Revolusi Fisika: Dari Alam Gaib ke Alam Nyata 9799100208

Citation preview

REVOLUSi

F iS iiC A

DAR I A LAM G AIB KE ALAM N Y A T A

REVOLUSi

FiSiiCA

DARI ALAM GAIB KE ALAM NYATA

GERRYUAN KLINKEN

Jakarta,

KPG (Kopustakaan Popular Gramadin)

Revolusi Fisika: Dari Alam Gaib ke Alam Nyata Gerry van Klinken KPG 118-2004-53-S Penyunting C. Sn Sutyoko Hermawan Perancang Sampul Rulty Susanto Penataletak Wendie Artswenda Cetakan Pertama. November 2004 C KPG (Kepustakaan Populer Gramedia)

KLINKEN. Gerry van Revolusi Fisika: Dari Alam Gaib ke Alam Nyata Jakarta; KPG (Kepustakaan Populer Gramedia). 2004 xiv + 186 him.; 17,5 cm x 22 cm ISBN: 979-91-0020-8

K e te ra n g a n s a m p u l: Digambar, diwarnai, dan diolah kembali dari cukil kayu berwarna karya Cam m ile Flam m arion berjudul

popu/atro, Pans. 1888

Oicelak oteh Grafika Mardi Yuana Bogor isi dl luar langgungjawab percetakan.

LacmospMre Meteoroiogte

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI

V

DAFTAR BAGAN, FOTO, GAMBAR, DAN

TABEL

PRAKATA

1

2

3

4

IX XIII

P engamat L aw an P emikir

i

Antara ilmu gaib dan ilmu alam Kebebasan bersilang-pendapat di Yunani Lebih baik berpikir daripada mengamati Kesimpulan

3 5 7 9

P engamat

m enjadi

P emikir

ii

Alam maya di India Belenggu budaya Cina

12 13

Mohis dan Taois: layu sebelum berkembang Budaya menghambat ilmu Dunia Islam dan perang Kesimpulan

15 17 18 20

G undah G u la n a n ya C o p e rn icu s

23

Dari revolusi ke revolusi Selayang pandang geosentrisme Dari Primum Mobile turun ke Bumi

24 24 26

Antara Eudoksus, Hiparkhus, dan Ptolemeus Kosmos alternatif De Revolutionibus Orbium Caelestium

28 31 32

D a ri P u sa t Semesta ke A n g g o ta T a ta S u rya

35

Ilmuwan dan agama menentang Copernicus

36

Tycho Brahe yang mendua

39

M

REVOLUSI

5

6

7

fisika : dari a la m gaib ke a la m nyata

Kepler melawan Sang Guru

41

Dari kinematika ke dinamika Teropong Galileo yang mengubah dunia

44 44

Dari pengamatan kualitatif ke kuantitatif Kesimpulan

46 47

G alileo M

A ristoteles

49

Gerak menurut Aristoteles Menyangkal Aristoteles atas nama Injil Silet Ockham menyayat Aristoteles Impetus dan Buridan Galileo, bapak mekanika modern Misteri percepatan Kelembaman sama dengan keengganan? Kesimpulan

50 54 55 55 60 61 62 63

S emesta D in am is N ewton

65

Pesona magnet Gilbert Semesta mekanis Descartes Antara Bulan dan apel Ahli sihir terakhir Rangsangan baru

67 68 70 73 74

Lahirnya magnum opus Principia Dampak Principia Kesimpulan

75 78 80

C ahaya: G e lo m b a n g a ta u P a r tik e l? Optika masa lalu Partikel cahaya Newton

83 84 85

Berondongan partikel cahaya Eter: menyembur atau bergetar?

90 92

Fresnel melawan peluru cahaya

96

Revolusi ilmiah meletup Kesimpulan

98 99

enantang

DAFTAR ISI

8

9

J u r u Damai d a ri M e d an L is trik

101

Baterai Volta membuka jalan

102

Listrik sekaligus magnet Dari buruh menjadi ilmuwan

103 103

Faraday dalam bayang-bayang Drsted

105

AmpOe melawan Drsted

106

Faraday mengatasi AmpDe dan Drsted

107

Faraday menguji gagasannya sendiri

110

Cahaya sekaligus elektromagnet

112

Medan setelah Faraday

113

Hertz dan Lorentz menguji Maxwell

115

Kesimpulan

116

E instein M enekuk Ruang dan W a k tu

ii9

Eter, kerikil dalam sepatu

120

Michelson dan Morley memburu eter

121

Buah simalakama Lorentz

123

Einstein menyingkirkan eter

124

Teori ruang-waktu yang meliuk

127

Ruang, waktu, dan massa yang serba dinamis

128

Rumus serupa tapi tak sama

130

Kesimpulan

131

10 T idak L agi B erpasti- pasti di A ra s Kuantum

133

Elektron bak kismis di atas roti?

134

Getar-getar elektron

135

Misteri benda hitam

136

Intuisi Bohr

139

Semakin banyak tahu, semakin tidak pasti

144

Einstein menantang Bohr

147

Penyatuan teori relativitas dengan kuantum

149

Kesimpulan

149

Mil

REVOLUSI

fis ik a : d a r i a l a m g a ib k£ a l a m nyata

EPILOG F is ik a w a n A n g k a t S e n ja ta Ilmu dan teknologi sebelum PD II Ilmu dan teknologi semasa Perang Dunia II Bom atom Mengumandangkan gagasan bom atom

151 152 154 154 157

Reaktor nuklir pertama Memurnikan U236 Bapak bom atom Kelahiran bom atom Kesimpulan

159 160 161 164 166

DAFTAR PUSTAKA TENTANG PENULIS INDEKS

169 177 179

DAFTAR BAGAN, FOTO, GAMBAR, DAN TABEL

DAFTAR BAGAN Bagan 1.1 Sejarah perkembangan ilmu dalam bagan.

2

DAFTAR FOTO Foto 1.1 Sistem Siangan Sumeria. Sumber http://cdli.mpiwg-berlm.mpg.de

4

Foto 1.2 Patung wajah Plato (427-347 SMI. Sumber: http:Mww.law.umkc. edu

7

Foto 1.3 Patung wajah Aristoteles. Sumber: www.livius org Foto 4.1 Teropong Galileo. Sumber: http://faculty.rmwc.edu

9 45

DAFTAR GAMBAR Gambar 1.3 Sistem bilangan Mesir Sumber: http://www-gap dcs.st-and ac.uk

5

Gambar 1.1 Contoh sistem bilangan Aztec.

5

Gambar 1.2 Sistem bilangan Maya. Sumber, http://www.internet-at-work.com/hos_mcgrane/ ancient_numbers/maths_nj2.html

6

Gambar 1.3 Lima unsur utama alam menurut Plato.

8

Gambar 1.4 Pythagoras. Sumber http:/Mww,stats.uwaterloo ca

9

Gambar 2.1 M etode pengukuran tanah di Cina. Gambar 2.2 Tiga sistem bilangan yang pernah digunakan di kawasan Arab.

16 19

Gambar 2.3 Genghis Khan. Sumber http://www.mongolianculture.com

21

Gambar 3.1 Halaman judul D e Revoiuttombus.

24

Gambar 3.2 Bumi dari puncak bukit.

25

Gambar 3.3 Sistem geosentris yang homosentris. Gambar 3.4a Contoh gerakan Matahari melalui gugusan bintang.

27 29

Gambar 3.4b Retrogresi Mars Gambar 3.5 lal sistem episiklus. terikat pada satu deferent. B adalah Bumi; (bl gerakan yang dihasilkan sistem ini; (c) gerakan itu sebagaimana diamati dan Bumi, mem ang cocok dengan retrogresi Mars yang diamati.

29

30

X

REVOLUSI FISIKA: OARl ALAM GAIB K£ ALAM NYATA

Gambar 3.6 Paralaks bintang dilihat dari Bumi.

32

Gambar 4.1 Tycho Brahe. Sumber: http://www.upsc.toronto.ca

39

Gambar 4.2 Sistem Tycho Brahe yang mendua, setengah geosentris, setengah heliosentris.

40

Gambar 4.3 Johannes Kepler. Sumber: httpV/www.astronomy.m ps Ohio,state edu

42

Gambar 4.4 Hukum Kepler II.

43

Gambar 5.1 Aliran udara pada panah menurut Aristoteles.

52

Gambar 5.2 Gambar balistik diambil dan buku teks terbitan 1606.

58

Gambar 5.3 Grafik Oresme. Gambar 5.4 Sketsa Bulan karya Galileo.

60 61

Gambar 5.5 Kelembaman kekal

62

Gambar 6.1 William Gilbert. Sumber: http://measure.igpp.ucla.edu

67

Gambar 6.2 RenODescartes. Sumber: http://www.arts usyd edu.au Gambar 6.3 Isaac Newton. Sumber http://www.hao.ucar.edu

68

Gambar 6 4 Dari lintasan peluru ke lintasan satelit

72

Gambar 6.5 Sampul Prindpfa edisi pertama Sumber: http://webphysics.davidson.edu

76

Gambar 7.1 Penjelasan teori peluru versi Newton tentang pembiasan.

87

71

Gambar 7.2 Penjelasan Newton dari Opttcks. tentang hamburan cahaya di sekitar sehelai rambut 1x1. 88 Gambar 7.3 Sebutir eter diselimuti tidak kurang daripada lima lapis gaya.

89

Gambar 7 4 Lintasan peluru cahaya dalam peristiwa pemantulan dan pembiasan.

91

Gambar 7.5 Penjelasan teori cahaya sebagai aliran fluida yang diambil dari buku kuliah masa itu.

93

Gambar 7.6 Sketsa buatan Young untuk menjelaskan peristiwa interferensi.

95

Gambar 7.7 Augustin Jean Fresnel.

96

Gambar 8.1 Michael Faraday. Sumber: http /Aonydude.net

103

Gambar 8.2 Percobaan medan elektromagnet Faraday.

104

Gambar 8.3 Hans Christian Drsted. Sumber: http://www.patrimoine polytechnique.fr

106

Gambar 8 4 Percobaan Orsted.

107

Gambar 8.5 Motor listrik pertama, buatan Faraday.

108

Gambar 8.6 Arus dalam kumparan dalam catatan Faraday

110

Gambar 8.7 Dua contoh gambar garis-gans gaya yang dibuat d e h Faraday. 111 Gambar 8.8 Jam es Maxwell. Sumber: http://www.oic.edu

115

Gambar 9.1 Konsep peralatan Michelson dan Morley.

122

Gambar 9.2 Gerak Brown.

124

GambarlO.1 Isi atom dalam bayangan Thomson.

135

DAFTAR BAGAN, FOTO,GAMBAR. DAM TABEL

Gambar 10.2 Model atom Rutherford. Gambar 10.3a Percobaan untuk mengukur panjang gelombang benda hitam. Gambar 10.3b Perbandingan akurasi data Hukum Wien dan prediksi Planck

135 137 137

Gambar 1D.4a Jenjang energi dalam atom hidrogen model atom Bohr

141

Gambar 10.4b Orbit elektron di dalam atom hidrogen

142

DAFTAR TABEL Tabel 10 1 Perbedaan antara fisika klasik dan fisika kuantum.

148

PRAKATA

Ilmu alam adalah proses, bukan sekadar segunung fakta. Segenap hasil penjelajahan fisika, yang sekarang menjadi bahan pelajaran di kelas, adalah hasil pergumulan dan pordebatan. Pergumulan dan perdebatan itulah yang dimaksud dengan berilmu, bukannya hasil akhir yang mungkin kelak akan berubah lagi. Bisa jadi gagasan inilah yang mendorong masuknya mata-pelajaran sejarah fisika ke dalam kurikulum pokok pendidikan fisika perguruan tinggi di Indonesia. Kita dapat mengupayakan lahirnya ilmuwan yang kreatif dengan cara memperkenalkan suasana dan proses penemuan ilmu. Itulah semangat di balik penulisan buku ini. Tapi praktik bisa menyimpang dari semangat tersebut di atas. Informasi dalam buku ini bisa dihafal, tapi buku ini tidak untuk dihafalkan. Buku ini memang membeberkan proses, misalnya penemuan listrik, yang sekarang menjadi landasan budaya elektronik kita, tapi sekadar mengetahui proses penemuan bukan pula tujuan buku ini. Mungkin ada yang mengira bahwa daripada sekadar tahu, lebih baik menjadikan duka-cerita perjuangan Newton atau raksasa intelektual lain sebagai motivasi hidup. Namun, lagi-lagi, mongidolakan sosok, bukanlah semangat buku ini. Buku ini terutama disusun untuk melukiskan serbapersoalan yang dihadapi oleh para pendahulu kita sewaktu memetik pengetahuan dari alam. Oleh karona itu buku ini tidak melulu rumus dan angka, melainkan juga mencakup filsafat, masyarakat, estetika, dan agama. Sudah banyak buku yang membahas sejarah fisika, tapi hanya sedikit yang ditulis dalam bahasa Indonosia. Itulah sebabnya saya menulis buku ini tanpa berambisi menjadi­ kannya lebih daripada bunga-rampai. Bahan penulisan buku ini diambil dari berbagai literatur sejarah fisika yang ditulis dalam bahasa Inggris.

XIV

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

Buku ini membahas pergulatan ilmu yang terjadi di Eropa mulai abad ke-15, tanpa mengabaikan masa-masa sebelum fisika modern, misalnya perkembangan di Cina dan peradaban Islam. Setelah meringkas penjelajahan ilmu di zaman kuno dalam dua bab pertama, dua bab berikutnya menguraikan pergolakan intelektual yang mengiringi ponomuan sistem heliosentris Copernicus pada abad ke-16. Dalam bagian ini ikut dibahas pengertian revolusi ilmiah, istilah yang banyak dipakai dalam bab-bab selanjutnya. Bab 5 dan Bab 6 membeberkan perkembangan pengertian dasar mekanika sampai dengan Newton (abad ke-17). Dua bidang baru yang muncul pada abad ke-19, yaitu fisika optik serta listrik dan magnet, dibahas berturut-turut dalam Bab 7 dan Bab 8. Penulis mengakui ada kokurangan dalam buku ini karena tidak sempat memaparkan socara mendalam perkem­ bangan termodinamika, bidang baru ketiga fisika abad ke-19. Topik ini muncul sepintas dalam pembahasan mengenai teori kuantum. Memasuki abad ke-20, kita beruntung karena mengalami revolusi ilmiah, yakni relativitas dan teori kuantum. Revolusi ini mendapat perhatian dalam Bab 9 dan Bab 10. Akhirnya, untuk menggaris-bawahi keprihatinan pada keterlibatan ilmu dalam kokojaman porang, kita akan molihat pengalaman para fisikawan yang terlibat dalam pembuatan bom atom pada masa Perang Dunia II. Buku ini dilengkapi daftar pustaka yang kiranya berguna bagi pembaca yang ingin menggali informasi lebih jauh. Naskah buku ini sudah pernah diberikan kepada mahasiswa pendidikan fisika tahun ketiga Universitas Kristen Satya Wacana, Salatiga, dalam 10 kali pertemuan selama satu semester, mulai 1989 hingga sekarang. Akhir kata penulis berterimakasih kepada para maha­ siswa yang sudah mombori saran, terutama Loo Sutokno, yang telah membaca naskah dengan teliti dan memperbaiki bahasanya. Kendati demikian, kekurangan dalam buku ini tetap merupakan tanggungjavvab penulis. Gerry van Klinken

1 Pengamat Lawan Pemikir Dalam bab ini kita menelusuri sejarah fisika di Mesopotamia (Iran-lrak), Mesir, dan secara lebih mendalam di Yunani kuno. Di bagian ini kita tidak me­ nampilkan penemuan, tapi ciri-ciri ilmu alam masa itu. Kita akan melihat bahwa sekalipun sudah muncul pada zaman kuno, ilmu sulit berkembang.

REVOLUSI EcSIKA: DAAl ALAM GAIR KE ALAM NYATA

2

Sejarah Dunia Tahun

Yunani

Arab

India

Cina

Eropa

- 1000

-

500 Han

Iskandar al-Akbar 0

500

Nabi Mohammad Perang Salib

1000

Zaman Kegelapan Sung -Genghis Khan Marcopolo

Zaman Pertengahan Vasco Da Gama Renaisans Revolusi Ilmu Revolusi Prancis Revolusi Industri

1500

2000

Bagan 1.1 Sejarah perkembangan ilmu dalam bagan.

PENGAMAT LAWAN PCMIKJfl

Perkembangan ilmu dapat dibagi dalam dua tahap. Tahap pertama berlangsung lama dan bercakupan luas, berawal dari Sumaria (kira-kira pada 3000 SM), lalu berkembang di Babilonia dan kemudian di Mesir. Tahap kedua berlangsung lebih singkat, kira-kira 400 tahun, berawal dari Revolusi Ilmiah yang terjadi pada abad ko-17 dan berlangsung di satu kawasan saja, yaitu Eropa Utara. Walaupun demikian perkembangan ilmu tahap kedua lebih banyak menghasilkan kemajuan dibanding tahap per­ tama yang berlangsung di berbagai benua. Pembahasan dalam buku ini tidak mencakup kawasan lain yang juga mompolajari alam secara sistematis, seperti Amerika Tengah (Aztec, Maya), dan pulau-pulau kecil di Samudra Pasifik. Selain di Timur Tengah, tradisi ilmiah juga berkembang di Cina selama ribuan tahun. Di India, khususnya di Lembah Indus, tradisi ilmiah juga sudah berkembang ribuan tahun yang silam. Beberapa abad sebelum Masehi ada peradaban Yunani yang banyak menyumbang ilham bagi ilmu alam di kemudian hari. Sulit dipastikan soberapa jauh orang-orang Yunani me­ makai pengertian matematis, ilmiah, maupun teknis dari kebudayaan Timur Tengah dan Cina, yang sudah ada sebe­ lum mereka. Beberapa abad sotelah Masehi peradaban Yuna­ ni memudar menyusul kokalahan mereka dalam poporangan dan faktor lainnya. Ketika terjadi alih pengetahuan ke kebu­ dayaan Islam di kawasan Laut Tengah, penduduk di Eropa bagian utara masih tinggal di rimba-bolantara.

Antara ilmu gaib dan ilmu alam Kebudayaan Mesopotamia (sekarang Iran-Irak) bisa dibagi dalam dua zaman, yaitu zaman Sumeria (3000 SM-2000 SM) dan Babilonia (2000 SM-500 SM). Mereka sudah lama me­ ngembangkan matematika. Mereka mampu mengalikan, mem­ bagi. moncari akar-kuadrat dan bahkan akar-kubik (akar pang­ kat tiga), serta menyelesaikan soal sesulit porsamaan linier. Bahkan kebudayaan Sumoria, yang lebih dahulu mondominasi kawasan itu, pernah menggunakan sistem bilangan desimal (berdasarkan angka 10). Namun sojak kira-kira 2500

3

4

REVOLUSI f ISIKA: DARI a la m g a ib k£ ALAM NYATA

SM sistem bilangan itu tidak dipakai lagi, dan diganti dengan sistem bilangan berdasarkan angka 60. sistem yang juga dipakai di Cina! Benda-benda di langit sudah diamati secara teliti sejak 1000 SM dan cara pengamatan semakin sistematis sejak 700 SM. Mereka mengamati berbagai keteraturan dan mampu meramalkan peristiwa soperti gerhana Bulan (setiap IH tahun sekali) dan peredaran planet, seperti Venus. Sejumlah nama rasi bintang yang digunakan sekarang berasal dari Sumeria dan Babilonia. Walaupun tidak mencapai perkembangan ilmiah sejauh Mesopotamia, para ilmuwan Mesir menemukan bahwa satu tahun terdiri dari 365 hari. Mesir juga sudah mengembangkan ilmu pengobatan. Tapi, berbeda dengan ilmu kedokteran dewasa ini, mereka menggunakan obat sekaligus mantra. Hal itu disimpulkan dari penemuan naskah-naskah kuno di padang gurun Mesir yang penuh dongan mantra untuk peng­ obatan. Kegiatan ilmiah di kawasan Timur Tengah kuno tidak semata-mata untuk memuaskan rasa ingin tahu, melainkan juga untuk keperluan agama. Agama masa itu banyak ber­ gantung pada astrologi. Gerakan benda-benda di langit diyakini berpengaruh pada kehidupan di dunia, mulai dari daur monabur-momanen sampai pengurapan raja baru. Pendek kata, untuk memahami kehidupan di dunia, orang perlu mengetahui gerak benda-benda langit. Alasan semacam ini tidak hanya memberi dorongan ilmiah yang pertama di Mesopotamia, tapi juga di berbagai peradaban lainnya, termasuk Cina.

Foto 1.1 Sistem bilangan Sumeria.

S

PENGAMAT LAWAN PEMIKIR

Penduduk Mesopotamia belum menuangkan pengeta­ huan menjadi gambar. Misalnya, hasil pengamatan mereka terhadap langit tetap berbentuk angka, belum sampai berbentuk citra tiga-dimensi. Gambaran mengenai wujud alam* semesta memang ada, tapi berangkat dari spekulasi belaka bukan hasil pengamatan ilmiah. Mula-mula di Mesopotamia borodar dugaan bahwa bumi dan langit merupakan dua cakram mendatar, yang satu berada di atas yang lain. Pada perkembangan berikutnya orang-orang di kawasan itu membayangkan langit berbentuk kubah, yang di atasnya terdapat air (sumber hujan), dan lebih ke atas lagi tempat tinggal para dewa, sedangkan di bawah permukaan tanah terdapat air (air-tanah). Matahari dan benda langit lainnya dianggap sebagai dewa, yang setiap hari keluar "rumah", mengikuti lintasan tertentu sambil mengatur segala sesuatu di bumi, termasuk nasib manusia. Alamsemesta diciptakan dari keadaan awal yang kacau-balau.

Gambar 1.3 Sistem bilangan Mesir.

Pengertian serupa juga termaktub di dalam Alkitab Perjanjian Lama. Di Mesir juga ada spekulasi mengenai asalusul dan struktur kosmos yang serupa. Perbedaannya adalah Sungai Nil berperan besar dalam kosmos orang Mesir. Hal ini terjadi karena hampir seluruh perikehidupan di Mosir ber­ gantung sepenuhnya pada air Sungai Nil.

Kebebasan bersilang-pendapat di Yunani Kebudayaan Yunani berjaya kira-kira antara dengan 200 M. Barat sudah lama mengakui akar budaya mereka, di samping Kristen Belakangan mereka juga mengakui peran adaban lain, seperti Cina dan Islam.

600 SM sampai Yunani sebagai dari Palestina. peradaban-per­

Orang-orang Yunani memperlihatkan kebebasan berpikir dan momiliki komitmon untuk moncari kobonaran yang mengesankan. Ide Plato maupun Aristoteles bertahan selama ribuan tahun, tidak hanya berpengaruh di tempat penggagas­ nya saja. Lebih daripada itu. data ilmiah yang dikumpulkan oleh Ptolemeus dianggap cukup teliti oleh pengikutnya sampai 1.000 tahun kemudian. Matematika sekarang kita anggap sebagai usaha abstrak

♦t ■ ■ ‘i »•* i u 1 t'. .-1 4’ m JL 1 if «m « r. M

€>\

Gambar 1.1 Contoh sistem bilangan Aztec.

6

REVOLUSI f

•• atau I t

4

♦ i

i

-

I

*

I •

4

UI

M H

m

A ♦1

il 11 >11 H 'II ‘t 1

ill »11

s '

III

s

III

S5

•111

S

H it

m m

t ill ill!

Gambar 1.2 S iste m b ila n g a n M aya.

is ik a :

DARl

alam

GAIB K£

a l a m n y a ta

dan sekuler, tapi tidak demikian di masa Yunani kuno. Pythagoras (582-500 SM), yang termasyhur lewat dalil trigo­ nometri, ternyata seorang guru kebatinan! Ia memimpin sekumpulan ahli hisab yang mencari keselamatan dengan bersemedi, berpuasa, dan berpikir. Semua anggota kelompok bersumpah untuk tetap merahasiakan pengetahuan mereka tentang bilangan-bilangan yang dianggap suluk. Dari kolompok inilah muncul pendapnt bahwa lingkaran dan bola (sfora) adalah bentuk yang sempurna. Bumi, benda-benda langit, beserta lintasannya dianggap bundar semua. Gagasan ini melandasi segenap aspek astronomi selama ribuan tahun. Pythagoras beserta para murid mengelompokkan semua benda di alam ke dalam "jonjang rohani”, mulai dari bendabenda kasar di Bumi, lalu semakin naik mencapai sejenis keilahian dalam benda-benda langit seporti Matahari dan bintang-bintang. Anggapan ini tetap berpengaruh pada masa selanjutnya. Kelompok ahli hisab itu ingin memahami alam-semesta, bukan cuma mengamati. Oleh karena itu mereka juga mema­ sukkan sejumlah prasangka yang “masuk akal”mereka. Di dalam prasangka mereka memang tersirat keindahan, tapi seperti yang akan kita lihat dalam bahasan lain, justru banyak di antara prasangka moreka yang merintangi dorap langkah penelitian astronomi. Orang-orang pada zaman itu umumnya yakin bahwa Bumi terpaku pada tempatnya, sementara benda langit lain mengitarinya. Memang ada pendapat yang berbeda, seperti dari kelompok Pythagoras. Mereka mengemukakan bahwa peredaran bintang-bintang dan Matahari setiap hari lebih mudah dijelaskan seandainya Bumi dianggap berputar pada porosnya. Pendapat ini memang tidak dihiraukan, torutama karena dianggap bertontangan dengan agama. Kendati dem i­ kian jelaslah bahwa pendapat "kafir" boleh dilontarkan pada zaman itu. Di Yunani juga ada silang-pendapat mengenai ukuran alam-semesta. Ada yang berpendapat bahwa alam-semesta relatif kecil, sedangkan lawannya mengatakan tak terhingga besarnya. Orang Yunani juga borsolisih pendapat tentang hakikat materi. Salah seorang di antaranya ialah Democritus, yang berpendapat bahwa di alam terdapat butiran paling

PENGAMAT LAWAN PEMIKIR

kecil yang bernama atom. Butiran ini tak terhingga banyak­ nya dan tidak bisa dibagi lagi. Lawan kelompok ini berpen­ dapat bahwa alam-semesta bisa dibagi terus-menerus tanpa batas. Gelanggang intelektual di Yunani memang seru, malah mungkin kelewat seru. Problem yang dihadapi oleh perkem­ bangan ilmu di Yunani serupa dongan yang terjadi di Mesopotamia dan Mesir. Tiga peradaban itu asyik-masyuk dengan pikirannya sendiri dan kurang mengamati fenomena alam. Sokrates, filsuf yang dihukum mati dengan cara minum secawan racun pada 339 SM, malah pernah berkata bahwa astronomi hanya "pemborosan waktu”.

Lebih baik berpikir daripada mengamati Plato, murid Sokrates di Athena, tampaknya lebih terpaku pada sistem berpikir yang ia kembangkan sendiri daripada langsung mengamati alam. Memang Plato menugaskan mu­ rid-muridnya untuk merumuskan gerakan apa saja yang dapat menjelaskan gejala astronomis asalkan gerakan itu melingkar. Tapi ia sendiri kurang serius dengan urusan ini. Astronomi, menurut Plato, sama soporti geometri yang bisa ditekuni cukup dongan menghitung. Plato mengembangkan pandangan dunia di mana hal-hal yang paling mendasar dan yang paling “nyata" bukanlah gejala-gejala mentah yang kasat mata. Hal yang benar-benar nyata adalah sebentuk pola di belakang tabir, la menggu­ nakan istilah "rancangan”, atau “tujuan intelektual” yang tersembunyi di balik hal-hal yang kasat mata. Pola itu hanya terlihat dalam pikiran dan tidak dapat dilihat dongan indera penglihatan. Oloh karena itu bagi Plato lobih penting memi­ kirkan alam daripada mengamatinya. Pada satu sisi cara pandang tersebut meyakini bahwa alam bersifat rasional, yaitu menaati hukum-hukum yang masuk akal. Sebaliknya, prasangka intelektual semacam itu bisa mengeruhkan pema­ haman ilmiah, alih-alih menjernihkan. Untunglah Eudoksus, salah seorang murid Plato, mau mengamati langit berbintang secara kuantitatif. Berdasarkan hasil pengamatannya, Eudoksus merumuskan sistem tatasurya yang dapat menjelaskan secara umum berbagai hasil pengamatan pada masa itu. Ia mengusulkan bentuk Bumi

Foto 1.2 Patung wajah Plato (427-347 SM).

r e v o lu s i

Fis ik a :

d a r i a l a m g a ib ke a l a m n y a ta

bundar dan diam di tempatnya. Bumi dikelilingi oleh berbagai bola yang terbuat dari sejenis zat halus tapi keras. Bayangkan sebentuk bola gading berukir, di mana setiap bola borisi bola lain yang lebih kocil. Bola somacam itu sampai sekarang masih ada di Cina. Bola-bola itu terusmenerus mengitari Bumi yang ada di pusat. Pada permukaan setiap bola terdapat satu benda langit yang ikut berputar. Oloh karena itulah timbul kosan bahwa benda itulah yang mengelilingi Bumi. Bola-bola itu sendiri digerakkan oleh kekuatan rohani dari “luar". Semangat untuk sungguh-sungguh menggeluti dan me­ mahami kenyataan fisik di alam torbuka juga ditomui dalam diri ilmuwan Yunani yang termasyhur, yaitu Aristotolos (384322 SM). Walaupun demikian ia masih terpengaruh paham platonis, paham yang menyatakan bahwa sesuatu yang nampak oloh mata bukanlah kenyataan sobonarnya. Aristotoles monegaskan bahwa di bawah Bulan hanya ada empat jenis unsur, yakni tanah, air, angin, dan api, sedangkan di atas Bulan (mendekati surga) terdapat benda yang terbuat dari zat yang lobih halus. Aristotolos juga berargumen bahwa Bulan hanya punya satu gerakan alami, yaitu gerak lurus. Ada pun gerakan alami benda-benda di atas Bulan adalah melingkar. Ia juga masih terbelenggu pada anggapan lama bahwa ia dapat monomukan makna di dalam segala hal. Misalnya ia menjelaskan bahwa jatuhnya sebong­ kah batu ke tanah mencerminkan kerinduan batin batu untuk kembali pada ibu pertiwi. Gagasan Aristotolos tersebut men­ cerminkan bahwa ia tak dapat membebaskan diri dari filsafat masa itu.

Gambar 1.3 Ltma unsur utama alam menurut Plato. Sketsa ini ditampilkan oleh Johannes Kepler dalam Harmonlces Mundl (1619).

Walaupun demikian Aristoteles tergolong intelektual pertama yang mengamati makhluk hidup seperti opa adanya. Pada masa tuanya, Aristotolos semakin momontingkan ke­ giatan ini dan meneruskannya kepada para muridnya. Lewat kegiatan ini mereka menggolongkan ribuan jenis tanaman dan binatang. Pada masa-masa Pythagoras sampai Aristoteles, gelang­ gang intelektual Yunani hampir seluruhnya di Athena. Sotolah Iskandar al-Akbar, mantan murid Aristoteles, ber­ kuasa, pusat intelektual beralih ke Alexandria. Alexandria

9

PENGAMAT LAWAN PEMIKIR

adalah kota di Mesir yang dibangun oleh Iskandar al-Akbar pada 332 SM. Di kota ini muncul nama-nama mahasarjana seperti Euclid. Galen. Ptolemeus, dan Aristarchus. Euclid termasyhur dongan dalil-dalil geometrinya yang masih dipelajari oleh para ilmuwan sampai abad ke-19. Galen ialah dokter yang menulis sekurangnya seratus buku lebih tentang bidang ilmunya. Ptolemeus ialah pengumpul data astronomis yang teliti. Ia mengembangkan sebentuk sistem tata-surya yang membola gerakan melingkar dongan Bumi sebagai pusatnya. Aristarchus ialah astronom, yang selain berani mengusulkan bahwa Bumi berputar pada porosnya sendiri, juga mengajarkan bahwa Bumi mengitari Matahari. Pendapat Aristarchus ini diangkat kembali oleh Copernicus 1.800 tahun kemudian. Pada masa kejayaan Athena, gagasan para filsuf lebih mendominasi penjelajahan ilmu daripada para insinyur. Tapi situasinya berubah di Alexandria. Di tempat ini para insi­ nyur mulai torlibnt pula dalam penjelajahan ilmu. Ambil misal Archimedes. Ia menggabungkan ilmu dengan pertu­ kangan. Berbeda dengan insinyur lain masa itu. Archimedes melek-huruf. la dapat memadukan pekerjaan ilmiah (misal­ nya kepadatan benda, yang menjadi dasar untuk cerita lucu di kamar mandi) dongan poralatan sehari-hari. Salah satu contoh adalah pompa air yang dikenal sebagai Sekrup Arkbimedes, teknologi yang sampai sekarang masih lazim dipakai di Mesir. Kendati demikian masih saja ada filsuf Yunani yang bersikukuh bahwa pertukangan adalah peker­ jaan yang agak hina dan tidak selayaknya dihormati.

Kesimpulan Dalam bab ini kita membahas tiga gejala perkembangan ilmu pada masa lampau. Pertama, kaitan ilmu dengan bidangbidang yang sekarang jauh dari ilmu, misalnya astrologiastronomi, perdukunan-kedokteran. Pada bagian lain buku ini akan diperlihatkan bahwa ilmu baru berderap maju setelah manusia tidak lagi mencampur-aduk ilmu dengan alam gaib.

Gambar 1.4 Pythagoras.

Foto 1.3 Patung wajah Aristoteles.

10

REVOLUSI f ISIKA: DAfll ALAM GAIB KE ALAM NYATA

Kedua, pemisahan antara berpikir dan berbuat, ilmu dengan teknologi. Para cendekiawan kuno umumnya meren­ dahkan pekerjaan tangan. Pada satu sisi sikap ini menyebab­ kan mereka kurang memanfaatkan teknologi untuk kemajuan ilmu. Sebaliknya, teknologi pun kurang mendapat masukan ilmiah. Memang ada porkecualian di Alexandria, tapi tidak sampai mengubah sikap tersebut. Dirumuskan lain, halangan berilmu yang paling besar pada zaman kuno adalah jurang yang terentang antara berbuat dan berpikir serta antara berpikir dan mengamati. Dalam istilah filsafat, jurang ini adalah perbedaan antara rasionalisme dan empirisisme. Padahal penjelajahan ilmu memerlukan keduanya. Ketiga, kebebasan untuk berbeda pendapat. Hal inilah yang kiranya menyebabkan Yunani menjadi pelopor ilmu modern. Tiga gojala tersebut terjadi di Mesopotamia, Mesir, dan Yunani. Apakah hal yang sama juga terjadi dalam kebudaya­ an India, Cina, dan Islam?

2 Pengamat menjadi Pemikir Tiga peradaban yang dibahas dalam bagian ini adalah India, Cina, dan Islam. Ketiganya dibahas terpisah dari Meso­ potamia, Mesir, dan Yunani kuno karena proses perkembangan ilmunya nyaris jalan di tempat.

12

REVOLUSI EISIKA: DARl ALAM GAIB KE ALAM NYATA

Alam maya di India Sojarah ilmu di India bisa dibodakan ko dalam dua babak, yakni sebelum dan sesudah adanya pengaruh peradaban Yunani. Peradaban di Lembah Indus (sekarang Pakistan) sudah berkembang kira-kira sejak 3000 SM. Pada 2000 SM, ketika Yunani bisa dibilang belum beradab samasokali, kebudayaan ini sudah punah. Kitab suci seperti Voda, Bhagavad Gila, serta Upanishad merupakan adikarya dari masa ini. Meskipun hanya sedikit peninggalannya, ada tanda-tanda mereka telah memakai sistem bilangan desimal. Mereka juga sudah mongonal prinsip yang serupa dongan “ dalil Pythagoras" untuk meng­ hitung sisi panjang segitiga siku-siku, jauh sebelum Pythagoras menemukannya. Kaidah ini perlu untuk menentukan ukuran altar. Di dalam Veda tidak ada tanda-tanda bahwa mereka telah mengenal planet. Seandainya mencurahkan sedikit saja perhatian terhadap langit malam, mereka akan melihat bahwa setiap malam posisi planet bergeser terhadap bintangbintang. Barangkali hal ini adalah dampak koporcayaan Hindu bahwa segala sesuatu yang tampak hanya maya belaka. Manusia monganggap planet-planet itu ada karena tidak tahu bahwa semua itu semu. Untuk apa manusia mengamati hal yang semu dengan seksama? Timur Tengah bukan satu-satunya korban keganasan Iskandar al-Akbar (Alexander Agung) dari Yunani. Pada 327 SM ia menyerbu India juga, yang kemudian menyalakan kembali kebudayaan ilmiah India. India kemudian mongembangkan astronomi dari ilmuwan Yunani. Astronom Varahamihira (sekitar 505 M) menulis tentang bola dan lingkaran di langit, sistemnya mirip dengan yang pernah dikembangkan di Yunani sebelumnya. Hubungan kebudayaan masa itu tidak hanya terbatas dengan Yunani. Sejak abad ke-2 ada pertukaran pengetahuan dengan negara tetangga, Cina, melalui para misionaris Bud­ dha yang pergi ke sana. Dalam bidang kimia, atau lebih tepat disebut alkimia, ada upaya untuk menemukan ramuan hidup kekal di laboratorium. Sebagaimana terjadi di Cina (dan juga di Eropa), di India ramuan jenis ini dihubungkan dengan

PENGAMAT MENJADI PEMIKIR

pembuatan emas, yakni mencampur air raksa dan belerang. Kedua unsur itu mencerminkan penyatuan sifat kelelakian dengan kewanitaan. Demikianlah yang terjadi pada tahaptahap awal perkembangan ilmu, antara ilmu alam dan ilmu sihir selalu berhubungan erat. Kekuatan India terutama pada matematika. Selain me­ ngembangkan sistem bilangan desimal yang sekarang lazim dipakai, mereka juga menyumbang penemuan yang paling mengesankan, yaitu bilangan nol. Mereka juga menguasai persamaan aljabar umum yang cukup rumit pula. Aryabhatas bersaudara (475-550 M) ialah yang pertamakali menggunakan sinus sudut.

Belenggu budaya Cina Banyak teknologi yang tampaknya lebih dahulu muncul di Cina dibanding Eropa atau daerah lain. Di antara teknologi yang dimaksud adalah tembikar yang sangat halus (abad ke-7), kertas (abad ke-2) dongan percetakan (dikembangkan sejak abad ko-9 sampai abad ko-15), magnot untuk menuntun pelayaran di laut (abad ke-11), mesiu (abad ke-7) dan pene­ rapannya ke dalam senapan (abad ke-13), serta meriam besi (abad ke-14). Walaupun demikian kebudayaan Cina tidak pernah me­ nilai tinggi pekerjaan tangan, sehingga tidak pernah terjadi pertemuan gagasan antara cendekiawan dengan insinyur. Barangkali hal itu terkait dengan tidak adanya dorongan kuat dalam pordagangan dan kebudayaan komorsial untuk moncari laba, borbeda dengan di Eropa dan di Yunani. Diru­ muskan lain, salah satu dorongan yang penting untuk me­ nemukan “cara yang terbaik”untuk setiap persoalan, tidak muncul di Cina. Toknologi Cina totap mengagumkan, tapi tidak pornah berpadu dengan ilmu untuk melahirkan ilmu yang modern. Kondisi sosial setempat kurang membantu. Kontras dengan di Eropa, yang pada masa Renaisans mempunyai kebudayaan yang serba komersial, Cina adalah negara yang birokratis-perdesaan. Walaupun tidak kuat, ilmu tetap muncul di Cina, dan

13

M

REVOLUSI ElSlKA: DARI ALAM G.MH KE ALAM NYATA

bukan hanya yang bersifat spekulatif belaka. Sekali lagi, yang memainkan peran penting adalah penguasa. Dia berkuasa untuk menentukan sistem penanggalan. Kalender itu dipakai untuk menunjukkan hari-hari bertuah untuk kegiatan resmi. Menilik sejarah di berbagai tempat, astronomi dengan astro­ logi memang berkelindan erat di masa lalu, ikatan yang baru dibebaskan di Eropa pada abad ke- 17. Para ahli di Cina sudah membuat pengamatan terhadap langit malam dengan toliti. Gerhana, misalnya, sudah mulai dicatat pada 1500 SM, dan kehadiran komet sudah ditulis pada 700 SM. Syi Syen (sekitar 350 SM) telah memetakan lebih daripada 800 bintang. Mereka dapat menentukan kedu­ dukan benda langit dalam satu kerangka acuan berdasarkan Bintang Kutub Utara, sejenis sistom yang baru mulai dipakai di Eropa setelah Revolusi Ilmiah pada abad ke-17. Pada 338 SM Hu Hsi menemukan gejala “presesi ekuinox”,' yang sampai sekarang pun belum tentu dipahami oleh mahasiswa! Hasil pengamatan langit oleh ahli falak Cina dituangkan dalam bentuk aljabar, borboda dongan orang Yunani yang memakai geometri. Pura pengamat di Cina umumnya kurang berpendidikan dan dipandang sebelah mata oloh para filsuf. Itulah sebabnya mereka tidak sampai mongombangkan sebentuk gambaran mengenai struktur alam-semesta berdasarkan pengamatan empiris. Oleh karena itu, setali tiga uang dengan M esopo­ tamia, konsep kosmos di Cina tidak dirumuskan oleh ahli­ nya, ahli falak, melainkan oloh para filsuf, yang morondahkan para pengamat dan lebih suka borspokulasi. Berbeda dengan Ptolemeus dan rekan-rekannya di Yunani, yang ber­ gumul dengan data yang mereka miliki untuk menciptakan sebentuk alam-semesta "berhala" (yang sebetulnya jauh terlalu kecil dan juga masih kaku), orang Cina tidak berpikir secara mekanistis dan goomctris.

' Perubahan poros rotasi Bumi terhadap garis edar Matahari (mirip seperti perubahan sumbu putar pada gasing). Bumi memerlukan 26.000 tahun untuk menggenapi satu putaran (ed.)

PENGAMAT MENJADI PEMIKIfl

Pada masa dinasti Han berkuasa (202 SM-220 M) sudah dikenal tiga bentuk kosmos. Pertama, kosmos Ka Thien yang mengusulkan sistem “langit setengah bola”.Langit digambar­ kan sebagai setengah bola, yang terangkat 80.000 li (40.000 km) dari Bumi dengan bentuk seperti mangkok terbalik. Kedua, kosmos Hun Thien yang menggambarkan seluruh alam-somosta bagaikan bola yang lobih besar lagi, bola dengan garis tengah 2 juta li (1 juta km). Ketiga, kosmos Hsuan Yeh, yang menyatakan balnva alam-semesta tak terhingga besarnya, hampir seluruhnya kosong dan tidak borbentuk. Pandangan ketiga jelas sudah dokat sekali dengan pengertian kosmos modern, tapi disusun bukan berdasarkan data!

Mohis dan Taois: layu sebelum berkembang Kesenjangan antara para cendekiawan dengan para tukang dan pengamat menyebabkan ilmu di Cina tidak berkembang. Ironisnya, sudah ada dua kelompok. Mohis dan Taois, yang mungkin bisa menjembatani kesenjangan ini. Tapi dua ke­ lompok itu keburu dikucilkan, dan punahnya tradisi mereka menyebabkan buah pikiran moroka tidak mengubur jurang itu. Kaum Mohis adalah pengikut Mo Ti solama periode "Negeri Berperang”(Warring States, 480-221 SM). Mereka termasyhur sebagai juru damai dan berwatak ksatria. Moroka banyak menggumuli filsafat ilmu dengan pertanyaan pokok: “Bagaimana manusia dapat memperoleh pengetahuan yang pasti mengenai alam?". Kaum Mohis pernah membuat percobaan dengan cermin, datar maupun lengkung, dan juga percobaan dengan katrol. Kendati demikian mereka tidak berani melemparkan teori, misalnya tentang sifat cahaya. Lebih daripada itu, tradisi eksperimen mereka cepat punah. Pada masa Wangsa Han berkuasa (202 SM-220 M) muncul aliran Taois. Moroka ingin merambah jalan yang benar dengan kembali ke alam terbuka sebagai pertapa. Mereka banyak membuat percobaan alkimia. Sama seperti ahli pra-kimia di India, Islam, dan Eropa, mereka juga

IS

16

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

Gambar 2.1 Metode pengukuran tanah yang dipakai telah menunjukkan kemampuan Cina dalam bidang geometri.

berusaha untuk membuat emas dari air raksa dan belerang, untuk memperoleh jamu hidup kekal. Upaya itu didorong oleh filosofi mereka tentang dua gaya, yaitu Yin (mewakili asas wanita, gelap, dingin dan sebagainya) dan Ynnf> (lelaki, terang, panas dan sebagainya). Mereka percaya pada lima unsur—air, api, kayu, logam, dan tanah. Sepertinya lima unsur ini mereka kembangkan terpisah dari orang Yunani. Orang Yunani percaya pada empat unsur pokok, yaitu air, api. udara, dan tanah, di mana eter (atau ruang) menjadi wadahnya. Apakah keyakinan terhadap

PENGAMAT MENJADI PEMIKlA

unsur-unsur lersebut menghambat atau mendukung per­ kembangan ilmu? Bisa jadi pengertian tentang unsur-unsur ini mendukung porkombangan ilmu alam karena moncorminkan keyakinan bahwa alam bersifat tertib dan teratur. Tapi kalau keyakinan itu dipegang inembabi-buta bakal mematikan ilmu. Kaum Taois banyak belajar tentang hal-hal yang bersifat praktis. Selain itu. mereka selalu skeptis terhadap prasangka manusia tentang proses-proses alamiah—sikap seperti ini semestinya menjiwai setiap fisikawan sejati. Tapi karena kaum Taois mengasingkan diri dari masyarakat, dan juga karena permusuhan dengan Konfusianis yang akrab dengan negara, maka pengaruh ajaran mereka tidak bertahan lama. Lambat-laun tradisi Taois merosot. Sejarawan Noedham berpendapat bahwa seandainya aliran Mohis (dongan logikanya) dan aliran Taois (dengan pendekatannya ke alam-semesta yang terbuka) berpengaruh lebih lama, mungkin Revolusi Ilmiah terjadi di Cina sekitar abad ke-4.

Budaya menghambat ilmu Mengapa kebudayaan Cina tidak membuahkan ilmu modern? Salah satu sebab, bisa jadi adalah pola berpikir mereka yang lebih bersifat organis. Mereka ingin melihat hubungan yang serba hidup dan selalu berubah. Mereka lebih menghargai sifat (kualitas) daripada besaran (kuantitas). Mungkin karena tidak percaya terhadap satu khalik langit dan bumi, maka mereka tidak menganut keyakinan bahwa hanya ada satu hukum alam yang mengatur segala sesuatu. Barangkali tidak terlalu meleset kalau dikatakan bahwa kebudayaan Cina tidak ingin tahu tentang persoalan alam sekitar. Ambil misal, problem mekanika gerak, yang menjadi landasan hampir semua ilmu. Gojala ini tidak torlihat men­ jadi topik bahasan di Cina, padahal susah disangkal bahwa mereka pun pernah melihat batu jatuh. Kontras sekali dengan orang-orang di Yunani dan kemudian di Eropa yang menjadi­ kannya salah satu obsesi ilmu. Perlakuan Cina terhadap matematika, menurut Noedham, juga sama dengan sikap

17

18

REVOLUSI ElSIKA:

d a r i a l a m g a ib ke a l a m n y a ta

bangsa lain sebelum Revolusi Ilmiah. Ilmu alam terutama dipakai untuk membuat kalender. Memang tidak adil kalau mengadu matematika Cina kuno dengan Eropa abad ke-19. Kalau dibandingkan dengan matematika Eropa abad ke-16, Cina dan Eropa tidak jauh berbeda. Kekuatan matematika Cina kuno terletak pada alja­ bar. Mereka telah menggunakan bilangan negatif jauh sebe­ lum kebudayaan lain—hanya bilangan nol yang mungkin mereka pinjam dari India. Kelemahannya adalah pada logika. Orang Cina tidak memiliki logika yang ketat, misalnya seperti Euclid di Yunani. Euclid betul-betul paham arti bukti matematis dan tidak puas sebelum menemukannya. Boleh dikata orang Cina kuno kurang kokoh dalam berpikir sistematis dan analitis. Mungkin penyebabnya adalah pan­ dangan hidup mereka yang tidak membenarkan upaya meme­ cah-belah dunia, sekalipun hanya dalam pikiran.

Dunia Islam dan perang Damaskus adalah tempat Islam pnrtamakali menaruh porhatian pada ilmu. Di tempat itu juga khalifah pertama berdiri. Selama 50 tahun, sejak 700 M, para ahli telah menekuni astronomi. Tapi akibat perang yang berkecamuk di sana, ilmu tidak berkembang. Inilah pertanda ilmu sulit berkembang tanpa perdamaian. Pada masa Khalifah Abbasid pusat Islam pindah ko Baghdad. Tempat itu kemudian monjadi pusat perkembangan ilmu alam. Kawasan ini dekat dengan Asia dan Bagdad mau menerima ilmu dari luar. Sistem bilangan India masuk ko dunia Islam melalui Baghdad. Di tempat ini buku-buku Yunani banyak diterje­ mahkan ke dalam bahasa Arab. Hunayn Ibn Ishaq (808-873), seorang Kristen Nestorian, menerjemahkan buku kedokteran Galen. Di Bagdad ada observatorium astronomi yang meng­ gunakan kaidah yang diambil dari Mesopotamia. Ternyata hasil pengamatan yang dilakukan di Baghdad lobih teliti daripada pengamatan Ptolemeus, mahasarjana astronomi terkemuka masa itu. Cara membuat kertas dipelajari dari Samarkand, Asia Tengah. Tempat ini nantinya menjadi titik persilangan Cina

19

PENGAMAT MENJADI PEMIKIfl

f 7 T * 21 1

1 1

r

3

y

i

5

4

3

2

6

3

•1

*

C

'

l 7

C

1 9

B

7

V 6-

t

' l

V

H

5

*

O

9

6

c

y

r

2

t/ 5 \ r A J O 7 1B

% 8

0

1 O

dengan dunia Islam. Pengetahuan mengenai kertas kemudian menyebar luas sampai ko Spanyol sekitar 1100, dan akhirnya masuk ko Eropa. Pada abad ke-16 ada satu observatorium di Samarkand yang cukup handal. Bangunan ini dibuat di bawah kekuasaan Tartar, orang-orang Muslim yang terpe­ ngaruh kebudayaan Cina. Pusat perkembangan ilmu di dunia Islam seolah-olah bergeser semakin ke barat. Setelah kekhulifuhun di Baghdad jatuh akibat serbuan dari Turki, sebagian besar ilmuwan di sana lari ke Kairo (sekitar 1000 M). Salah seorang di antara moroka ialah Al-Hasan, yang mengembangkan ilmu optik. Ia memahami pembuatan lensa, dan juga orang pertama yang menegaskan bahwa mata tidak memancarkan sinar supaya bisa melihat, berkebalikan dengan apa yang diajarkan oleh para ahli di Yunani. Menurut Al-Hasan, mata hanya me­ nerima cahaya yang sudah ada di lingkungan. Ujung-ujungnya, pusat ilmu tiba di Spanyol, terutama di Tolodo dan Kordova setelah 970. Selain mengumpulkan ba­ nyak buku, di tempat itu mereka menekuni astronomi, bahkan berani menantang tafsiran Ptolemeus tentang tata surya. Tapi justru ketika tiba di puncak keahlian, kebudayaan mereka lagi-lagi dihancurkan oleh peperangan. Serangan kali ini

Gambar 2.2 Tiga sistem bilangan yang pernah digunakan di kawasan Arab, al-Sizji (atas), al-Biruni (tengah), dan al-Marrakushi (bawah).

20

REVOLUSI f ISIKA: OAfiJ ALAM GAIB KE ALAM NYATA

datang dari Eropa yang baru bangkit dari Zaman Kegelapan. Mereka datang dari utara untuk merebut kembali “tanah Kristen”Spanyol. Toledo jatuh pada 1085. Kecamuk peperangan yang datang silih-borganti momang patut disesalkan karena merusak ketenteraman belajar para ahli di mana pun. Tapi pada sisi lain, perang tulah mengakibatkan terjadinya perubahan pengetahuan yang tak terduga. Setelah kekuatan Islam menghancurkan sisa-sisa kebu­ dayaan Yunani di kawasan timur Laut Tengah, di sana banyak ditemukan buku-buku kuno yang mengagumkan. Buku-buku ini kemudian diterjemahkan oleh dunia Islam sehingga pongetahuan dari Yunani selamat dari kepunahan. Genghis Khan (1167-1227), yang tersohor kekejamannya ketika menyerbu kawasan Cina sampai ke Eropa Timur, membentuk satuan khusus untuk melakukan perjalanan dari Eropa ke Cina. Kesatuan ini komudian dimanfaatkan oleh Marco Polo (1254-1324). Lewat jalur inilah berbagai tekno­ logi masuk ke dunia Islam dan Eropa, seperti mesiu, perce­ takan. serta gerobak roda-satu. Sanggurdi ponunggang kuda, yang lebih dahulu datang ke barat, masuk dari Cina melalui darat. Penemuan uang kortas di Asia Tengah, yang memper­ lihatkan unsur huruf Cina maupun Arab, semakin mene­ gaskan adanya persilangan budaya dari tempat yang jauh terpisah—yang sulit disangkal lagi, didorong oleh kejamnya peperangan.

Kesimpulan Walau tidak satu pun kebudayaan yang dipaparkan dalam bab ini berhasil mencapai ilmu modern, kita bisa mencatat sejumlah hal penting. Cina, dan terlebih lebih lagi India, telah menyumbang sejumlah gagasan matematis. Pengikut Molds dan Taois di Cina sudah monggumuli filsafat ilmu dan sampai pada tahap eksporimon, walaupun tradisi moroka tidak bertahan lama. Ada beberapa kemajuan dalam bidang optik dan kedokteran di dunia Islam yang molampui penca­ paian Yunani.

PENGAMAT MENJADI PEMIWfi

21

Menarik juga untuk dicatat bahwa kemajuan dalam ilmu maupun teknologi juga tergantung pada pertukaran budaya antar-bangsa: dari Yunani ke India, dari India ke Cina, dari Cina kembali ke Timur Tengah, dari dunia Islam ke Eropa. Tanpa proses itu tidak mungkin pengetahuan bergerak sedemikian jauh. Sejumlah hal yang sudah kita singgung pada Bab 1 juga muncul di bagian ini. Ada kesenjangan antara para pemikir dongan insinyur dan pengamat dan campur-baur ilmu (dalam pengertian modern) dengan hal-hal gaib seperti sihir, alkimia, astrologi, dan prasangka intelektual. Lebih daripada itu Cina menambah dua persoalan lagi mengenai perkem­ bangan kebudayaan-kebudayaan ini. Pertama, cara berpikir mekanis dan logis perlu untuk memahami alam-somosta secara ilmiah. Kedua, kodudukan sosial ilmuwan—didukung atau diasingkan oleh masyarakat—ikut berperan juga. Persoalan ini terkait dengan filsafat ilmu pengetahuan alam. Menurut hemat penulis, di sinilah kegunaan sejarah fisika, yaitu menelusuri cara berpikir dan perilaku masya­ rakat yang dapat memajukan pengetahuan alam, serta yang bersifat sebaliknya. Pada bab selanjutnya, kita akan mem­ bahas bagaimana Eropa membebaskan diri dari persoalanpersoalan yang membolonggu kobudayaan lain.

G am bar 2.3 Genghis Khan.

3 Gundah Gulananya Copernicus Jika dua bab sebelumnya menekankan pada kebudayaan, Bab 3 dan 4 membahas sosok penyulut Revolusi Ilmiah, yakni Nicolaus Copernicus. Dalam bab ini dipaparkan pergo­ lakan cara berpikir manusia zaman itu. Bab ini berisi latar-belakang pemahaman astro­ nomis zaman Yunani kuno sebagai alat untuk memperjelas konteks gagasan Copernicus. Bab berikutnya membahas dampak pene­ muan Copernicus dari segi ilmiah, sosial, dan religius.

24

r e v o lu s i

Fis ik a :

d a r i a l a m g a ib ke a l a m n y a ta

Dari revolusi ke revolusi Berawal dari perubahan di bidang astronomi, manusia akhirnya meninggalkan tradisi kuno dan muncul sikap yang samasokali baru terhadap dunia sekitar. Inilah ciri-ciri rovolusi ilmu. Ilmu bukan borgorak tahap demi tahap melain­ kan revolusi demi revolusi. Selama revolusi bergolak, semua pandangan lama ditantang oleh pandangan yang lebih buru. Lambat-laun semakin banyak orang menerima pandangan baru, mungkin karena moreka menorimanya selama monuntut ilmu di masa muda. Setelah terjadi perdebatan sengit antara para penganut pendapat lama dan pendapat baru, maka penganut pendapat lama mengalah, sehingga pendapat yang “baru” meng­ gantikan yang lama dan menjadi pendapat umum. Demikian proses berlangsung sampai pandangan "baru" itu diguling­ kan oleh pandangan lebih baru lagi. Masa di antara dua revolusi ilmu biasanya hanya memantapkan pendapat baru tanpa banyak mempersoalkan landasan pemikirannya lagi.

NICOLAI

CO

Selain revolusi Copernicus masih ada lagi revolusi Einstein yang juga telah mengubah paradigma kita mengenai alnm-somestn secara cukup radikal. IJntuk memahami pen­ tingnya terobosan Copernicus, kita menjelajahi lebih dulu gagasan tentang alam-semesta zaman Yunani kuno, antara abad ke-5 SM dan abad ko-3 SM.

• •MMIVtlMlMf

Selayang pandang geosentrisme

G am bar 3.1 Halaman judul De Revolutionlbus

Hampir semua astronom Yunani berpendapat bahwa Bumi berbentuk bola dan menjadi pusat seluruh alam-semesta. Pernyataan portama bisa diperiksa dengan mudah. Pengamat di puncak gunung dapat melihat hampir seluruh badan kapal, sementara pengamat di kaki gunung hanya dapat melihat pucuk tiang layar. Pernyataan kodun, yang dikenal sebagai geosentrismo, memang sudah dimandulkan oleh Copernicus. Tapi ada baiknya kita memahami gagasan ini supaya bisa menangkap kegelisahan Copernicus terhadap teori ini.

2S

GUNDAH GULA MANYA COPERNICUS

Berdasarkan apa yang kita lihat Bumi tidak bergerak. Sebaliknya, Bulan, Matahari serta bintang-bintang menge­ lilingi Bumi. Cara berpikir ini sampai sekarang masih dipakai dalam ilmu pelayaran (navigasi). Perhitungan navigasi men­ jadi lebih sederhana dengan mengandaikan Bumi bergeming.

Gambar 3.2 Kita tahu bahwa Bumi berbentuk bulat dengan melihat kapal dari puncak bukit.

Pada masa lalu orang-orang belum mempunyai teropong. Oleh karena itu mereka hanya mengenal dua jenis benda langit: tujuh planet dan ribuan bintang. Planet, yang artinya “pengembara", meliputi setiap benda yang tampak bergerak terhadap latarbelakang bintang-bintang. Oleh karena itu Matahari dan Bulan dianggap planet. Planet yang lain adalah Merkurius, Venus, Mars, Jupiter, dan Saturnus. Dalam model ini Bumi adalah bola yang terletak di pusat alam-semesta yang bulat. Antara permukaan Bumi dan batas luar alam-semesta terdapat sejumlah bola lagi. Masing-ma­ sing bola itu, yang tidak kasat mata, memiliki planet, kecuali bola paling luar, yang membawa semua bintang. Planet melekat pada kulit bola, satu bola satu planet. Semua bola berpusat di Bumi. Karena itu sistem bola ini dinamakan homosentris. Gerakan planet (yang dapat diamati) dalam pandangan ini ditentukan oleh gorakan bola yang membawa masing-masing planet. Setiap bola berputar secepat dan searah gorakan bonda langit pada kulitnya. Bola bintang-

28

REVOLUSI ElSlKA: DARi alam gaib ke alam nyata

bintang jelas harus berputar cukup cepat, sehari satu putaran mengelilingi Bumi dari timur ke barat. Bagi orang Yunani benda-benda di luar angkasa hampir tidak berbobot. Ada pun bola itu sendiri terbuat dari bahan transparan sejenis kristal sehingga kelihatan keras. Nama bahan kristal itu adalah eter. Sebaliknya Bumi terbentuk dari unsur-unsur yang kental dan berat sehingga bergeming samasekali. Orang-orang zaman baheula justru pusing mem­ bayangkan Bumi berpusing! Menurut Aristoteles gerakan yang paling mudah dan alamiah di kawasan yang lebih tinggi dari Bulan justru melingkar. Oleh karena itu gerak melingkar bintang-bintang justru yang paling pas dongan "jiwa" bintang itu sendiri.

Dari

P r im u m M o b ile

turun ke Bumi

Para ahli falak Islam pada abad ke-9 menambahkan satu bola lain di luar bintang. Inilah bola ke-9 dan dinamakan Primum Mobile atau Penggerak Utama. Tanpa menyebut nama Allah, bola paling luar ini merupakan tangan Allah yang monggerakkan segalanya. Di luar bola Primum M obile tidak ada benda angkasa. Di situlah Allah berada. Mulai dari bola berbintang yang paling kencang putaran­ nya, gerakan itu menular ke dalam. Putaran harian disebut "diurnal", dan dianggap diteruskan ke arah pusat. Semakin ke dalam, semakin lambat gorakannya sampai akhirnya berhenti di pusat, di Bumi. Orang Kristen zaman itu percaya bahwa pemutar bola-bola itu adalah malaikat. Bola Saturnus terletak persis di bawah bola bintang. Bola ini berputar setiap hari sebagaimana bola lainnya. Tapi bola Saturnus kudu punya gerakan kedua untuk menjelaskan posisinya yang terus menerus berubah terhadap bintangbintang di latarbelakangnya. Saturnus baru kembali ke posisi yang sama setiap 29 tahun sekali. Gerakan pertama yang cepat mengarah ke barat dan yang lebih lambat ke timur. Hasil penjumlahan voktor kecepatan kedua gerak itulah menghasilkan gorakan planot Saturnus soporti yang disak­ sikan sehari-hari.

27

GUNDAH GULANANYA COPERNICUS

G am bar 3.3 Sistem geosentris yang homosentris, dari buku 1539 SM.

Sotali tiga uang, planet yang lain memperlihatkan pu­ taran majemuk. Jupiter, di samping putaran diurnal, bergerak melingkar di hadapan bintang-bintang, dan memerlukan 12 tahun untuk kembali ke tempat semula. Adapun Mars kem­ bali ke tempat semula setiap 687 hari, Venus dan Merkurius sekitar satu tahun. Gerakan Matahari diperlihatkan dari perubahan bintang di latarbolakang yang terlihat ketika terbit dan tenggelam. Mereka berkesimpulan bahwa Matahari mengikuti putaran diurnal dan lintasan berbentuk lingkaran dengan periodo topat satu tahun. Ihwal Matahari bergerak dari satu gugus bintang ke gugus bintang lain telah diketahui oleh para astrolog sejak lama. Mereka malah telah memetakan 12 gugus bintang, yang disebut zodiak. Karena perubahan posisi Matahari terhadap masing-masing zodiak bertepatan dongan perubahan musim, maka mereka menganggap zodiak mompongaruhi keadaan di Bumi.

28

REVOLUSI f ISIKA: dari alam gaib ke alam nyata

Ada satu hal lagi yang agak rumit bagi geosentrisme. Matahari tidak persis terbit di tempat yang sama. Antara 21 Maret dan 23 September Matahari terbit agak ke utara dan titik paling jauh ke utara tercapai pada 22 Juni. Sebaliknya, antara 23 September dan 21 Maret Matahari terbit agak ke solatan. Untuk menjelaskan pengamatan itu mereka memutar bola Matahari pada poros yang tidak sejajar dengan poros putaran diurnalnya, sehingga miring 23 derajat. Bola bulan, selain ikut putaran diurnalnya, juga berputar sekali tiap 27 1/3 hari. Komponen gerakan diurnal tidak akan dibahas lebih jauh. Tapi masih ada hal yang menarik mengenai gerakan benda langit terhadap latarbolakangnya dalam konsep geosontris.

Antara Eudoksus, Hiparkhus, dan Ptolemeus Gambaran kosmos geosentris yang dibahas di atas diajukan oleh Eudoksus (409-356 SM). Aristoteles, yang hidup se­ zaman dengan Eudoksus, dapat menerimanya. Geosentrisme Eudoksus kemudian dirumuskan kembali oleh sejumlah cendekiawan, termasuk Ptolemeus. Saran Eudoksus momben* tur persoalan kotika menjelaskan gerakan planot Merkurius sampai Saturnus. Pasalnya, gerakan planet-planet itu ter­ nyata tidak seragam. Lintasan mereka tidak setia pada bentuk lingkaran sejati di langit. Ambil misal Mars. Gerakan Mars di depan latarbelakang bintang memang dari barat ke timur. Tapi perjalanannya akan berhenti, lalu mundur kira-kira dua bulan, sebelum me­ neruskan lagi perjalanan ke timur. Manuvor ini diknnal sobagai rotrogrosi (gambar 3.4b). Lebih daripada itu, Mars bercahaya paling kemilau di langit malam, nomor dua setelah Venus. Apa penjelasannya? Sistem geosentris menambah beberapa putaran untuk bola Mars. Mereka menambah empat sistem bola yang berkelindan, masing-masing menunjukkan gerak melingkar agar penjumlahannya mendekati peng­ amatan. Sialnya, komilau Mars yang berubah-ubah, jolas-jolas menandakan perubahan jarak Mars dongan Bumi. Jarak Mars dan Bumi pastilah mendokat pada masa rotrogrosi. Untuk memecahkan persoalan ini, Hiparkhus (190-120 SM), seorang astronom yang cukup teliti, meletakkan planot

23

GUNDAH GULANANYA COPEfiMCUS

Gambar 3.4a Contoh gerakan Matahari melalui gugusan bintang.

Gambar 3.4b Retrogrest Mars, dilihat dengan latarbelakang peta bintang yang sama dengan gambar 3.4a. Ini hanya contoh, karena tidak selalu terjadi pada tanggal yang tertulis di sini.

pada lingkaran tambahan, seperti pada gambar 3.5. Lingkaran itu, yang disebut episiklus, berpusat di topi lingkaran lain (disebut deferent), yang ujung-ujungnya berpusat di Bumi. Dengan tambahan ini planet berangsur-angsur mendekati

30

REVOLUSI f ISIKA: DARI a la m g a ib ke a la m n y a ia

E

e

M U M r

Gambar 3.5 (a) sistem episiklus, terikat pada satu deferent. B adalah Bumi; (b) gerakan yang dihasilkan sistem ini; (c) gerakan itu sebagaimana diamati dari Bumi, memang cocok dengan retrogresi Mars yang diamati.

KE BARAT * ------------------

Bumi dan mundur sejenak. Hiparkhus mengganti empat bola dalam pandangan lama dongan satu lingkaran deferent yang berpusat di Bumi ditambah satu episiklus yang berpusat di deferent. Ptolemeus, yang sudah disebut-sebut sebagai astronom jempolan zaman kuno, kemudian memperbaiki sistem Hiparkhus ini, karena masih belum setia dengan hasil pengamatan. Ptolemeus dan pengikutnya menambah se­ jumlah episiklus minor, sorta beberapa jonis putaran lain. Sobotulnya ini bukan satu sistom lagi, molainkan satu kolompok sistem, yang masing-masing diakali sedemikian rupa supaya tidak jauh berbeda dengan data pengamatan. Contoh perubahan yang dimaksud adalah eksentrik dan ekuant. Eksentrik adalah bola yang tidak lagi berpusat di Bumi, melainkan agak jauh dari pusat Bumi. Ekuant adalah cara untuk menerangkan ketidakseragaman gerak planet. Di sini bola tidak lagi berputar seragam jika dipandang dari pusat bola. Gerakan baru seragam ketika dilihat dari titik lain. Argumen terakhir inilah yang paling mengganggu Co­ pernicus. Betapa tidak. Sekalipun Ptolemeus menjejalkan tidak kurang daripada 80 lingkaran ke dalam sistem geo-

g u n d ah g u lanan ya coperm cus

sentris ini, masih ada ketidakcocokan dengan pengamatan. Model tata surya zaman Yunani yang paling banyak peng­ akalan adalah sistem Ptolemeus. Sistem buatan Ptolemeus menjadi pemicu revolusi Copernicus. Sistem Ptolemeus adalah versi yang lebih matang sekaligus jauh lebih rumit dibandingkan sistem Aristoteles. Kebanyakan orang awam suka pada sistem Aristoteles. Meskipun kurang teliti, sistem ini telah membori cap 'Sang Filsuf’yang begitu berwibawa dalam pandangan orang Eropa Zaman Pertengahan. Sistem Aristoteles juga kongkrit dan mekanis dengan bola-bola kristalnya. Sebaliknya, sistem Ptolemeus, yang lebih teliti, umumnya dianggap terlalu rumit dan terlalu matematis.

Kosmos alternatif Selain kosmos Aristoteles dan Ptolemeus, masih ada pemikir Yunani yang mengemukakan sistem tata surya yang jauh berbeda. Modol alternatif agak mirip dongan model kosmos dewasa ini. Tapi kosmos alternatif pada umumnya tidak diterima oleh para cendekiawan sezaman. Pada abad ke-5 SM, Democritus melontarkan spekulasi tentang alam-semesta yang luas tak berhingga dan bentuk bumi yang seperti tabung bukannya bola. Model ini mirip dengan gambaran kita tentang alam-semesta masa kini. Pada abad ke-4 SM, Heraklides menulis tentang model tata surya heliosentrik tanpa dukungan data. Gagasan ini diangkat kembali oleh Aristarchus seabad kemudian. Aristarchus berpendapat bahwa sistem tata surya bakal lebih sederhana seandainya Matahari dianggap bergeming, sementara planet mengelilinginya dengan kecepatan yang berbeda-beda. Bulan dan Bumi dimasukkan sebagai planet yang mengelilingi Matahari. Kekuatan argumen sistem Aristarchus terletak pada ponjolasan yang sederhana mengenai perubahan kocorahan planet. Ponjolasan Aristarchus ditolak sekurangnya karona tiga hal berikut ini. Pertama, dengan menggerakkan Bumi, sistem itu dianggap menghina tempat suci itu. Kedua, sistem Aristarchus tidak disertai hitungan sehingga tidak ada pe-

31

32

REVOLUSI eisika:

dari alam gaib ke alam nyata

gangan kuantitatif. Ketiga, seandainya Bumi mengelilingi Matahari seyogianya kita dapat melihat gerakan itu berda­ sarkan posisi bintang. Gambar 3.6 memperlihatkan prinsip bantahan ketiga. Seandainya satu bintang diukur posisinya, katakanlah pada bulan Januari dan Juni maka dalam selang waktu enam bulan gerakan Bumi seharusnya bintang itu tidak kelihatan dalam posisi yang sama.

G am bar 3.6 Paralaks bintang dilihat dari Bumi. Gambar ini tidak berskala.

Sekarang kita tahu bahwa kesamaan ini diakibatkan perubahan posisi pengamat. Gejala ini disebut paralaks. Paralaks rupanya tidak pernah ditemukan oleh orang-orang masa itu—menurut mereka penampakan ini sudah menjadi bukti bahwa Bumi memang bergeming. Aristarchus menyata­ kan bahwa perubahan posisi bintang tidak terlihat karena jarak bola bintang yang sangat jauh, lebih-lebih tanpa tero­ pong. Sekarang kita tahu bahwa Aristarchus benar tapi lawan pendapatnya tidak bisa monorima sobontuk alam-somosta yang sebegitu besar. Paralaks untuk pertamakalinya diamati oleh astronom Eropa pada 1838, 2.000 tahun setelah Aristarchus meninggal.

D e R e v o lu t io n ib u s O r b iu m C a e le s t iu m Selama 13 abad kemudian, sistem Ptolomeus tidak banyak diubah oleh cendekiawan. Selama itu manusia terus meng­ amati langit malam dan semakin terlihat ketidakcocokan dengan prediksi sistom Ptolomous. Oleh karena itu orangorang semakin kurang percaya pada sistom tersobut. Kobangkitan intelektual di Eropa pada abad ke-16 telah mendorong mereka utnuk berani memikirkan kembali sistem alternatif. Nicolaus Copernicus adalah orang Polandia, lahir pada 1473. Ia belajar astronomi di Padua, Italia, salah satu univer­ sitas terkemuka masa itu. Berdasarkan tinggalan korespon­ densinya, kita tahu bahwa ia sudah menganut wawasan heliosontrik sojak 1512, Tapi ia tidak monggombar-gomborkan pandangannya karena monyadari orang awam, torutama Gereja, akan menentang sistem tersebut. Monjelang akhir hidupnya, barulah ia menuliskan gagasannya atas bujukan rekan-rekannya. Konon cetakan pertama bukunya,

Gu n d a h

g ulananya coperm cus

Do Kevolutionibus Orbium Caeleslium, baru ia lihat men­ jelang ajal karena sakit keras pada 1543,. Setelah buku beredar, memang muncul reaksi negatif seperti yang ia takutkan, namun tidak sampai menggempar­ kan. Uh Revolutionibus rupanya masih terlalu matematis untuk orang awam! Reaksi negatif ini berhubungan dongan semangat zaman itu bahwa tata surya dan kehidupan manu­ sia terkait bogitu orat. Susunan bintang serta planot akan berdampak pada mekanika Bumi, dan ujung-ujungnya filsa­ fat dan agama. Copernicus tidak ambil pusing pada dampak seperti itu. Ia melulu peduli pada fakta ilmiah yang dapat monerangkan prinsip sistem tata surya yang ada. Mula-mula, Copernicus mengkritik sistem Ptolemeus karona tetap belum cocok 100% dongan langit walaupun sudah dijejali sebegitu banyak bola tambahan. Ia kemudian juga mengungkapkan bahwa dari sokian banyak sistem kosmologi, tidak satu pun yang lebih unggul. Sistem yang ditawarkan oleh Copernicus tidak begitu jauh monyimpang dari sistem Yunani kuno. Posisi Bumi ia ganti dongan Matahari—gagasan yang (menurut pengakuannya sen­ diri) ia pinjam dari Aristarchus. Dengan demikian tidak perlu lagi memasang satu episiklus besar untuk setiap planet. Hal ini sudah disadari Aristarchus pada abad ke-4 SM. Copernicus juga menolak memakai alat ekuant yang kita singgung di atas, karona putaran yang tidak seragam sangat kurang indah, dan kurang cocok dongan kosompurnaan yang diciptakan Tuhan. Selebihnya, Copernicus tetap percaya pada kohadiran bola-bola kristal. Bola itu masih totap bulat sempurna dan ia pun terpaksa mombola semua eksentrik dan episiklus kecil Ptolemeus. Oleh karena itu jumlah lingkaran dalam sistem Copernicus tidak jauh berbeda dari sistem Ptolemeus. Lebih daripada itu, sistem Copernicus tidak jauh lebih akurat daripada sistem Ptolemeus! Rupanya Copernicus masih memakai data dikumpulkan oleh cendekiawan Yunani 13 abad sebelumnya. Setelah disalin sokian kali oleh ponyalin yang tidak paham isinya, data ini juga banyak yang rusak. Kekuatan utama sistom Copernicus adalah bahwa gerakan planet dapat diterangkan secara lebih ekonomis serta lebih indah.

33

34

REVOLUSI f iSika: oari alam gaib ke alam nyata

Planet tidak kembali ke tempat asalnya di antara bintangbintang dalam waktu yang selalu sama lantaran tempat pengamat di Bumi bergeser. Retrogresi dan perubahan ke­ cerahan planet jadi mudah dipahami. Bumi berada di orbit lebih dalam sehingga bergerak lebih cepat (sesuai dengan Hukum Kepler III). Oleh karena itu pada suatu hari Bumi “mendahului" Mars. Pada masa itu, peng­ amat di Bumi melihat Mars "mundur" terhadap latarbolakang bintang. Sistem yang lama sebenarnya dapat monjelaskan semua itu dengan susah-payah. Pada hakikatnya, kokuatan sistem Copernicus lebih pada estetika bukan kekuatan pragmatis. Orang yang menghargai keindahan dan kesederhanaan kira­ nya lebih menghargai sistem Copernicus. Adapun orang yang mencari satu sistem yang lebih akurat tidak akan tertarik— apalagi mengingat bahwa untuk monerimanya mereka harus membuang wawasn yang sudah berurat-berakar borabad-abad. Copornicus, soporti halnya Ptolomous, momang hanya memikirkan kinematika, yakni sistem gorakan bonda-bonda langit. Dari segi kinematika, sistem Copernicus tidak jauh berbeda dengan sistem Ptolemeus, karena hanya melibatkan perpindahan batu penjuru dari Bumi ke Matahari. Keuntung­ an besar sistem Copernicus dibanding Ptolemeus baru dipe­ tik kolak di kemudian hari, kotika ilmu mulai memikirkan gaya-gaya yang monyobabkan gerakan bonda langit. Sistom heliosentrik adalah kerangka lembam, di mana hukum-hu­ kum dinamika Newton masih borlaku. Sementara sistem geosentris bukan kerangka lembam. Kita sudah melihat bahwa dari sisi kinematika, gagasan Copernicus tidak terlalu radikal bagi ilmu. Sebaliknya, gagasan itu kemudian berdampak radikal bagi pandangan agama masa itu. Pada bab berikutnya kita akan lihat bagaima­ na golombang revolusi meluas sotolah Copornicus melontar* kan pendapatnya.

4 Dari Pusat Semesta ke Anggota Tata Surya Wawasan manusia mengenai tata surya berubah sejak Copernicus melempar gagasan heliosentris. Dampak gagasan itu meluas sampai pada kaum awam. Walaupun tidak mendalam, kita akan membicarakan tanggapan dunia awam terhadap perkembangan ilmiah terse­ but. Bagian ini lebih banyak membahas pengembangan gagasan Copernicus di tangan

tiga

ilmuwan,

yakni

Tycho

Brahe, Johannes Kepler, dan Galileo Galilei.

36

REVOLUSI ElSiKA: DARI ALAM GAIB K£ ALAM NYAIA

Ilmuwan dan agama menentang Copernicus De Revolutionibus terbit pada 1543 sebagai tulisan yang bersifat teknis. Tulisan ini ditujukan bukan untuk orang awam, melainkan para ahli yang setara dengan Copernicus sendiri. Jauh hari sebelumnya para ahli telah mengakui Copernicus sebagai astronom paling gemilang sejak Ptolemous. Penilaian ini bukan karona isu sistem holiosentris sudah bocor sebelum diterbitkan, tapi karena sumbangannya dalam membantu pekerjaan astronom masa itu. Berdasarkan sistem Copernicus, para astronom dapat menyusun tabel-tabel baru yang menolong pekerjaan mereka. Pada umumnya tabel ini lebih akurat daripada tabel Ptolemous. Meskipun tidak menerima asumsi holiosentris di belakang tabel ini, moroka tetap memakainya lantaran akurat. Proses ini menjadikan dunia ilmiah lambat-laun akrab dengan sistem baru. Oleh karena itu keberatan yang mereka ajukan pun lambat-laut pudar. Ada dua keberatan yang utama terhadap sistem Copernicus. Pertama, dalam hal dinamika. Seandainya Bumi memang borgerak semestinya oloknya kelihatan. Batu yang dilempar ko atas, misalnya, seyogianya jatuh jauh ke bela­ kang karena selama selang waktu itu Bumi sudah berputar. Copernicus memang tidak mengurus dinamika karena ia menangani kinematika semata, yaitu menerangkan gerakan tanpa mempedulikan penyebabnya. Dinamika baru dibahas lebih mendalam oleh Galileo. Kedua, keberatan dari luar astronomi—yaitu filsafat dan agama. Buku Copernicus agak susah dipahami oleh orang awam sehingga perdebatan di kalangan orang awam baru pecah 60 tahun kemudian, yaitu pada awal abad ke-17. Selama Copernicus hidup masyarakat tetap percaya pada kosmos geosentris, termasuk versi Aristoteles yang paling sodorhana sokalipun. Berbagai aspek agama dan filsafat digoyahkan oleh sistem Copernicus. Salah satunya adalah astrologi, keper­ cayaan bahwa perilaku bintang maupun planet dapat me­ mpengaruhi kehidupan manusia. Aspok yang jauh lebih penting adalah ajaran Gereja yang sudah sejak lama menghu­ bungkan tafsir Alkitab dengan konsep geosentris Aristoteles.

OARI PUSAT SEMESTA KE ANGGOTA TATA SURYA

Astrologi betul-betul berurat-berakar. Sejak ribuan tahun sebelum Mnsohi sampai zaman Brahe dan Kepler, astronomi dan astrologi tak terpisahkan satu sama lain. Astrologi me­ mang memerlukan Bumi di pusat alam-semesta. Tanpa prin­ sip itu semua penjelasannya tidak ada artinya lagi. Misalnya himpitan Jupiter dan Saturnus dianggap sebagai peristiwa yang besar pengaruhnya di Bumi, padahal hanya torlihat kalau dipandang dari Bumi. Fenomena itu tidak ada kalau diamati dari Matahari. Peristiwa ini penting dari sisi wawas­ an geosentris tapi hanya kebetulan geometris dari sisi wawas­ an heliosentris. Copernicus adalah orang pertama yang men­ ceraikan kolindan astronomi dongan astrologi. Ia menilai astrologi sebagai kekeliruan. Kubu lain yang tidak bisa menerima alam-semesta holiosontris karona alasan tak ilmiah adalah Goroja. Goroja dengan astrologi samasekali tidak “ sehati sepikir”. Gereja telah lama monolak astrologi yang hanya ingin melihat segala sesuatu seolah sudah ditakdirkan. Menurut Gereja bukan mekanisme alam yang menentukan nasib manusia melainkan kohondak Tuhan. Kendati demikian kodua kubu porcaya bahwa Bumi bergeming. Mereka menganggap Alkitab menyi­ ratkan hal yang sama. Martin Luther (1483-1546) dan Molanchthon (14971560), dua tokoh Reformasi Protestan abad ke-16 melon­ tarkan nas Alkitab dari Pengkhotbah 1:4 -5: “Keturunan yang satu pergi dan keturunan yang lain datang, tapi Bumi tetap ada. Matahari terbit, Matahari kemudian terbenam, lalu terburu-buru menuju tempat ia torbit kembali". Ada juga nas lain, yakni Yosua 10:13, di mana berkat mujizat tertentu Matahari dan Bulan berhenti. Informasi ini dianggap sebagai bukti Matahari yang mongitari Bumi, bukan sebaliknya. John Calvin (1509-1564), seorang tokoh Protestan awal abad ke-17, mengutip juga Mazmur 93:1 ("Sungguh, telah tegak dunia, tidak bergoyang”) untuk mendukung hal yang sama. Gereja terlambat memberi perhatian pada perkembangan baru ini. Tapi pada awal abad ko-17, 70 tahun sotolah Do Revolutionibus terbit, Gereja mengeluarkan pernyataan yang mengharamkan pendapat haru karona bertentangan, baik dengan Alkitab maupun para pendiri Gereja. Pada 1616

37

38

REVOLUSI f tSlKA! OAfll

a l a m g a ib ke a l a m n y a t a

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 karutmarut 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 alamsemesta 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-

39

OARI PUSAT SEMESTA KE ANGGOTA TATA SURYA

kan sebentuk semesta Aristotelian dalam Paradise Lost (Surga yang Hilang). Tapi ia juga menyajikan kosmos Copornicus sebagai pilihan lain. Pada 16 11 John Donne (15721631), 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 muka pada awal abad ko-16, maka paling menonjol sotolah 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 ujungujungnya 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

G am bar 4.1 Tycho Brahe.

REVOLUSI

f is ik a :

DARI

a l a m g a ib ke a l a m n y a ta

40

^ M LOIUBHAI Re «4#4f

G a m b a r 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 terusmenerus 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

Kepler melawan Sang Guru Bertolakbelakang dengan gurunya, Johannes Kepler (15711630) 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 Cosmographicum (1596), yang ditulis ketika berusia 25 tahun, Kepler mengaku sebagai pengikut Copernicus. Tapi ia menegur

41

42

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

Copernicus karena dianggap kurang konsisten. Copernicus masih menempatkan pusat alam-semesta di pusat Bumi, soolah-olah Bumi masih menentukan sogalanya.

G am bar 4.3 Johannes Kepler.

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].”

43

OARI PUSAT SCMESTA KE ANGGOTA TATA SURYA

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

r ev o lu si

Fisika :

daaj alam gaib k£ a l a m nyata

Dari kinematika ke dinamika Upaya untuk mengganti alam-semosta Aristotelian, yang serba-bulat dan digerakkan oloh malaikat, dongan proses mokanik 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 portentangan antara Kepler dan Copernicus. Sistem Kepler jelas berbeda dari sistem Copernicus, ironisnya Galileo sendiri tetap mengaku sebagai pengikut Copernicus! Walaupun

4S

OARI PUSAT SCMESTA KE ANGGOTA TATA SURYA

demikian boberapa penemuan Galileo berdampak jauh lebih hebat pada orang awam daripada gagasan Kepler. 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,

Foto 4.1 Teropong Galileo.

46

r e v o l u 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 holiosontris, 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 halhal 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 menyelesaikannya 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

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

OARI PUSAT SEMESTA KE ANGGOTA TATA SURYA

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 kilometer 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 mongumumkan hasil pongamatannya lewat teropong, orang awam mulai tertarik pada porkombangan baru ini.

47

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 berkobarkobar 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 t h e E a r th t o t h e M o o n

F ro m

(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 a l a m g a ib 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 ke17. 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

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-

SI

S2

REVOLUSI

fis ik a : 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 dewadewa 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

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 pomahaman gerakan seperti mengangkat sebatang kayu. Orang

S3

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 menciptakan 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 13251383). 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

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 tolokukur 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 mongombangkan 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 cendokiawan 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.

ss

sc

REVOLUSI

fis ik a : o a r 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 borgerak. 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 borjalan 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

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).

S7

S8

REVOLUSI

fis ik a :

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

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

S9

60

r e v o l u 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 samarsamar 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 muskan percepatan. Sebetulnya perkara ini sudah dipecah­ 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

Gambar 5.4 Sketsa Bulan karya Galileo.

62

REVOLUSI

f is 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 porintang. 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. Keongganan 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 k ti bahwa kelembaman kekal seandainya tidak ada gesekan. Antara P dan Q tidak ada gaya, sehingga kecepatannya tetap.

GALILEO MENANTANG AfllSTOTELES

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.

63

64

REVOLUSI

f is ik a : d a r i a l a m g a ib ke a l a m nyata

Konsep gerak Aristoteles kedodoran karena terlalu mencaricari penyebab ketimbang menjelaskan gejalanya. Pada Abad Pertengahan ide Aristoteles mulai digoyah­ kan oleh beberapa ilmuwan di antaranya Oresme dan Buridan. 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 monyobabkan 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 tarikmenarik 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'ormosa 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.

67

SEMESTA DINAMIS NEWTON

Pesona magnet Gilbert William Gilbert (1544-1603), seorang sarjana Inggris, mener­ bitkan buku O f Magnets, Magnetic Bodies, and the Great 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, orangorang 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

Gambar 6.1 W illiam Gilbert.

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 Rene Descartes,

Gilbert dan Kepler meyakini alam-semesta sarat keajaiban, dan menduga manusia mungkin tidak akan pernah benarbenar 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 mengajukan filsafat ilmu yang sungguh radikal. Ia menganggap seluruh alam-semesta tidak lain hanya sederet mekanisme

SEMESTA DlNAMiS NEWTON

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 alamsemesta 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. Pusaran-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

63

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 momang 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 takberhingga 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 mengasah 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 pondahulu. 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”. (P 1Pertama, la mendapatkan rumus yang sekarang dikenal sebagai gaya sentripetal: F-m.vVr. Rumus ini menerangkan gaya yang diperlukan untuk mengikat sebuah benda dalam orbit berupa lingkaran. Dari situ ia dapat 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.

Gambar 6.3 Isaac Newton.

REVOLUSI FISIKA! DARI ALAM GAIfl KE ALAM NYATA

72

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 momporlihatkan 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

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

73

74

REVOLUSI

f is 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 kadangkadang 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

tivitas yang tinggi di berbagai bidang fisika. Hukum Hooke tentang elastisitas adalah contohnya. Tapi ia kurang monguasai 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 pertamakalinya 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

75

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 nvata

•PHILOSOPHIZE n a t u r a l i s

PRINCIPIA MATHEMATIC A :i

w 1

j* .VjAi

IMPIUKATUPv » » t s s s. JT W f x i. 111

l 0 K f

Gambar 6.5 Sampul P rincipia edisi pertama.

> l r» !»*•cniv") dan rumus momentum , ed.), berbagai me­ son, dan anti-partikel lain, yang seluruhnya berjumlah puluhan! Kisah penemuan ini akan menghantar kita menuju teori terbaru yang mengatakan bahwa pada dasarnya seluruh materi terdiri atas dua jenis partikel yang sungguh-sungguh elementer, yang dinamakan quark dan lepton. Teori ini mulai berkembang selama dasawarsa 1970-an.

Kesimpulan Teori kuantum merupakan persilangan fisika eksperimental dan teori. Sejarahnya dapat dibagi menjadi dua tahap. Pada tahap pertama, Planck dan Rutherford meletakkan fon­ dasinya, kemudian dikembangkan oleh Bohr.

MS

ISO

REVOLUSI fisika:

dari alam

GAIB K£ alam

nvata

Pada dasawarsa 1920-an sejumlah ilmuwan muda, yang tergugah dengan asumsi intuitif yang diajukan oleh Bohr, berhasil menjabarkan pengertian baru yang lebih bisa diper­ tanggungjawabkan. De Broglie memerikan pengertian elek­ tron seperti gelombang. Schrodingor mengembangkan gagas­ an itu dan menurunkan sopenggal persamaan gelombang untuk meramalkan posisi elektron dalam atom. Pada waktu hampir bersamaan Heisenberg merumuskan metode untuk menebak posisi elektron berdasarkan matriks. Persamaan ini mementingkan perpindahan elektron dari satu "keadaan diam" ke keadaan diam yang lain. (ari yang menonjol, baik dalam pekerjaan Schrodinger maupun Heisenberg adalah probabilitas. Jelas sudah bahwa banyak hal yang tidak bisa diketahui secara pasti lagi. Pencapaian ini memprihatinkan beberapa perintis teori kuantum seperti Einstein.

Epilog: Fisikawan Angkat Senjata Bab ini memaparkan sepak-terjang para ilmuwan yang mendorong pengembangan teknologi persenjataan, dengan melihat kasus program pembuatan senjata nuklir, mulai penemuan proses pembelahan inti sampai uji coba bom atom pertama pada 1945.

1S2

REVOLUSI f isika: DARI alam gaib ke alam nyata

“ Di sini [Los Alamos]

Perang Dunia II (1939-1945) telah mengubah hubungan ilmu dengan masyarakat secara mendasar. Untuk pertamakalinya ilmuwan mengusulkan bahkan merancang sistem persen­ jataan. Usulan mereka selanjutnya dikembangkan sampai terwujud. Gejala ini telah membuka jalan bagi para ilmuwan untuk duduk di lembaga negara, dan sojak itu pandangan orang awam terhadap ilmu berubah. Bab ini disarikan dari tulisan Schroeer (persisnya Bab 17) tentang peran para ilmuwan dalam Proyek Manhattan, program bom atom AS selama Perang Dunia II.

pemerintah telah mengumpulkan sekelompok orang sinting terbesar di dunia.” (Jendral L eslie R. G roves)

Ada dua koconderungan moncolok dalam ponolitian bom atom yang mencerminkan perubahan tersebut. Pertama, ketika keluar dari bidang keahliannya (misalnya, apabila harus bekerja dalam organisasi), ilmuwan kelihatan sulit menerima pendapat orang lain. Sikap seperti ini kadangkadang menghambat kemajuan teknologi. Ada porkecualian untuk fisikawan J. Robert Oppenheimer (1904-1967), yang mampu mengatasi masalah ini. Kedua, ilmuwan ikut bertanggungjawab secara langsung atas pembuatan bom atom, mulai dari usulan sampai perakitan yang dilakukan secara rahasia. Prosos ini bortolakbolakang dongan kebiasaan di kalangan ilmuwan yang biasanya membahas gagasan ilmiah baru secara terbuka. Dua kecenderungan ini menimbulkan pertanyaan: sam­ pai sojauh mana para ahli atom proyok itu masih layak disebut sebagai ilmuwan? Apakah pendidikan mempenga­ ruhi sepak-terjang mereka?

Ilmu dan teknologi sebelum PD II Perang Dunia I terjadi bersamaan dengan revolusi ilmu modern (1914-1918). Walaupun demikian fisika tidak torlibat langsung dalam peperangan ini. Salah satu penjelasannya bisa ditemukan dalam jawaban Menteri Poporangan Amerika Serikat kepada para ilmuwan yang tergabung dalam Ikatan Kimia AS pada 1916. Anggota perhimpunan ini pernah menawarkan diri menjadi sukarelawan untuk maju berpe­ rang demi membela demokrasi. Tawaran itu ditolak oleh menteri dongan alasan mereka sudah mempunyai ahli kimia.

IS3

e p il o g : f is ik a w a n a n g k a t s e n ja t a

Perang Dunia I memang lebih mengandalkan kecanggih­ an teknologi daripada pencapaian sains. Misalnya. Thomas Alva Edison (1847-1931), pemegang paten paling tidak untuk 1.000 penemuan, merupakan gambaran seorang insinyur yang menyumbang banyak pada perang itu. tapi berpra­ sangka anti-ilmuwan. Hal itu terungkap dalam komentarnya ketika seorang fisikawan masuk dewan penasihat angkatan laut, lembaga yang pada waktu itu ia pimpin: "Tidak ada salahnya kita mempunyai seorang tukang hitung, barangkali ada sesuatu yang harus kita hitung". Edison memang melekilmu dan teknologi, tapi ia mendekati keduanya sebagai insinyur. Perkembangan ilmu yang paling mencolok selama Pe­ rang Dunia I terjadi dalam bidang perbokalan dan kesehatan. Untuk pertamakalinya terjadi pengerahan tentara besar-be­ saran berikut perbekalannya tanpa disertai banyak gangguan kesehatan. Setelah penemuan Louis Pasteur (1822-1895), makanan dapat diawetkan dan penyakit dapat dihindari lowat imunisasi. Kemajuan ini menjadi jelas jika dibanding­ kan dengan peperangan abad ke-17. Pada serangan ke Rusia, Napoleon mengerahkan 500.000 tentara. Setelah terlibat dalam tiga pertempuran, jumlah tentara Napoleon tinggal 170.000 jiwa. Diperkirakan 107.000 tentaranya tewas di medan laga (21 persen), sementara 219.000 orang tewas akibat penyakit (43 persen). Dalam Perang Krimea (Rusia bagian selatan, 1853-1856), 38 persen serdadu tewas akibat luka-luka, sedangkan 62 person akibat penyakit. Selama Perang Saudara AS (1861-1865), 44.238 tentara federal hilang di medan tempur, 49.205 tewas karena luka-luka, sementara 186.216 meninggal akibat penyakit. Selama Perang Dunia Pertama situasi Front Barat Eropa sudah berbeda samasokali. Penyakit tifus hampir tidak ada (pertanda kehadiran kutu sudah lebih sedikit) berkat keber­ sihan yang terjaga. Kematian hampir semuanya terjadi akibat pertempuran. Pencapaian teknologi yang agak dipaksakan selama Pe­ rang Dunia I misalnya terlibat pada tank, pesawat terbang, dan kapal selam. Landasan pengetahuan untuk perangkat itu sudah ada, tapi penerapannya terhambat oleh kebiasaan.

“ Saya kira kalian benar-benar

b e r n ia t

membuat bom itu !” (Enrico Ferm i k ep a d a J. R ob ert O p p e n h e lm e r di Los Alamos)

IS4

r e v o lu s i

Fis ik a :

d a r i a l a m g a ib ke a l a m n y a ia

Organisasi kemiliteran masih harus diyakinkan dahulu sebe­ lum bisa menerima teknologi ini. Misalnya, komandan pasukan kavaleri berkuda tidak gampang mengerti bahwa senapan mesin dan tank telah membuat serangan berkuda tidak ada artinya, malah bisa berarti bunuh-diri.

Ilmu dan teknologi semasa Perang Dunia II Dalam Perang Dunia II, para ilmuwan untuk pertamakalinya terjun dalam peperangan. Mereka mengusulkan, merancang persenjataan mutakhir, dan memperlihatkan cara pemakai­ annya. Contoh yang paling terkenal adalah bom atom, tapi radar [radio detection and ranging) mungkin lebih penting lagi, terutama dalam pertempuran di udara. Teknologi radar mula-mula dikembangkan oleh Inggris. Tapi radar kemudian dikembangkan juga oleh Jerman sehingga terjadi perlombaan antara kedua pihak yang berseteru. Salah satu contoh per­ lombaan adalah penorapan “kaidah jendela" dalam kasus pemboman Hamburg di Jerman pada 1943. "Kaidah jendela"pada intinya menghamburkan kepingan aluminium dari pesawat untuk menyamarkan pesawat yang sesungguhnya. Para teknisi Jerman sebenarnya sudah tahu efek ini. Tapi mereka sengaja tidak mengembangkan tek­ nologi untuk mengatasinya lantaran takut Sekutu tahu ra­ hasia kaidah itu. Tak bisa disangkal lagi, pada malam itu radar Jerman kacau-balau. Untuk mengatasi taktik ini, ilmu­ wan Inggris mengembangkan resonant-cavity magnetron, alat pembangkit isyarat radar dongan panjang gelombang sangat pendek. Poncapaian lain adalah operational rosoarch, kaidah matematis yang menguraikan sembarang kegiatan (misalnya serangan udara yang rumit) menjadi serangkaian tindakan yang paling efisien. Selain itu masih ada lagi senjata baru yakni roket.

Bom atom Penemuan paling menontukan selama Perang Dunia II adalah bom atom. Penemuan bom atom berawal dari reaksi pem-

e p ilo g : f is ik a w a n a n g k a t s e m ja ta

belahan inti atau fisi {fission) berantai, yang berawal pada perubahan inti (transmutasi) unsur-unsurnya. Setelah dite­ mukan pada 1932 oleh Sir fames Chadwick (1891-1974), para ilmuwan menyadari bahwa neutron sangat berguna untuk memicu transmutasi ini. Karena tidak bermuatan, neutron dapat menembus inti atom sehingga inti berubah menjadi unsur lain. Setelah 1934 para fisikawan seperti Enrico Fermi (19011954), mulai membuat isotop baru dalam jumlah besar dengan cara menembaki setiap unsur dengan neutron. Inti “menelan”neutron dari luar sehingga menjadi isotop lain. Kadang-kadang inti berubah menjadi kurang stabil sehingga dapat membelah menjadi dua unsur yang jauh lebih ringan. Kedua unsur ini juga merupakan unsur yang samasekali berboda. Peristiwa fisi sebenarnya sudah ditemukan sebelum 1934, tapi baru sungguh-sungguh dimengerti setelah riset Fermi. Ketika ditanya mengapa tidak menyadarinya sejak dulu, Fermi menjawab, “Ada selembar aluminium yang tebalnya tidak lebih daripada tiga milimeter, dan inilah yang menu­ tupi situasi sebenarnya dari kami” . Lembaran yang dimaksud Fermi adalah lempengan di hadapan detektor pengukur reaksi. Detektor ini berfungsi untuk menghentikan zarahzarah berenergi-rendah yang dihasilkan oleh peluruhan inti uranium. Tanpa dinyana lembar aluminium ini juga mem­ bendung sejumlah zarah bermuatan yang berenergi-tinggi, yang dihasilkan oleh reaksi-reaksi pembelahan inti. Dua fisikawan Swiss pernah lupa memasang lembar tersebut pada detektor mereka. Mereka pun melihat simpangan raksasa pada layar osiloskop akibat proses pembelahan inti. Detektor pengukur reaksi mereka langsung rusak setelah kejadian itu. Mereka segera mengganti detektor itu dengan yang baru, berikut lembar aluminiumnya. Oleh karenanya simpangan itu tak tordotoksi lagi. Monimbang peristiwa yang datang kemudian, Fermi agak senang belum menemukan pembelahan inti sampai 1934. Pada masa itu Italia bersekutu dengan Jerman. Sean­ dainya ia menemukan lebih awal, Hitler punya masa damai empat tahun untuk mengembangkan bom atom.

ISS

1S6

REVOLUSI f «ika: DARI alam

gaib ke alam

NYAlA

Penemuan re kas i pembelahan inti menjadi ironi dalam konteks politik menjelang Perang Dunia II. Di Berlin (Jer­ man). pada awal dasawarsa 1930-an Otto Hahn (1879-1968), Lise Meitner (1878-1968), dan Fritz Strassman menyelidiki isotop-isotop radioaktif yang muncul saat berbagai unsur dibombardir dengan neutron. Lise Meitner kebetulan keturunanYahudi, dan ikut merasakan ulah rezim Nazi yang sedang menindas secara brutal orang-orang Yahudi. Setelah Nazi berkuasa pada 1933, ia masih diizinkan bekerja di Jerman lantaran berkewarganegaraan Austria. Pada Maret 1938 Nazi Jerman menyerbu Austria, dan Meitner harus tunduk pada hukum Jerman yang anti-Yahudi. Ia dipecat dan mengungsi ko Stockholm, Swodia, negara yang menganut politik notral. Setelah Meitner pergi, Hahn dan Strassman sampai pada kesimpulan bahwa apabila uranium diembak dengan neutron maka akan muncul barium, lantanum, dan serium. Meitner bersama kemenakannya, Otto Frisch, menafsirkan data ini sebagai contoh proses pembelahan inti. Jelas sudah bahwa proses pembelahan inti membangkitkan energi dalam jumlah yang cukup besar. Pada 3 Marot 1939 dua ahli fisika AS, Leo Szilard (18981964) dan Walter Zinn (1907-2000) menemukan bahwa sotiap peristiwa pembelahan inti menghasilkan juga beberapa neu­ tron. Penemuan ini menyiratkan adanya reaksi berantai, maksudnya neutron basil reaksi sebelumnya dapat memicu dua atau tiga reaksi baru, dan seterusnya. Szilard sendiri sudah memikirkan reaksi berantai sejak 1933, sewaktu membaca novel H. (i. Wells 'flu; World Set Free (berkisah tentang perang nuklir pada 1956 dan ditulis pada 1914). Ide reaksi berantai sudah begitu dekat, bahkan wartawan Will­ iam L. Laurence pun mengetahuinya. Artikelnya dalam suratkabar Saturday Evening Post. 7 September 1940, meru­ pakan komentar mutakhir kalangan umum tentang kemung­ kinan pembuatan bom atom. Gagasan dasar pembuatan bom atom cukup sederhana. Sebutir atom LP* dapat dibelah oloh sebutir neutron untuk menghasilkan beberapa inti yang lebih ringan, ditambah dua

e p il o g : f is ik a w a n a n g k a t s e n ja t a

atau tiga neutron, dan sejumlah energi yang sangat besar. Sebagai sumber energi, reaksi ini sangat efisien. Sebanyak 0,1 persen massa seluruh atom Um dapat diubah menjadi energi. Sebagai perbandingan, reaksi kimia lain rata-rata memerlu­ kan bahan reaksi 20 juta kali sebanyak energi yang diha­ silkan. Misalnya setengah kilogram U235yang terbelah intinya setara dengan 20.000 ton TNT (tri-nitro-toluene) yang mele­ dak kimiawi. Walaupun demikian membuat bom atom tidaklah sosoderhana prinsip itu. Uranium alami mengandung dua isotop: 0,7 persen U23i dan 99,3 person U238. Dalam bom atom. U23® yang dipakai tidak boleh terlalu banyak tercemar IJ218supaya ledakannya kuat. Boleh dikata, persoalannya sekarang adalah menemukan cara untuk memisahkan IJ235dari U238. Keduanya adalah isotop unsur yang sama sehingga tahiat kimianya pun sama. Karena itulah keduanya tidak dapat dipisahkan lewat reaksi kimia biasa. Fisikawan Edwin M. McMillan (1907-1991) menemukan unsur baru plutonium yang bisa mengatasi persoalan ini. Inti plutonium membelah dengan baik. Unsur ini dihasilkan kotika U2*" ditembak dengan neutron. Oloh karona itu lebih baik menggunakan plutonium ketimbang U235. Alternatif ini memang memerlukan roaktor nuklir yang dapat monghasilkan neutron secara terkendali. Uranium alami dapat dipakai dalam reaktor ini asalkan dapat ditemukan cara untuk mem­ perlambat neutron agar dapat diserap dengan baik oleh sejumlah kecil atom U235. Alat untuk memperlambat neutron disebut moderator. Jika reaksi berantai U235 dapat dikenda­ likan, maka sebagian neutron yang dihasilkan dapat di­ manfaatkan untuk membuat Pu239dari U238. Akhirnya pluto­ nium itu dapat dipisahkan dari uranium lewat cara-cara kimia yang lebih sederhana.

Mengumandangkan gagasan bom atom Setelah kemungkinan membuat bom atom terbuka, faktor yang paling menentukan adalah interaksi fisika dengan poli­ tik semasa Perang Dunia II mulai. Tersiar kabar bahwa para

IS7

1S8

REVOLUSI Fis ik a :

oafu a l a m g a ib ke a l a m n y a t a

ilmuwan Jerman sudah mulai memikirkan cara untuk mem­ buat bom atom. Mendengar berita ini, sejumlah fisikawan mendesak pemerintah AS untuk bertindak. Mereka yang terlibat dalam upaya ini terutama fisikawan kelahiran Jerman dan Italia yang mengungsi ko AS, seperti Szilard, Eugene P. Wigner, Edward Teller, Victor F. VVeisskopf, dan Fermi. Fermi pernah membujuk angkatan laut AS untuk bertindak pada 10 Maret 1939—bertepatan dengan invasi Nazi Jerman ke Cokoslovakia. Ketika itu Fermi belum cukup fasih berbahasa Inggris, dan konon setelah Fenni keluar, ada perwira yang berkata pada rekannya, “Orang itu sudah gila". Ujung-ujungnya. Albert Einstein, yang sebenarnya antiperang, dibujuk oleh rekan-rekannya untuk menyurati Presi­ den Franklin Delano Roosevelt (1882-1945). Dalam surat kepada Presiden Roosevel tertanggal 2 Agustus 1939, Einstein menulis sebagai berikut: "Selama empat bulan terakhir, telah te rb u ka -b e rka t karya Jo lio t di Prancis sebagaimana Fermi dan Szilard di Amerika-kemungkinan untuk menyiapkan reaksi berantai nuklir dengan uranium dalam jum lah besar, yang bakal menghasilkan tenaga yang luarbiasa besar dan sejumlah besar unsur yang m irip radium. Sekarang sepertinya hal ini dapat dicapai tidak lama lagi. Gejala baru ini juga dapat mengarah pada pembuatan bom, dan terbayang walaupun belum pasti-bahw a sejenis bom baru yang luarbiasa kuat dapat dibuat. Satu bom jenis ini, yang dibawa dengan kapal dan diledakkan di pelabuhan, dapat meluluh-lantakan seluruh pelabuhan beserta seba­ gian daerah di sekitarnya. Tapi bom seperti ini barangkali jelas terlalu berat untuk diangkut lewat udara.”

Surat ini baru disampaikan oleh Alexander Sachs, se­ orang konsultan ekonomi di Gedung Putih, dua bulan kemu­ dian, Oktober 1939. AS baru memutuskan untuk ikut porlombaan membuat bom atom secara besar-besaran pada 1941, ketika Inggris menawarkan diri untuk membagi pengetahuan nuklirnya ke Amerika. Tidak heran bila pada 1943 dana yang dihabiskan untuk penelitian nuklir yang terarah pada proyek bom atom paling banter 300.000 dollar AS, jauh lebih kecil

e p il o g : f is ik a w a n a n g k a t s e n ja t a

dibanding total anggaran proyek bom atom yang mencapai 2.000.000.000 dollar.

Reaktor nuklir pertama Memanfaatkan hibah pertama pemerintah sebesar 6.000 dol­ lar, Formi mombeli grafit untuk membuat reaktor pombolahan inti. Grafit dianggap cocok untuk memperlambat noutron guna meningkatkan kemungkinan terjadinya pembe­ lahan inti tanpa menyerap terlalu banyak neutron. Pada 2 Desember 1942 reaksi berantai terkendali dan stabil untuk pertamakali dibangun dalam gelanggang squash (olahraga mirip tonis dalam-ruangnn), di bawah stadion sepakhola Chicago University. Reaksi dapat dikendalikan dongan ba­ tang-batang ponyerap neutron yang terbuat dari kadmium dan boron. Dengan menarik batang-batang itu dari teras reaktor secara hati-hati, reaksi pembelahan inti berantai bertambah cepat. Sejumlah tenaga sudah bersiaga di atas reaktor dengan ember berisi larutan kadmium untuk mema­ damkan reaksi itu seandainya terjadi hal-hal yang tidak diinginkan. Dr. Arthur H. Compton (direktur laboratorium ini) melaporkan hasil percobaan molalui telepon kepada rektor Harvard University, Dr. James B. Conant sebagai berikut: “ Pelayar asal Italia baru saja mendarat di Dunia Baru. Bumi tampaknya lebih kecil daripada perkiraan sebelumnya dan ia tiba beberapa hari lebih awal. Penduduk setempat sungguh bersahabat. Semuanya mendarat dengan aman dan sukacita."

Percakapan ini jelas menyiratkan kerahasiaan proyek. Reaktor sudah berjalan, lebih kecil daripada dugaan semula. Reaksi berantai bisa dikendalikan, tidak sampai meledakkan Chicago. Peristiwa ini dirayakan dongan sohotol anggur kiriman Dr. Wignor. Pongondalian prosos pembelahan inti telah terwujud. Ironisnya, hal ini bortolakbelakang dengan hakikat ilmu, ketika masyarakat tidak boleh tahu hasil penelitian di laboratorium ilmiah yang didanai oleh masy­ arakat melalui pajak.

IS9

180

REVOLUSI eisika: dari

alam g air ke alam nyata

Memurnikan U235 Sobelum Formi menemukan reaksi pembelahan inti terken­ dali dalam reaktor, jelas bahwa bom pembelahan inti hanya dapat terwujud bila perbandingan U”5dalam uranium alami diperkaya. Tapi untuk memperkaya uranium bukan main sulitnya. Muncul perdebatan sengit di kalangan ilmuwan, karena masing-masing punya usulan yang berbeda, j. K. Dunning menganjurkan pendekatan difusi gas. U2:,Bsedikit lebih ringan daripada Um sehingga lebih mudah menembus selembar selaput somi-permoabol. Jika sudah berbontuk senyawa gas, uranium alami dapat dengan mudah lolos selaput itu sehingga gas yang lolos lebih banyak mengandung LP5. Tapi hanya ada satu senyawa uranium dalam bentuk gas, yaitu uranium heksafluorida. Bahan ini sangat berbahaya dan dapat merusak alat. Lebih daripada itu, proses ini sekurangnya harus diulangi 5.000 kali untuk mencapai kadar U235yang diinginkan. Saran lain diajukan oleh Harold Urey (1893-1081). Ia mengusulkan kaidah sentrifugal. Uranium alami "diputar" dengan sangat cepat dalam mesin sentrifugal sehingga UM\ yang sedikit lebih ringan, cenderung mengapung. Lagilagi,usulan ini masih memerlukan berbagai langkah tam­ bahan. Ketika keduanya terlibat perdebatan sengit, Ernest O. Lawrence mengusulkan untuk memakai siklotron sebagai spektrometer massa untuk memisahkan kedua isotop itu. Kendati tak banyak ilmuwan percaya pada kaidah pemisahan olekromagnetik ini, Lawrence torus mengusulkan dongan penuh semangat. Pada 1941 Vannevar Bush diangkat menjadi kepala Of­ fice o f Scientific Research and Development, sementara Conant menjadi wakilnya dalam penelitian uranium. Ada­ pun Harold Urey mengepalai proses difusi sekaligus atasan Dunning! Dua hal ini tidak disukai oleh Urey, demikian pula Dunning. Penelitian tentang proses sentrifugal malah diporcayakan kepada Eger Murphree dari Standard Oil. meskipun ia kurang sehat pada waktu itu. Adapun Lawrence masih bersemangat mempromosikan usulannya. Kerumitan organi­ sasi ini merupakan contoh bagaimana ilmuwan sulit sekali dipaksa untuk mengembangkan teknologi.

e p il o g : f is ik a w a n a n g k a t s em jata

Bapak bom atom Bagian yang bertugas merancang bom ditempatkan di Chi­ cago. Seksi itu torbontuk dalam suasana penuh kecemasan terhadap ancaman nuklir Jerman. Salah soorang anggotanya, seorang pengungsi dari Eropa, bahkan keberatan diambil sidik jarinya. Ia takut seandainya menang perang, bisa-bisa Nazi Jerman memakai cap jari ini untuk memburu lalu membunuh mereka semua. Mula-mula bagian ini melibatkan kelompok-kelompok kecil yang terdiri dari beberapa universitas dan lembaga penelitian di seluruh negeri. Namun cara kerja berkelompok kurang efektif. Pada Juni 1942 J. Robert Opponhoimor mongambil-alih seksi perancangan ini. Ia berhasil mengatasi prob­ lem ini secara ilmu dan teknologi sekaligus. Kelak ia dikenal sebagai "bapak bom atom ” . Sosok Robert Oppenheimer datang membawa misteri. Nama depannya saja jadi bahan perdebatan karena tidak jelas kepanjangannya. Ada instansi yang mengatakan “J" berarti “Julius", tapi saudaranya, Frank, membantah. Setelah lulus dari Harvard pada 1925 sebagai sarjana, Opponhoimor belajar fisika tooretik di borbagai universitas di Eropa sampai 1929. Ia kemudian menjadi staf pengajar (bersama Lawronce) di University of California, Uorkoley. Walaupun tidak pernah menerima Nobel, ia termasyhur di seluruh dunia sebagai ahli dan pengajar. Selain suka membaca tulisan pujangga-pujangga kuno seperti Dante Alighieri dan Marcel Proust, ia pernah bolajar bahasa Sansokorta, dan mendaki gununggunung di New Mexico. Ia juga pornah membuat porut temantemannya mulas setelah makan masakannya yang sangat pedas! Sosok dengan pengotahuan seluas inilah yang mengambil-alih seksi perancangan bom pada 1942. Pada konferensi umum pertama Oppenheimer langsung mendapat ujian. Teller mengusulkan agar panas dalam jumlah sangat besar, yang dibebaskan oloh bom belah-inti, dapat dipakai untuk menyalakan bom padu-inti (fusi) yang lobih besar lagi. (Usulan ini kelak dikenal sobagai bom hidrogen) Lantas ada lagi yang mengusulkan bahwa soandainya hitungannya be­ nar, maka dengan kemungkinan satu per tiga juta, bom belah-

161

182

REVOLUSI ElSlKA: OARj ALAM GAIB

ke alam nyata

inti akan memicu proses padu-inti yang akan membakar seluruh atmosfir Bumi. Oppenheimer meladeni usulan ini dengan baik dan meletakkan para “pemborong kecil”itu di dalam laboratorium masing-masing. Pada September 1942, Brigadir Jenderal Leslie K. Groves diangkat sebagai kepala proyek bom atom. Proyek ini mem­ punyai sandi "Distrik Manhattan”, karena Groves memba­ ngun pusat kementerian pertahanan di Manhattan. Groves harus membangun dan mengurus apa saja yang dibutuhkan oleh para ilmuwan di sana lantaran tak seorang ilmuwan pun berani minta secara terus-terang kepadanya, kecuali Lawrence. Tak heran jika Groves bersikap "penurut”pada Lawrence, baik untuk urusan laboratriumnya, maupun janjijanjinya. Tanpa menghiraukan nasihat ilmuwan lain untuk tidak meneruskan gagasan Lawrence tentang pemisahan UMSsecara elektromagnetik. Groves justru mendukung dengan merogoh kocok Proyek Manhattan sobanyak 544 juta dollar, lebih daripada 25 persen anggaran proyek bom atom. Tak pelak lagi, inilah contoh pengaruh hubungan "pribadi" terhadap pemilihan teknologi. Karena tidak memihak secara pribadi dalam soal pem i­ lihan teknologi, Oppenheimer segera menjadi penasihat pri­ badi Groves, dan berfungsi sebagai "ensiklopedi pengetahuan mutakhir”. Groves bersaksi bahwa Oppenheimer, jika di­ hadapkan pada sembarang persoalan, pasti dapat memilah urusan ilmiah dari faktor sosial dan politik. Untuk menyatukan semua kelompok kecil di dalam seksi perancangan bom. Groves membangun laboratorium khusus untuk Oppenheimer di Los Alamos, tempat terpencil di padang gurun Now Mexico. Di tempat itu, unsur-unsur Proyek Manhattan yang dulunya terpisah dapat bertemu. Los Alamos memang unik. Oppenheimer mengerjakan hal yang tidak pernah dilakukan oleh orang lain pada masa perang. Alih-alih mengikuti kebijaksanaan biasa, di mana siapa saja yang ingin mengetahui sesuatu harus lebih dulu membuktikan bahwa ia memang memerlukan informasi itu, Oppenheimer malah membeberkan hasil penelitian kepada

e p il o g : f is ik a w a n a n g k a t s e n ja t a

semua peserta. Ceramah orientasi penelitian dapat memuat rincian kuantitatif yang lengkap. Menurut rencana moroka akan membuat bom U211 yang intinya berbobot 15 kilogram, dengan panjang 3 motor dan ketebalan kurang dari 60 cm. Bom ini dinamakan "Si Kurus". Prinsip kerjanya melibatkan sebutir "peluru”UaMyang kecil. Peluru ini ditembakkan ke massa LP5yang lebih besar untuk mendapatkan “massa kritis". Tembakan itu menyebabkan jumlah neutron yang dihasilkan oleh proses pembelahan inti molobihi jumlah neutron yang hilang atau diserap bahan bom. Kelebihan inilah yang memicu reaksi berantai. "Si Kurus" kemudian diporkocil dan dinamakan Little Boy (Bocah Cilik). Selain itu ada rencana membuat bom dengan bahan PuM#seberat 5 kilogram. Bom ini dinamakan Fat Man (Si Gembrot), di mana bahan peledak konvensional dipakai untuk menyatukan beberapa potong plutonium agar mencapai "massa kritis” . Kedua bom itu memakai U2*5 dan Pu2M, yang bakal dihasilkan monjolang tahap akhir program itu. Opponhoimor mengobarkan semangat I'esprit do corps (kesetiakawanan) yang memungkinkan untuk menerima berbagai macam kompromi. Melalui cara ini, Oppenheimer membuat para ilmuwan anggota proyek lupa bahwa peker­ jaan mereka sudah kurang ilmiah karena lebih mendahu­ lukan mufakat daripada beradu hipotesa. Sampai sekarang ilmuwan yan pernah ikut kelompok Los Alamos masih memuji Oppenheimer. Mereka menga­ takan bahwa Oppenheimer dapat menciptakan suasana yang “samar-samar" ilmiah, di mana konsensus terwujud di tengah sedemikian banyak usulan. Raemer Schreiber (19101998) menambahkan: “ (Sebelum datang ke Los Alamos] selama setahun saya terus-menerus harus mengukur luas penampang tritiu m berilium tanpa mengetahui alasannya. Sewaktu saya tiba di sini pada Juli 1943, Oppenheimer memberi laporan lengkap kepada saya yang menjelaskan segala-galanya!”

Robert Serber (1909-1997) membicarakan kemampuan Oppenheimer dalam mencapai konsensus:

163

REVOLUSI Ei SIKA: DARI ALAM

g a ib ke a l a m m yata

"Ada satu hal yang saya perhatikan: ia hadir dalam berma­ cam-macam rapat di Los Alamos, mendengar, lalu me­ rangkum pembahasan sedemikian rupa sehingga semua orang dapat menerimanya."

Hans Albrecht IJet he (1906-) mengatakan: "la mengerjakan fisika karena merasa fisika adalah jalan terbaik menuju filsafa t. Mungkin sekali hal ini berhubungan erat dengan bagaimana ia memimpin sedemikian bagus di Los Alamos."

Direktur program reaktor fusi di A.S. pada awal tahun 1970-an, fames Tuck, mengatakan hal yang sama: "Sejak awal Oppenheimer menumpas gagasan gila yang m erajalela di laboratorium lain, bahwa hanya segelintir orang “ dalam” yang boleh tahu tujuan pekerjaan mereka sebenarnya, sementara lainnya harus menurut seperti orang buta. Oppenheimer malah ditugaskan untuk menyatukan upaya terbaik para ahli terpandai di dunia itu . Ini menuntut pengetahuan tentang ilm u dan ilmuwan yang harus betulbetul baik, untuk duduk di atas fraksi-fraksi yang sedang berkelahi itu , lalu menyatukan mereka. Seorang yang tidak segemilang dia tidak akan mampu melakukannya. Kalau ada yang berpendapat bahwa ahli ilmu tidak perlu berbudaya, apalagi di Amerika ini, Oppenheimer malah mengatakan, bahwa itu perlu! Orang-orang yang dikumpulkan di sini, dari berbagai penjuru dunia, memerlukan seorang pemimpin yang beradab seperti dia. Saya kira itulah alasannya mengapa mereka tetap mengenang masa itu dengan penuh haru."

Jelas, bahwa sumbangsih Oppenheimer yang terbesar adalah kemampuannya menggalang mufakat di kalangan fisikawan yang semula hanya mau menerima jawaban ilmiah sotolah mengujinya lebih dulu.

Kelahiran bom atom Di Hanford, Washington, 60.000 penduduk "kota" darurat tulah merakit sejumlah reaktor nuklir yang dapat membuat plutonium. Di Oak Ridge, Tennessee, dua pabrik didirikan

e p il o g : f is ik a w a n a n g k a t s e n ja t a

untuk memisahkan U235: salah satunya memakai prinsip elektromagnetik dan yang lain difusi gas. Jumlah pekerja di kedua tempat itu 25.000 orang. Timbul masalah: bagaimana potongan plutonium Fat Man dapat bersatu dengan cepat sebelum ledakan menghamburkannya kembali. Tapi untung sonuianya dapat diatasi sesuai tonggat. Pada 16 Juli 1945 zaman nuklir dibuka dengan ledakan uji-coba bom atom pertama, di kawasan percobaan yang dinamakan Trinity, 200 km di tenggara Albuquerque, di New Mexico. Bom yang diuji dari bahan plutonium, lantaran bom ini lebih mudah dibuat secara massal, dan metode pembuat­ annya kurang matang dibanding jenis lain. Sebelum tombol pemicu ditekan, sekitar 100 fisikawan bertaruh menebak berapa kekuatan bom atom yang bakal diledakkan dalam aturan bahan peledak biasa (TNT). Secara toorotis, ledakan kiranya setara 20.000 ton TNT. Tapi, tak seorang fisikawan pun yang seyakin itu, kocuali yang percaya pada teori fusi atmosfir. Tebakan tertinggi adalah 18.000 ton TNT. yang diajukan oleh Isidor Rabi (1898-1988). Angka itu bukan hasil hitungan yang sungguh-sungguh, melainkan asal menebak ketimbang hanya memasang nilai nol. Oppenheimer sendiri memasang tebakan yang cukup rendah, hanya 300 ton TNT. Setelah ledakan mengguncang kawasan itu pada jam 5:30 pagi, muncul berbagai komentar dari orang-orang yang terlibat proyok itu. Opponhoimor ingat pada ponggalan Bhagavad Gita: "Akulah kematian, penghancur dunia, dari Sri Krisna, yang Maha Tinggi, dewa nasib makhluk fana.”

Ada pun Jondral Groves berkomentar lebih praktis: “ Perang sudah kita menangkan. Dengan satu dua benda sejenis, mampuslah Jepang.”

Ukur punya ukur, kekuatan ledakan bom atom pertama persis sebagaimana hitungan teoretik: 20.000 ton TNT.

166

REVOLUSI f iSika: DARI alam GAIB ke alam

“ Andaikan ada cahaya

Kesimpulan

seterang seribu

Perang Dunia Kedua ikut melibatkan ilmuwan dalam jumlah bosar. Mereka mengusulkan, mengembangkan, dan monorapkan sonjata baru, termasuk bom atom. Ilmu fisika yang melatarbelakangi bom atom cukup sederhana, sedemikian bersahaja sampai-sampai sudah dapat diramalkan secara ilmiah pada 1933. Semua penemuan pendahulunya berjalan secara hampir otomatis. Andaikata hasil-hasil ilmiah itu ingin digugurkan, maka proses-proses ilmiah itu sendiri juga harus dirombak lebih dulu.

matahari yang mampu memecahkan langit, cahaya itu mirip dengan kemuliaan Yang Mahakuasa.” (Kutipan dari Bha$a