Posted by: adhiwin | February 7, 2011

Kesempatan dalam Kesempitan : Pelajaran dari Newton, Maxwell, dan Einstein

Terinspirasi dari obrolan ngalor ngidul dengan David dan TriChan beberapa waktu lalu di Depok, artikel ini ditulis. Mulai dari gosip ter-gress, kerjaan, kenangan kuliah, politik, sampai “scientific masturbation” jadi bahan obrolan dari siang hingga malam menyambut tahun baru imlek.. 😀

Nah.. Artikel ini sebagian part dari “scientific masturbation” yang dibicarakan. Bermula dari omongan David yang menceritakan isi buku karangan Malcolm Gladwell yang bejudul “Outliers”, bahwa orang sukses sebagian besar merupakan buah dari kepandaian orang tersebut dalam melihat dan mengambil kesempatan yang ada, bukan hanya dari IQ semata. Gladwell mengambil contoh perbandingan 2 orang jenius, yakni Christoper Langan, yang memiliki IQ 195, hanya dikenal sebagai orang dengan IQ tertinggi se-Amerika, sementara J. Robert Oppenheimer dalam dekade yang hampir sama merupakan scientific director Manhattan Project (Proyek Senjata Nuklir AS di Perang Dunia II), dan dikenang sebagai Bapak Bom Atom. Dia juga memegang jabatan Senior Professor of Theoritical Pysics di Institue of Advanced Study, Princeton, yang sebelumnya dijabat oleh Albert Einstein. Saat David menceritakan hal ini dengan penuh semangat, langsung terbesit di kepala penulis bahwa ternyata para ilmuwan besar Fisika seperti Isaac Newton, James C Maxwell, dan Albert Einstein pun melakukan hal yang sama.

Integrasi ala Newton

Isaac Newton, Bapak Mekanika Klasik, yang hidup di abad ke-17 merumuskan 3 hukum geraknya yang terkenal dan menjadi dasar bagi ilmu fisika sampai sekarang. Tak bisa dipungkiri bahwa para Insinyur Sipil dan Mesin banyak berhutang kepada Newton yang telah mengukuhkan pondasi bagi ilmu mekanika yang mereka gunakan dalam profesi yang mereka geluti dalam membangun gedung pencakar langit, industri, jalan, jembatan, dan dalam membuat mobil, motor, bahkan pesawat.

Selain ketiga hukum geraknya, Newton juga menulis tentang hukum gravitasi universal, yang menyatakan bahwa gaya gravitasi berbanding lurus dengan massa masing-masing benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua benda tersebut.

Hampir seabad sebelumnya, Galileo menemukan bahwa benda yang dijatuhkan dari ketinggian akibat gravitasi memiliki percepatan yang sama, tidak tergantung oleh massa benda tersebut (menurut legenda percobaannya dilakukan dari menara Pisa). Penemuannya ini merupakan hal baru, karena sebelumnya Aristoteles menyatakan bahwa percepatan jatuh benda tergantung oleh massa benda tersebut.

Pada dekade yang hampir bersamaan dengan Galileo, Johannes Kepler, astronom Jerman, mengemukakan hukum pergerakan planet yang mendeskripsikan pergerakan planet mengitari matahari.

Hubungan antara gerak jatuh bebas benda yang diobservasi Galileo (Terrestrial Gravity) dengan pergerakan planet (Astronmical Gravity) yang dirumuskan Kepler tidak dapat dilihat oleh para ilmuwan zaman itu. Keduanya diperlakukan secara terpisah, tidak berhubungan sama sekali. Gerak jatuh bebas benda di bumi dengan gerakan planet-planet mengelilingi matahari dilihat sebagai 2 hal yang tidak ada hubungannya sama sekali.

Hal tersebut berlangsung sampai Newton menerbitkan bukunya yang berjudul “Philosiphiae Naturalis Principia Mathematica” pada tahun 1687. Newton mengintegrasikan konsep terrestrial gravity dan astronomical gravity tersebut dengan mengatakan bahwa keduanya merupakan fenomena yang sama, gravitasi universal.

Berikut cuplikannya :

“I deduced that the forces which keep the planets in their orbs must be reciprocally as the squares of their distances from the centers about which they revolve: and thereby compared the force requisite to keep the Moon in her Orb with the force of gravity at the surface of the Earth; and found them answer pretty neatly.”

Dengan hukum gravitasi universalnya, Newton bahkan mampu merevisi hukum pergerakan planet milik Kepler dan memprediksi keberadaan planet Neptunus, yang belum ditemukan saat itu. See ? Newton jeli melihat kesempatan untuk mengintegrasikan astronomical gravity dan terrestrial gravity ke dalam satu hukum gravitasi universal.

 

Kombinasi Persamaan ala Maxwell

James Clerk Maxwell, yang hidup 2 abad kemudian setelah Newton, merupakan ilmuwan besar Fisika yang menyatukan konsep listrik dan magnet menjadi elektromagnet. Teori elektromagnet klasik yang dikemukakan Maxwell juga merupakan dasar ilmu fisika sampai sekarang. Para Insinyur Elektro berhutang besar kepada Maxwell atas teori gelombang elektromagnetiknya yang berkontribusi besar bagi perkembangan penyediaan listrik (pembangkit listrik) sampai dunia telekomunikasi dan informasi.

Pada mulanya, Para ilmuwan masih memandang gaya listrik dan magnet sebagai dua fenomena yang berbeda, tidak berhubungan sama sekali.

Gaya listrik hanya dikenal sebagai listrik statis yang diformulasikan oleh Charles Augustin de Coulomb, yang dikenal dengan nama Hukum Coulomb : Gaya listrik yang dihasilkan oleh dua partikel bermuatan berbanding lurus dengan muatan masing-masing partikel dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua partikel tersebut. Hukum ini merupakan sebuah kemiripan dengan hukum gravitasi universal Newton. Beberapa dekade kemudian Carl Friedrich Gauss memformulasikan medan listrik dengan formulasi yang lebih umum, dikenal dengan Hukum Gauss untuk Listrik. Hukum Coulomb bisa diturunkan dari Hukum Gauss, sehingga cakupan hukum Gauss lebih universal.

Gaya magnet hanya dikenal sebagai gaya dari sebuah magnet yang menarik logam tertentu seperti besi, nikel, cobalt, dll. Berbeda dengan partikel bermuatan listrik yang bisa memiliki 1 jenis muatan saja (positif atau negatif), magnet selalu memiliki 2 kutub (dipole), utara dan selatan. Sampai sekarang tidak pernah ditemukan magnet satu kutub (monopole). Hal ini dikenal dengan nama Hukum Gauss untuk Magnet.

Keterpisahan magnet dan listrik ini berlangsung sampai Hans Christian Ørsted di tahun 1820 menemukan bahwa arus listrik menimbulkan medan magnet. Hasil ini kemudian direpresentasikan oleh André-Marie Ampère dalam bentuk Hukum Ampere yang menghitung medan magnet yang dihasilkan oleh kawat berarus listrik. Dari sinilah mulai muncul usaha untuk mengintegrasikan konsep listrik dan magnet.

Usaha tersebut diteruskan oleh Michael Faraday yang menemukan bahwa medan magnet yang berubah dapat menghasilkan medan listrik. Faraday kemudian memformulasikan penemuannya dalam Hukum Faraday yang menghitung medan listrik yang dihasilkan oleh perubahan medan magnet tersebut.

Puncaknya, Maxwell dengan jeli melihat kesempatan untuk menyatukan konsep listrik dan magnet ini dengan melakukan sedikit koreksi terhadap persamaan Ampere tersebut, dan kemudian mengkombinasikan keempat persamaan / hukum mengenai listrik dan magnet tersebut menjadi persamaan yang disebut 4 Persamaan Maxwell. Keempat persamaan tersebut adalah Persamaan Gauss untuk Listrik, Persamaan Gauss untuk Magnet, Persamaan Ampere yang dimodifikasi oleh Maxwell, dan Persamaan Faraday. Maxwell tidak menemukan sendiri keempat persamaan tersebut, yang dia lakukan adalah menggabungkannya dan melakukan sedikit koreksi pada persamaan Ampere. Bahkan dengan keempat persamaannya ini, Maxwell mampu memprediksikan bahwa Cahaya adalah Gelombang Elektromagnetik ! Ia juga mampu memperkirakan bahwa kecepatan gelombang elektromagnetik adalah sekitar 300.000 km/detik !! What a great scientists Maxwell is !

Berikut kutipan dari perkataan Maxwell dalam papernya yang berjudul “A dynamical theory of the electromagnetic field” pada tahun 1864 :

“The agreement of the results seems to show that light and magnetism are affections of the same substance, and that light is an electromagnetic disturbance propagated through the field according to electromagnetic laws”

Persamaan Maxwell merupakan fondasi bagi dunia telekomunikasi & informasi yang sekarang berkembang pesat.

 

Dan Einstein lah yang menyelesaikan Paradoks Fisika Terbesar pada zamannya..

Albert Einstein.. Siapa yang tidak mengenalnya ? Ilmuwan Fisika terbesar abad 20 yang sangat terkenal dengan teori relativitasnya yang mengguncangkan dunia persilatan Fisika. Teorinya menjadi dasar bagi pemanfaatan energi nuklir, baik untuk keperluan perang maupun kemanusiaan. Sumbangsih Einstein melalui Teori Relativitas dan sebagian Mekanika Kuantum sangat besar bagi peradaban yang kita nikmati sekarang. Ponsel super mini, Notebook super canggih, dan berbagai gadget canggih lain merupakan buah tidak langsung dari teori yang dikemukakan Einstein.

Implikasi dari mekanika klasik (Galileo & Newton) ialah bahwa gerak itu relatif, tergantung dari sudut pandang mana ia ditinjau. Contohnya, jika ada mobil dan motor berpapasan, masing-masing memiliki kecepatan 60 km/jam dan 40 km/jam terhadap pengamat yang diam, maka bagi motor, mobil bergerak dengan kecepatan 100 km/jam, begitu pula sebaliknya, bagi mobil, motor yang bergerak dengan kecepatan 100 km/jam. Padahal bagi pengamat yang diam, mobil dan motor memiliki kecepatannya sendiri-sendiri, yakni 60 km.jam dan 40 km/jam. Sampai sini intuisi kita masih berkata bahwa ini logis dan dapat diterima akal, bahwa ruang dan waktu adalah mutlak, namun kecepatan itu relatif.

Kebingungan mulai muncul ketika Maxwell memprediksi bahwa kecepatan gelombang elektromagnet (kecepatan cahaya) adalah mutlak 300.000 km/detik. Acuan mana yang digunakan untuk mengukuir kecepatan cahaya ini ? Melalui medium apa gelombang ini merambat ? Tidak ada ilmuwan yang dapat menjawabnya pada saat itu. Sempat muncul hipotesa adanya ether yang berfungsi sebagai kerangka acuan universal dan medium tepmat merambatnya gelombang elektromagnetik, namun hipotesa ini digagalkan salah satunya oleh hasil percobaan Michelson-Morley.

Einstein melihat kesempatan untuk menjawab kebingungan para ilmuwan dan menyelesaikan paradoks besar tersebut. Dalam salah satu postulatnya, Einstein mengatakan bahwa kecepatan gelombang cahaya adalah mutlak, tidak tergantung pada kerangka acuan manapun. Artinya, jika sebuah pesawat penjelajah galaksi “Enterprise” ala Star Trex bergerak dengan kecepatan 100.000 km/detik mendekati ke sebuah bintang yang memancarkan cahaya dengan kecepatan 300.000 km/detik, bagi pengamat yang diam, maupun bagi awak kapal “Enterprise”, kecepatan cahaya bintang itu tetap sama, 300.000 km/detik. Padahal, secara intuisi (Mekanika Klasik), seharusnya cahaya bintang bagi awak kapal “Enterprise” adalah 400.000 km/jam. Einstein melawan mekanika klasik yang telah bertahan lebih dari 2,5 abad !

Berikut kutipannya dari papernya yang berjudul “Zur Elektrodynamik bewegter Körper”, ditulis pada 1905 :

“… light is always propagated in empty space with a definite velocity [speed] c which is independent of the state of motion of the emitting body.”

Konsekuensi dari postulat Einstein ini adalah bahwa Kecepatan Cahaya adalah mutlak, sedangkan ruang dan waktu itu relatif. Ini yang dikenal dengan nama teori relativitas. Artinya, bahwa deifnisi durasi 1 detik bagi gw yang bergerak belum tentu sama dengan definisi durasi 1 detik bagi loe yang diam. Definisi 1 m bagi gw yang diam belum tentu sama dengan definisi 1 m bagi loe yang bergerak. How come ?? It’s so unintuitive !! Ya.. Itu lah teori relativitas, aneh tapi nyata.. Kebenarannya telah dijui dan terbukti teori relativitas Einstein benar beberapa dekade kemudian.

Puncaknya, Einstein menyatukan konsep materi dan energi, bahwa sebenarnya keduanya adalah satu. Hasilnya adalah persamaan ekivalensi massa dan energi yang sangat terkenal, E=mc2.. Konsep ini menjadi dasar bagi pemanfaatan energi nuklir seperti bom atom, dsb.

Einstein juga menyatukan konsep ruang 3 dimensi dan waktu menajdi satu kesatuan 4 dimensi : ruang-waktu (spacetime), bahwa c (kecepatan cahaya) adalah fitur dasar yang menyatukan ruang dan waktu, bukan hanya sekadar kecepatan gelombang elektromagnetik pada ruang hampa. So.. In the beginning there was LIGHT !!! 😀

Jadi apa yang bisa dipelajari ?

Dari Newton, kita belajar untuk mengambil kesempatan mengintegrasikan berbagai konsep yang ada untuk memperoleh gambaran yang lebih holistik.. Get the helicopter view..

Maxwell mengajar kita untuk mengambil kesempatan dalam melihat apa yang bisa dilengkapi dari suatu kekurangan untuk kemudian dikolaborasikan dengan yang ada menjadi sesuatu yang harmonis.. Complete the detail tasks..

Last but not the least, Eintein mengajarkan kita mengambil kesempatan untuk menyelesaikan permasalahan yang ada, even jika solusi yang ditawarkan mungkin berlawanan dengan arus mayoritas.. Be a brave problem solver..

So.. Grab your opportunity, selama kesempatan itu masih dianugerahkan kepadamu !!! 😀

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

Categories

%d bloggers like this: