Fisika (Bahasa Yunani: physikos, "alamiah", dan physis, "Alam") adalah
sains atau ilmu tentang alam dalam makna yang terluas. Fisika
mempelajari gejala alam yang tidak hidup atau materi dalam lingkup ruang
dan waktu. Para fisikawan atau ahli fisika mempelajari perilaku dan
sifat materi dalam bidang yang sangat beragam, mulai dari partikel
submikroskopis yang membentuk segala materi (fisika partikel) hingga
perilaku materi alam semesta sebagai satu kesatuan kosmos.
Beberapa
sifat yang dipelajari dalam fisika merupakan sifat yang ada dalam semua
sistem materi yang ada, seperti hukum kekekalan energi. Sifat semacam
ini sering disebut sebagai hukum fisika. Fisika sering disebut sebagai
"ilmu paling mendasar", karena setiap ilmu alam lainnya (biologi, kimia,
geologi, dan lain-lain) mempelajari jenis sistem materi tertentu yang
mematuhi hukum fisika. Misalnya, kimia adalah ilmu tentang molekul dan
zat kimia yang dibentuknya. Sifat suatu zat kimia ditentukan oleh sifat
molekul yang membentuknya, yang dapat dijelaskan oleh ilmu fisika
seperti mekanika kuantum, termodinamika, dan elektromagnetika.
Fisika
juga berkaitan erat dengan matematika. Teori fisika banyak dinyatakan
dalam notasi matematis, dan matematika yang digunakan biasanya lebih
rumit daripada matematika yang digunakan dalam bidang sains lainnya.
Perbedaan antara fisika dan matematika adalah: fisika berkaitan dengan
pemerian dunia material, sedangkan matematika berkaitan dengan pola-pola
abstrak yang tak selalu berhubungan dengan dunia material. Namun,
perbedaan ini tidak selalu tampak jelas. Ada wilayah luas penelitan yang
beririsan antara fisika dan matematika, yakni fisika matematis, yang
mengembangkan struktur matematis bagi teori-teori fisika.
Fisika Teoretis Dan Eksperimental
Budaya
penelitian fisika berbeda dengan ilmu lainnya karena adanya pemisahan
teori dan eksperimen. Sejak abad kedua puluh, kebanyakan fisikawan
perseorangan mengkhususkan diri meneliti dalam fisika teoretis atau
fisika eksperimental saja, dan pada abad kedua puluh, sedikit saja yang
berhasil dalam kedua bidang tersebut. Sebaliknya, hampir semua teoris
dalam biologi dan kimia juga merupakan eksperimentalis yang sukses.
Gampangnya,
teoris berusaha mengembangkan teori yang dapat menjelaskan hasil
eksperimen yang telah dicoba dan dapat memperkirakan hasil eksperimen
yang akan datang. Sementara itu, eksperimentalis menyusun dan
melaksanakan eksperimen untuk menguji perkiraan teoretis. Meskipun teori
dan eksperimen dikembangkan secara terpisah, mereka saling bergantung.
Kemajuan dalam fisika biasanya muncul ketika eksperimentalis membuat
penemuan yang tak dapat dijelaska teori yang ada, sehingga mengharuskan
dirumuskannya teori-teori baru. Tanpa eksperimen, penelitian teoretis
sering berjalan ke arah yang salah; salah satu contohnya adalah teori-M,
teori populer dalam fisika energi-tinggi, karena eksperimen untuk
mengujinya belum pernah disusun.
Teori Fisika Utama
Meskipun
fisika membahas beraneka ragam sistem, ada beberapa teori yang digunakan
secara keseluruhan dalam fisika, bukan di satu bidang saja. Setiap
teori ini diyakini benar adanya, dalam wilayah kesahihan tertentu.
Contohnya, teori mekanika klasik dapat menjelaskan pergerakan benda
dengan tepat, asalkan benda ini lebih besar daripada atom dan bergerak
dengan kecepatan jauh lebih lambat daripada kecepatan cahaya.
Teori-teori ini masih terus diteliti; contohnya, aspek mengagumkan dari
mekanika klasik yang dikenal sebagai teori chaos ditemukan pada abad
kedua puluh, tiga abad setelah dirumuskan oleh Isaac Newton. Namun,
hanya sedikit fisikawan yang menganggap teori-teori dasar ini
menyimpang. Oleh karena itu, teori-teori tersebut digunakan sebagai
dasar penelitian menuju topik yang lebih khusus, dan semua pelaku
fisika, apa pun spesialisasinya, diharapkan memahami teori-teori
tersebut.
Bidang Utama Dalam Fisika
Riset dalam fisika dibagi
beberapa bidang yang mempelajari aspek yang berbeda dari dunia materi.
Fisika benda kondensi, diperkirakan sebagai bidang fisika terbesar,
mempelajari properti benda besar, seperti benda padat dan cairan yang
kita temui setiap hari, yang berasal dari properti dan interaksi mutual
dari atom. Bidang Fisika atomik, molekul, dan optik berhadapan dengan
individual atom dan molekul, dan cara mereka menyerap dan mengeluarkan
cahaya. Bidang Fisika partikel, juga dikenal sebagai "Fisika
energi-tinggi", mempelajari properti partikel super kecil yang jauh
lebih kecil dari atom, termasuk partikel dasar yang membentuk benda
lainnya. Terakhir, bidang Astrofisika menerapkan hukum fisika untuk
menjelaskan fenomena astronomi, berkisar dari matahari dan objek lainnya
dalam tata surya ke jagad raya secara keseluruhan.
Bidang Yang Berhubungan
Ada
banyak area riset yang mencampur fisika dengan bidang lainnya.
Contohnya, bidang biofisika yang mengkhususkan ke peranan prinsip fisika
dalam sistem biologi, dan bidang kimia kuantum yang mempelajari
bagaimana teori kuantum mekanik memberi peningkatan terhadap sifat kimia
dari atom dan molekul.
Sejak zaman purbakala, orang telah mencoba
untuk mengerti sifat dari benda: mengapa objek yang tidak ditopang jatuh
ke tanah, mengapa material yang berbeda memiliki properti yang berbeda,
dan seterusnya. Lainnya adalah sifat dari jagad raya, seperti bentuk
Bumi dan sifat dari objek celestial seperti Matahari dan Bulan.
Beberapa
teori diusulkan dan banyak yang salah. Teori tersebut banyak tergantung
dari istilah filosofi, dan tidak pernah dipastikan oleh eksperimen
sistematik seperti yang populer sekarang ini. Ada pengecualian dan
anakronisme: contohnya, pemikir Yunani Archimedes menurunkan banyak
deskripsi kuantitatif yang benar dari mekanik dan hidrostatik.
Pada
awal abad 17, Galileo membuka penggunaan eksperimen untuk memastikan
kebenaran teori fisika, yang merupakan kunci dari metode sains. Galileo
memformulasikan dan berhasil mengetes beberapa hasil dari dinamika
mekanik, terutama Hukum Inert. Pada 1687, Isaac Newton menerbitkan
Filosofi Natural Prinsip Matematika, memberikan penjelasan yang jelas
dan teori fisika yang sukses: Hukum gerak Newton, yang merupakan sumber
dari mekanika klasik; dan Hukum Gravitasi Newton, yang menjelaskan gaya
dasar gravitasi. Kedua teori ini cocok dalam eksperimen. Prinsipia juga
memasukan beberapa teori dalam dinamika fluid. Mekanika klasik
dikembangkan besar-besaran oleh Joseph-Louis de Lagrange, William Rowan
Hamilton, dan lainnya, yang menciptakan formula, prinsip, dan hasil
baru. Hukum Gravitas memulai bidang astrofisika, yang menggambarkan
fenomena astronomi menggunakan teori fisika.
Dari sejak abad 18 dan
seterusnya, termodinamika dikembangkan oleh Robert Boyle, Thomas Young,
dan banyak lainnya. Pada 1733, Daniel Bernoulli menggunakan argumen
statistika dalam mekanika klasik untuk menurunkan hasil termodinamika,
memulai bidang mekanika statistik. Pada 1798, Benjamin Thompson
mempertunjukkan konversi kerja mekanika ke dalam panas, dan pada 1847
James Joule menyatakan hukum konservasi energi, dalam bentuk panasa juga
dalam energi mekanika.
Sifat listrik dan magnetisme dipelajari oleh
Michael Faraday, George Ohm, dan lainnya. Pada 1855, James Clerk Maxwell
menyatukan kedua fenomena menjadi satu teori elektromagnetisme,
dijelaskan oleh persamaan Maxwell. Perkiraan dari teori ini adalah
cahaya adalah gelombang elektromagnetik.
Arah Masa Depan
Riset
fisika mengalami kemajuan konstan dalam banyak bidang, dan masih akan
tetap begitu jauh di masa depan. Dalam fisika benda kondensi, masalah
teoritis tak terpecahkan terbesar adalah penjelasan superkonduktivitas
suhu-tinggi. Banyak usaha dilakukan untuk membuat spintronik dan
komputer kuantum bekerja.
Dalam fisika partikel, potongan pertama
dari bukti eksperimen untuk fisika di luar Model Standar telah mulai
menghasilkan. Yang paling terkenal adalah penunjukan bahwa neutrino
memiliki massa bukan-nol. Hasil eksperimen ini nampaknya telah
menyelesaikan masalah solar neutrino yang telah berdiri-lama dalam
fisika matahari. Fisika neutrino besar merupakan area riset eksperimen
dan teori yang aktif. Dalam beberapa tahun ke depan, pemercepat partikel
akan mulai meneliti skala energi dalam jangkauan TeV, yang di mana para
eksperimentalis berharap untuk menemukan bukti untuk Higgs boson dan
partikel supersimetri.
Para teori juga mencoba untuk menyatikan
mekanika kuantum dan relativitas umum menjadi satu teori gravitasi
kuantum, sebuah program yang telah berjalan selama setengah abad, dan
masih belum menghasilkan buah. Kandidat atas berikutnya adalah Teori-M,
teori superstring, dan gravitasi kuantum loop.
Banyak fenomena
astronomikal dan kosmologikal belum dijelaskan secara memuaskan,
termasuk keberadaan sinar kosmik energi ultra-tinggi, asimetri baryon,
pemercepatan alam semesta dan percepatan putaran anomali galaksi.
Meskipun
banyak kemajuan telah dibuat dalam energi-tinggi, kuantum, dan fisika
astronomikal, banyak fenomena sehari-hari lainnya, menyangkut sistem
kompleks, chaos, atau turbulens masih dimengerti sedikit saja. Masalah
rumit yang sepertinya dapat dipecahkan oleh aplikasi pandai dari
dinamika dan mekanika, seperti pembentukan tumpukan pasir, "node" dalam
air "trickling", teori katastrof, atau pengurutan-sendiri dalam koleksi
heterogen yang bergetar masih tak terpecahkan. Fenomena rumit ini telah
menerima perhatian yang semakin banyak sejak 1970-an untuk beberapa
alasan, tidak lain dikarenakan kurangnya metode matematika modern dan
komputer yang dapat menghitung sistem kompleks untuk dapat dimodelkan
dengan cara baru. Hubungan antar disiplin dari fisika kompleks juga
telah meningkat, seperti dalam pelajaran turbulens dalam aerodinamika
atau pengamatan pola pembentukan dalam sistem biologi. Pada 1932,
Horrace Lamb meramalkan:
”Saya sudah tua sekarang, dan ketika saya
meninggal dan pergi ke surga ada dua hal yang saya harap dapat
diterangkan. Satu adalah elektrodinamika kuantum, dan satu lagi adalah
gerakan turbulens dari fluida. Dan saya lebih optimis terhadap yang
pertama”.
Sumber : fisienal.blogspot.com