembelajaran yang dapat digunakan yaitu PBL (Problem Based Learning). Namun
demikian, eksperimen yang berkaitan dengan efek fotolistrik dapat dilakukan oleh mahasiswa
di tingkat Universitas yang sudah berada dalam tahap pemikiran abstrak. Selain itu tingkat
kesulitan objek penelitiannya tinggi dan membutuhkan alat eksperimen yang canggih yang
ada di level Universitas. Eksperimen de Broglie lebih mengarah ke pembuktian teori atau
hipotesis mengenai pembuktian sifat atau perilaku elektron sebagai gelombang. Dengan
demikian, keberadaan eksperimen dalam kegiatan pembelajaran juga didasarkan dari level
pemikiran siswa/mahasiswa dan juga tingkat kesulitan objek penelitiannya.
6. WERNER HEISENBERG
Werner Karl Heisenberg (5 Desember 1901 - 1 Februari 1976) adalah seorang ahli teori
sub-atom dari Jerman, pemenang penghargaan nobel dalam fisika 1932. Heisenberg
merupakan salah satu penyumbang besar ilmu fisika pada abad ke-20 karena salah satu
pencipta utama dari mekanika kuantum modern. Pada 1920 ia memasuki Universitas
München untuk belajar matematika. Namun guru besar matematika tak mengizinkannya pada
seminar lanjutan, maka ia berhenti. Ia kemudian pindah ke fisika. Segera ia mengambil
perhatian dalam fisika teoretis, dan segera bertemu banyak ilmuwan yang karyanya akan
mendominasi dasawarsa-dasawarsa berikutnya, termasuk Niels Henrik David Bohr, Wolfgang
Makalah Filsafat Fisika Modern 20
Ernst Pauli, Max Born, dan Enrico Fermi. Satu dari perhatian utamanya ialah menyusun
masalah dalam model atom Bohr-Rutherford.
6.1. Sejarah Penemuan Prinsip Ketidakpastian Heisenberg
Werner Karl Heisenberg adalah seorang ahli teori sub-atom. Ia juga ahli puisi Roma,
jago main piano klasik dan sudah sering ikut konser sejak masih berusia 12 tahun. Cuma ada
satu hal lain yang bisa mengalihkan perhatiannya dari musik, puisi, dan alam bebas, yaitu
matematika. Saking cintanya dengan matematika, Heisenberg berniat mengambil jurusan
matematika murni di University of Munich pada tahun 1920. Tapi wawancaranya dengan
Ferdinand von Lindeman, profesor matematika disana, tidak terlalu sukses. Heisenberg
menemui profesor lain, Arnold Sommerfeld, seorang begawan fisika teori. Ternyata
Sommerfeld bisa melihat bakat terpendam anak muda yang sangat gemar berpetualang di
alam bebas ini. Jadilah Heisenberg melenceng dari minatnya semula dan malah masuk jurusan
fisika.
Di awal masa kuliahnya, Heisenberg masih ragu-ragu dengan pilihannya itu. Ia justru
lebih banyak mengambil kuliah matematika dibanding fisika karena takut tidak cocok dengan
pilihannya itu. Kalau ia tetap mengikuti kuliah matematika, ia kan masih tetap bisa mengikuti
jika nantinya ternyata benar tidak cocok di fisika dan ingin pindah lagi ke matematika. Tapi
ternyata fisika benar-benar sudah mencuri hatinya. Mulai semester keduanya di jurusan fisika,
ia sudah betah mengikuti semua kuliah Sommerfeld. Selama kuliah di University of Munich,
perhatian Heisenberg terpecah antara fisika teori dan petualangannya di alam bebas. Ada satu
kelemahannya yang pada akhirnya hampir membuatnya tidak lulus. Ia sama sekali tidak
mengerti eksperimen di laboratorium. Ia memang jagoan di fisika teori, tetapi ketika ditanya
berbagai hal tentang fisika eksperimen, ia benar-benar tidak tahu. Profesor Wilhem Wien
memberinya nilai F pada ujian akhir untuk mendapatkan gelar doktor. Sommerfeld kembali
menjadi penyelamat dengan memberinya nilai A untuk kejeniusannya di bidang fisika teori.
Heisenberg pun akhirnya mendapatkan gelar doktornya walaupun dengan nilai C (rata-rata
dari A dan F). Sommerfeld tidak salah sewaktu memberinya nilai A untuk fisika teori.
Terbukti Heisenberg sangat jagoan mengutak-utik teori-teori fisika. Ia pun berhasil menjadi
profesor termuda Jerman di Leipzig saat masih berusia 25 tahun.
Sewaktu pecah Perang Dunia II, banyak ilmuwan Jerman yang ramai-ramai pergi dari
Jerman karena ingin menghindari Nazi dan Hitler. Heisenberg membuat keputusan yang
sangat mengejutkan rekan-rekan fisikawan saat itu. Ia bertekad untuk menetap di Jerman.
Keterikatannya dengan alam Jerman telah membuatnya begitu mencintai tanah airnya itu.
Makalah Filsafat Fisika Modern 21
Ternyata keputusannya ini membuatnya terpaksa bekerja untuk pemerintah Jerman dalam
usaha membuat bom atom. Entah kenapa, fisikawan jenius ini tidak pernah berhasil membuat
bom atom tersebut dan malah dikalahkan oleh para fisikawan di Amerika. Padahal timnya
dibantu juga oleh salah satu penemu reaksi fisi nuklir, Otto Hahn. Ada gosip yang
mengatakan bahwa Heisenberg sengaja bergabung dengan tim peneliti Jerman itu supaya bisa
melakukan sabotase agar Nazi tidak bisa memenangkan perang. Heisenberg bahkan sempat
diciduk ke kamp konsentrasi Nazi karena dikira berkhianat.
Setelah lepas dari kamp konsentrasi Heisenberg kembali menekuni fisika teori. Pada
tahun 1927, Heisenberg mengembangkan suatu teori yang ditentang Einstein habis-habisan
yaitu teori ketidakpastian. Karya kontroversial yang membuatnya sangat terkenal ini
dinamakan Prinsip Ketidakpastian Heisenberg atau Heisenberg’s Uncertainty.
Prinsip Ketidakpastian Heisenberg menyatakan bahwa adalah (hampir) tidak
mungkin untuk mengukur dua besaran secara bersamaan, misalnya posisi dan
momentum suatu partikel.
Pendekatan tidak biasa yang dilakukannya membuat teorinya ini tidak begitu saja
diterima oleh dunia fisika saat itu. Ilmuwan-ilmuwan dunia meragukan penjelasan yang
diajukan oleh Heisenberg mengenai teori ketidakpastian tersebut. Menurut teori ini makin
akurat kita menentukan posisi suatu benda, makin tidak akurat momentumnya (atau
kecepatannya) dan sebaliknya. Jadi kita tidak bisa menentukan letak benda secara akurat.
Dengan kata lain benda mempunyai kemungkinan berada di mana saja. Pernyataan
Heisenberg tersebut bertentangan dengan pendapat Einstein yang lebih menganggap bahwa
dunia dan hal-hal yang berkaitan dengan letak benda bersifat teratur.
Meskipun pendapatnya ditentang oleh fisikawan seperti Einstein, Heisenberg tidak
menyerah dengan pendapatnya tersebut. Usaha tersebut tidak sia-sia, hasil analisis
matematisnya melahirkan teori mekanika kuantum yang memberinya sebuah Nobel Fisika di
tahun 1932. Akhirnya teori Heisenberg ini menjadi salah satu dasar dari mekanika kuantum.
6.2. Aliran Filsafat yang Mempengaruhi
Proses penemuan prinsip ketidakpastian dilakukan Heisenberg dengan mengembangkan
suatu teori dengan melakukan pendekatan-pendekatan yang tidak biasa. Meskipun teori ini
ditentang oleh Einstein dan tidak begitu saja diterima oleh dunia fisika saat itu, Heisenberg
tidak menyerah dan tetap berpegang pada pendapatnya. Usaha Heisenberg tersebut tidak sia-
sia karena hasil analisis matematisnya melahirkan teori mekanika kuantum. Dalam kegiatan
ini tentu terdapat tindakan berpikir untuk memecahkan masalah. Proses berpikir tersebut jelas
Makalah Filsafat Fisika Modern 22
menggunakan ide untuk mengeluarkan gagasan. Sehingga dalam hal ini, pengetahuan yang
diperoleh bersumber dari gagasan dalam diri. Oleh karena itu, filsafat yang sesuai adalah
idealisme.
6.3. Implikasi dalam Bidang Pendidikan
Fokus utama materi yang berkaitan dengan prinsip ketidakpastian Heisenberg ini adalah
masih terkait dengan menjelaskan prinsip-prinsip dari teori atom mekanika kuantum. Dalam
pembelajaran di kelas, Guru dan siswa dapat mendiskusikan prinsip ketidakpastian
Heisenberg dilanjutkan dengan guru memberi penguatan mengenai teori tersebut. Oleh karena
pembelajaran materi ini cukup dilakukan dengan menganalisis, maka tidak perlu dilakukan
kegiatan eksperimen. Dengan demikian model pembelajaran yang dapat digunakan yaitu PBL
(Problem Based Learning).
Makalah Filsafat Fisika Modern 23
BAB III
PENUTUP
1. Kesimpulan
Fisika modern merupakan pengembangan konsep fisika yang lebih mendasar dari
konsep fisika klasik lagi. Dalam periode ini dikembangkan teori-teori yang lebih umum yang
dapat mencakup masalah yang berkaitan dengan kecepatan yang sangat tinggi (relativitas)
atau/dan yang berkaitan dengan partikel yang sangat kecil (teori kuantum). Dengan
kelamahan-kelemahan fisika klasik, fisika modern mampu mengembangkan dan menjawab
berbagai permasalahan yang tidak terjawab oleh pemikiran fisika klasik. Beberapa penemuan
penting dalam zaman ini diantaranya:
1. Penemuan teori kuantum oleh Max Planck yang diawali dengan usahanya untuk
mendapatkan persamaan matematika. Planck memulainya dengan berasumsi sesuai
pendekatan hukum-hukum fisika yang diturunkan dari hukum dasar mekanika Newton.
Namun, asumsi tersebut tidak berhasil membuat Planck mendapatkan persamaan
matematika yang dicarinya. Planck memulai kembali dengan asumsi baru dengan
hipotesa yang sangat berlawanan dengan konsep umum teori fisika klasik saat itu.
Berkat kesungguhannya dengan hipotesa yang revolusioner tersebut, Planck berhasil
menemukan suatu persamaan matematika untuk radiasi benda hitam yang benar-benar
sesuai dengan data eksperimen yang diperolehnya. Aliran filsafat yang berperan dalam
penemuan ini adalah idealisme, esensialisme, dan empirisme. Implikasi dalam bidang
pendidikan adalah dengan penerapan model pembelajaran Problem Based Leaning
(PBL).
2. Penemuan teori relativitas oleh Albert Einstein. Einstein berhasil menjelaskan kembali
hasil efek fotolistrik yang sebelumnya telah dilakukan namun tidak dapat dijelaskan
oleh Frank Hertz pada tahun 1887. Einstein berhasil mengajukan penjelasan dengan
melakukan analisis dengan menganggap cahaya berperilaku sebagai partikel
sebagaimana hipotesa Planck. Aliran filsafat yang berperan dalam penemuan ini adalah
idealisme dan esensialisme. Implikasi dalam bidang pendidikan adalah dengan
penerapan model pembelajaran Problem Based Leaning (PBL).
Makalah Filsafat Fisika Modern 24
3. Penemuan gambaran model atom oleh Niels Bohr diperoleh dari pemikiran-pemikiran
Bohr mengenai adanya elektron yang bergerak mengelilingi orbit yang bersifat diskrit
dan stasioner. Model atom yang diajukan Bohr merupakan perbaikan dari model atom
Thompson dan Rutherford yang masih memiliki kelemahan, tidak dapat menjelaskan
gejala fisis yang berkaitan dengan eksperimen struktur atom. Aliran filsafat yang
berperan dalam penemuan ini adalah idealisme dan esensialisme. Implikasi dalam
bidang pendidikan adalah dengan penerapan model pembelajaran Problem Based
Leaning (PBL).
4. Penemuan efek Compton oleh Arthur Holly Compton diawali dengan melakukan
eksperimen untuk membuktikan sinar X yang menumbuk elektron akan dihamburkan
dengan panjang gelombang yang lebih panjang. Eksperimen yang dilakukan Compton
berhasil membuat Compton dapat menunjukkan hipotesis/dugaannya terkait dengan
adanya elektron recoil dan simultansi elektron-foton. Selanjutnya penjelasan kualitatif
dan analisis matematis diperoleh Compton dari pemikiran-pemikirannya. Aliran filsafat
yang berperan dalam penemuan ini adalah idealisme, empirisme, dan konstruktivis-
kognitif. Implikasi dalam bidang pendidikan adalah dengan penerapan model
pembelajaran Problem Based Leaning (PBL).
5. Penemuan teori dualitas gelombang-partikel oleh de Broglie diawali dengan
mengemukakan usulan bahwa benda yang bergerak memiliki sifat gelombang yang
melengkapi sifat partikelnya. Pemikirannya didasarkan pada temuan Compton
sebelumnya. De Broglie pun mengajukan hipotesis bahwa electron bersifat gelombang. De
Broglie hanya membuat hipotesis atau teori dan tidak pernah serta tidak suka
mengadakan eksperimen. Namun ternyata teori tersebut dapat dibuktikan kebenarannya.
Aliran filsafat yang berperan dalam penemuan ini adalah idealisme dan esensialisme.
Implikasi dalam bidang pendidikan adalah dengan penerapan model pembelajaran
Problem Based Leaning (PBL).
6. Penemuan prinsip ketidakpastian oleh Heisenberg dilakukan dengan mengembangkan
suatu teori dengan melakukan pendekatan-pendekatan yang tidak biasa, yang ditentang
oleh Einstein dan dunia fisika saat itu. Usahanya tidak sia-sia karena hasil utak-utiknya
melahirkan teori mekanika kuantum. Aliran filsafat yang berperan dalam penemuan ini
adalah idealisme dan esensialisme. Implikasi dalam bidang pendidikan adalah dengan
penerapan model pembelajaran Problem Based Leaning (PBL).
Makalah Filsafat Fisika Modern 25
2. Saran
Sejarah dalam bidang apapun sangat penting untuk dipelajari, terutama sejarah fisika.
Ini sangat penting sekali dalam hubungannya dengan pembelajaran di sekolah. Melalui
sejarah fisika, kita dapat mempelajari berbagai pengetahuan dan ilmu mengenai keberhasilan-
keberhasilan yang telah dicapai para ilmuan-ilmuan, cara mereka mencapai penemuan-
penemuannya, cara mereka mengatasi hambatan, dan hal-hal lainnya. Dari keberhasilan itu
tidak jarang tercipta keberhasilan baru, sebagai pelengkap atau penyempurnanya. Oleh karena
itu, selain mempelajari materi-materi tentang fisika, kita juga perlu mengetahui konsep-
konsep yang terkandung dalam materi tersebut dengan cara mempelajari sejarah fisika.
Semakin banyak kita mempelajari tentang sejarah, baik itu sejarah fisika atau sejarah-sejarah
lainnya, itu akan membuat pengetahuan kita betambah luas dan memungkinkan kita untuk
menimbulkan ide-ide baru.
Makalah Filsafat Fisika Modern 26
DAFTAR PUSTAKA
Allison, Samuel. 1965. Arthur Holly Compton (1892-1962) A biographical Memoir. Washington DC: National Academy of Science.
Cassidy, David. 1991. Werner Heisenberg (1901-1976) A biographical Memoir. Washington DC: National Academy of Science.
Jenkin, John. 2002. GEM Jauncey and the Compton Effect. Physics in Perspective Journal, (Online). Diakses tanggal 6 November 2014.
Wheller, John A. 1980. Albert Einstein (1879-1955) A biographical Memoir. Washington DC: National Academy of Science.
Makalah Filsafat Fisika Modern 27