Hakikat Fisika

Fisika merupakan ilmu paling fundamental yang berkaitan dengan prinsip-prinsip dasar alam semesta. Fisika merupakan fondasi yang di atasnyaterdapat  ilmu-ilmu lain. Misalnya astronomi, biologi, kimia, dan geologi. Keindahan fisika terletak pada kesederhanaan teori fisika fundamental dan pada cara dimana hanya sejumlah kecil konsep, persamaan, dan asumsi fundamental yang dapat mengubah dan memperluas pandangan kita tentang dunia di sekitar kita.

Studi fisika dapat dibagi menjadi enam bidang utama:

1. Mekanika klasik, yang berkaitan dengan gerakan benda-benda yang relatif besar terhadap atom dan bergerak dengan kecepatan yang jauh lebih lambat daripada kecepatan cahaya;
2. relativitas, yaitu teori yang mendeskripsikan benda-benda yang bergerak dengan kecepatan berapapun, bahkan kecepatan yang mendekati kecepatan cahaya;
3. termodinamika, yang berhubungan dengan panas, kerja, suhu, dan perilaku statistik sistem dengan jumlah partikel yang besar;
4. elektromagnetisme, yang berkaitan dengan kelistrikan, kemagnetan, dan medan elektromagnetik;
5. optik, yaitu ilmu yang mempelajari tentang perilaku cahaya dan interaksinya dengan material;
6. mekanika kuantum, kumpulan teori yang menghubungkan perilaku materi pada tingkat submikroskopis dengan pengamatan makroskopis.

Disiplin mekanika dan elektromagnetisme merupakan dasar dari semua cabang fisika klasik (dikembangkan sebelum 1900) dan fisika modern (1900-sekarang). Pembahasan awal Fisika biasanya dimuali dengan mekanika klasik yang kadang-kadang disebut sebagai mekanika Newton atau mekanika sederhana. Konsep ini merupakan tempat yang tepat untuk memulai teks pengantar karena banyak prinsip dasar yang digunakan untuk memahami sistem mekanis.

Sistem ini yang nantinya dapat digunakan untuk menggambarkan fenomena alam seperti gelombang dan transfer energi oleh panas. Lebih jauh, hukum kekekalan energi dan momentum yang diperkenalkan dalam mekanika tetap penting dalam teori fundamental bidang fisika lainnya.

Saat ini, mekanika klasik sangat penting bagi siswa dari semua disiplin ilmu. Hal ini penting dan sangat berhasil dalam menggambarkan gerakan objek yang berbeda, seperti planet, roket, dan bola bola.

Seperti semua ilmu lainnya, fisika didasarkan pada observasi eksperimental dan pengukuran kuantitatif. Tujuan utama fisika adalah untuk menemukan sejumlah hukum dasar yang mengatur fenomena alam dan menggunakannya untuk mengembangkan teori-teori itu agar dapat memprediksi hasil eksperimen masa depan. Hukum dasar yang digunakan dalam perkembangan teori diungkapkan dalam bahasa matematika. Matematika merupakan alat yang menyediakan jembatan antara teori dan eksperimen.

Ketika perbedaan antara teori dan eksperimen muncul, teori-teori baru harus dirumuskan untuk menghilangkan perbedaan tersebut. Seringkali sebuah teori hanya memuaskan dalam kondisi terbatas; teori yang lebih umum mungkin memuaskan tanpa batasan seperti itu.

Misalnya, hukum gerak yang ditemukan oleh Isaac Newton (1642–1727) pada abad ke-17 secara akurat menggambarkan gerak benda yang bergerak pada kecepatan normal tetapi tidak berlaku pada benda yang bergerak dengan kecepatan yang sebanding dengan kecepatan cahaya.

Sebaliknya, teori relativitas khusus yang dikembangkan oleh Albert Einstein (1879–1955) pada awal 1900-an memberikan hasil yang sama seperti hukum Newton pada kecepatan rendah tetapi juga dengan tepat mendeskripsikan gerakan pada kecepatan yang mendekati kecepatan cahaya. Oleh karena itu, teori relativitas khusus Einstein adalah teori gerak yang lebih umum.

Fisika klasik mencakup teori, konsep, hukum, dan eksperimen dalam mekanika klasik, termodinamika, optik, dan elektromagnetisme yang dikembangkan sebelum tahun 1900. Kontribusi penting untuk fisika klasik diberikan oleh Newton, yang mengembangkan mekanika klasik sebagai teori sistematis dan merupakan salah satu pencetusnya.

Kalkulus sebagai alat matematika

Perkembangan besar dalam mekanika berlanjut pada abad ke-18, tetapi bidang termodinamika dan listrik dan magnet tidak berkembang sampai akhir abad ke-19, terutama karena sebelum waktu itu peralatan untuk eksperimen terkontrol terlalu kasar atau tidak tersedia.

Sebuah revolusi besar dalam fisika, biasanya disebut sebagai fisika modern, dimulai pada akhir abad ke-19. Fisika modern berkembang terutama karena penemuan banyak fenomena fisik yang tidak dapat dijelaskan oleh fisika klasik. Dua yang paling penting perkembangan di era modern ini adalah teori relativitas dan mekanika kuantum.

Teori relativitas Einstein tidak hanya dengan tepat mendeskripsikan gerakan benda yang bergerak dengan kecepatan yang sebanding dengan kecepatan cahaya, tetapi juga merevolusi sepenuhnya konsep tradisional ruang, waktu, dan energi. Teori relativitas juga menunjukkan bahwa kecepatan cahaya adalah batas atas kecepatan suatu benda dan massa itu dan energi yang saling berhubungan. Mekanika kuantum dirumuskan oleh sejumlah ilmuwan terkemuka untuk memberikan deskripsi fenomena fisik pada tingkat atom.

Ilmuwan terus bekerja untuk meningkatkan pemahaman kita tentang hukum dasar, dan penemuan baru dibuat setiap hari. Di banyak bidang penelitian, ada banyak tumpang tindih antara fisika, kimia, dan biologi.

Bukti untuk tumpang tindih ini terlihat pada nama beberapa subspesialisasi sains — biofisika, biokimia, fisika kimia, bioteknologi, dan sebagainya. Berbagai kemajuan teknologi belakangan ini merupakan hasil upaya banyak ilmuwan, insinyur, dan teknisi. Beberapa perkembangan paling menonjol pada paruh kedua abad ke-20 adalah:

1. eksplorasi planet tak berawak dan pendaratan di bulan berawak,
2. sirkuit mikro dan komputer berkecepatan tinggi,
3. teknik pencitraan canggih yang digunakan dalam penelitian ilmiah dan kedokteran, dan
4. beberapa hasil luar biasa dalam rekayasa genetika.

Perkembangan dan penemuan seperti itu berdampak besar pada masyarakat kita, dan sangat mungkin terjadi penemuan dan perkembangan masa depan akan menyenangkan, menantang, dan sangat bermanfaat untuk kemanusiaan.