Makalah Filsafat FisMod Fix 2003

FILSAFAT SEJARAH PENEMUAN BEBERAPA TEORI DALAM FISIKA MODERN

TUGAS MATAKULIAHFilsafat dan Didaktik Fisika

yang dibina oleh Ibu Dr. Lia Yuliati, M.Pd.

Oleh:Kelompok 7

Desita Tri A. 140321807144Rindu Rahmatiah 140321807462

UNIVERSITAS NEGERI MALANGPASCASARJANA

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKADesember 2014

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum warahmatullahiwabarakatuh.

Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala limpahan rahmat dan

karuniaNya sehingga makalah yang berjudul Filsafat Sejarah Penemuan Beberapa Teori

Dalam Fisika Modern ini dapat terselesaikan. Adapun tujuan dari penulisan makalah ini

adalah untuk memenuhi tugas Mata Kuliah Filsafat dan Didaktik Fisika.

Terima kasih kami sampaikan kepada semua pihak yang telah membantu dalam

penyusunan Makalah Filsafat Sejarah Penemuan Beberapa Teori Dalam Fisika Modern ini.

Kami menyadari makalah ini masih terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu, kritik dan

saran yang konstruktif sangat diharapkan. Kami berharap makalah ini dapat bermanfaat bagi

kita semua.

Demikian, terima kasih.

Wassalamu’alaikum warahmatullahhiwabarakatuh.

Malang, Desember 2014

Penulis

Makalah Filsafat Fisika Modern 2

DAFTAR ISI

Halaman Judul ……………………………………………………………………………. i

Kata Pengantar …………………………………………………………………………… ii

Daftar Isi ………………………………………………………………………………….. iii

Bab I. Pendahuluan ………………………………………………………………………. 1

Bab II. Pembahasan .........................................................................………………………

1. Max Planck .…………………………………………………………………….

2. Albert Einstein ………………………………….................................................

3. Niels Bohr …………………………………........................................................

4. Arthur Holly Compton ………………………………........................................

5. Leuis de Broglie ……………………….............................................................

6. Werner Heisenberg ………………………..........................................................

3

3

6

9

12

14

17

Bab III. Penutup ………………………………………………………………………….. 21


BAB I

PENDAHULUAN

Filsafat dan ilmu adalah dua kata yang saling berkaitan baik secara substansial maupun

historis. Kelahiran suatu ilmu tidak dapat dipisahkan dari peranan filsafat, sebaliknya

perkembangan ilmu memperkuat keberadaan filsafat. Keinginan-keinginan melakukan

observasi dan eksperimen sendiri, dapat didorong oleh keinginannya untuk membuktikan

hasil pemikiran filsafat yang cenderung spekulatif ke dalam bentuk ilmu yang praktis. Dengan

demikian, ilmu pengetahuan dapat diartikan sebagai keseluruhan lanjutan sistem pengetahuan

manusia yang telah dihasilkan oleh hasil kerja filsafat kemudian dibukukan secara sistematis

dalam bentuk ilmu yang terteoritisasi.

Ilmu dapat dibedakan dengan filsafat. Ilmu bersifat pasteriori. Kesimpulannya ditarik

setelah melakukan pengujian-pengujian secara berulang-ulang. Untuk kasus tertentu, ilmu

bahkan menuntut untuk diadakannya eksperimen dan pendalaman untuk mendapatkan

esensinya. Sedangkan filsafat bersifat priori, yakni; kesimpulan-kesimpulannya ditarik tanpa

pengujian. Sebab filsafat tidak mengharuskan adanya data empiris seperti dimiliki ilmu.

Karena filsafat bersifat spekulatif dan kontemplatif yang ini juga dimiliki ilmu.

Kebenaran filsafat tidak dapat dibuktikan oleh filsafat itu sendiri, tetapi hanya dapat

dibuktikan oleh teori-teori keilmuan melalui observasi dan eksperimen. Dengan demikian,

tidak setiap filosof dapat disebut sebagai ilmuan, sama seperti tidak semua ilmuwan disebut

filosof. Meski demikian aktifitas berpikir. Tetapi aktivitas dan ilmuwan itu sama, yakni

menggunakan aktifitas berpikir filosof. Berdasarkan cara berpikir seperti itu, maka hasil kerja

filosofis dapat dilanjutkan oleh cara kerja berfikir ilmuwan. Hasil kerja filosofis bahkan dapat

menjadi pembuka bagi lahirnya ilmu. Namun demikian, harus juga diakui bahwa tujuan akhir

dari ilmuwan yang bertugas mencari pengetahuan, dapat dilanjutkan oleh cara kerja berpikir

filosofis.

Antara ilmu dan filsafat serta cara kerja ilmuwan dan filosofis, memang mengandung

sejumlah persamaan, yakni sama-sama mencari kebenaran. Ilmu memiliki tugas melukiskan,

sedangkan filsafat bertugas untuk menafsirkan kesemestaan. Aktivitas ilmu digerakkan oleh

pertanyaan bagaimana menjawab pelukisan fakta. Sedangkan filsafat menjawab atas


pertanyaan lanjutan bagaimana sesungguhnya fakta itu, dari mana awalnya dan akan kemana

akhirnya.

Berbagai gambaran di atas memperlihatkan bahwa filsafat di satu sisi dapat menjadi

pembuka bagi lahirnya ilmu pengetahuan, namun di sisi yang lainnya ia juga dapat berfungsi

sebagai cara kerja akhir ilmuwan. Filsafat yang sering disebut sebagai induk ilmu

pengetahuan (mother of science) dapat menjadi pembuka dan sekaligus ilmu pamungkas

keilmuan yang tidak dapat diselesaikan oleh ilmu. Kenapa demikian? Sebab filsafat dapat

merangsang lahirnya sejumlah keinginan dari temuan filosofis melalui berbagai observasi dan

eksperimen yang melahirkan berbagai pencabangan ilmu.

Makalah ini membahas sejarah penemuan beberapa teori oleh ilmuan-ilmuan pada era

fisika modern, aliran filsafat yang terkandung di dalamnya, serta implikasinya pada bidang

pendidikan. Era fisika modern dimulai dari tahun 1890an sampai saat ini. Pada akhir abad ke

19 ditemukan beberapa fenomena yang tidak bisa dijelaskan melalui fisika klasik. Hal ini

menuntut pengembangan konsep fisika yang lebih mendasar lagi yang sekarang disebut fisika

modern. Dalam periode ini dikembangkan teori-teori yang lebih umum yang dapat mencakup

masalah yang berkaitan dengan kecepatan yang sangat tinggi (relativitas) atau/dan yang

berkaitan dengan partikel yang sangat kecil (teori kuantum). Dengan kelamahan-kelemahan

fisika klasik, fisika modern mampu mengembangkan dan menjawab berbagai permasalahan

yang tidak terjawab oleh pemikiran fisika klasik. Beberapa penemuan penting dalam zaman

ini diantaranya:

1. Relativitas Khusus

Teori relativitas yang dipelopori oleh Einstein menghasilkan beberapa hal diantaranya

adalah kesetaraan massa dan energi E=mc2 yang dipakai sebagai salah satu prinsip

dasar dalam transformasi partikel.

2. Teori kuantum

Diawali oleh karya Planck dan Bohr dan kemudian dikembangkan oleh Schroedinger,

Pauli, Heisenberg, dan lain-lain, melahirkan teori-teori tentang atom, inti, partikel sub

atomik, molekul, zat padat yang sangat besar perannya dalam pengembangan ilmu dan

teknologi.

3. Efek Compton

Kuantum energi tidak dapat digambarkan sebagai gelombang tetapi lebih mendekati

bentuk partikel. Partikel cahaya dalam bentuk kuantum dikenal dengan sebutan foton.

Pandangan cahaya sebagai foton diperkuat lagi melalui gejala yang dikenal sebagai efek

Compton.


BAB II

PEMBAHASAN

1. MAX PLANCK

Max Karl Ernst Ludwig Planck (23 April 1858 – 4 Oktober 1947) adalah seorang

fisikawan Jerman yang dikenal sebagai penemu teori kuantum. Max Planck dilahirkan di Kiel

dan belajar di Munich dan Berlin. Seperti banyak ahli fisika, ia seorang pemain musik yang

baik, selain itu ia juga senang mendaki gunung. Pada tahun 1900, setelah enam tahun bekerja

di Universitas Berlin, Planck mendapatkan bahwa kunci pemahaman radiasi benda hitam

ialah anggapan bahwa pemancaran dan penyerapan radiasi terjadi dalam kuantum energi hv.

Penemuan yang menghasilkan hadiah Nobel dalam tahun 1918 ini, sekarang dianggap sebagai

tonggak dari fisika modern.

1.1. Sejarah Penemuan Teori Kuantum (Radiasi Benda Hitam)

Pada tahun 1900, Max Planck memutuskan untuk mempelajari radiasi benda hitam.

Beliau berusaha untuk mendapatkan persamaan matematika yang menyangkut bentuk dan

posisi kurva pada grafik distribusi spektrum. Planck menganggap bahwa permukaan benda

hitam memancarkan radiasi secara terus-menerus, sesuai dengan hukum-hukum fisika yang

diakui pada saat itu. Hukum-hukum itu diturunkan dari hukum dasar mekanika yang

dikembangkan oleh Sir Isaac Newton. Namun, dengan asumsi tersebut ternyata Planck gagal

untuk mendapatkan persamaan matematika yang dicarinya. Kegagalan ini telah mendorong

Planck untuk berpendapat bahwa hukum mekanika yang berkenaan dengan kerja suatu atom

sedikit banyak berbeda dengan hukum Newton.

Max Planck memulai kembali dengan asumsi baru, bahwa permukaan benda hitam

tidak menyerap atau memancarkan energi secara kontinyu, melainkan berjalan sedikit demi

sedikit dan bertahap-tahap. Menurut Planck, benda hitam menyerap energi dalam berkas-

berkas kecil dan memancarkan energi yang diserapnya dalam berkas-berkas kecil pula.

Berkas-berkas kecil itu selanjutnya disebut kuantum. Teori kuantum ini bisa diibaratkan

dengan naik atau turun menggunakan tangga. Hanya pada posisi-posisi tertentu, yaitu pada


posisi anak tangga kita dapat menginjakkan kaki, dan tidak mungkin menginjakkan kaki di

antara anak-anak tangga itu. Hipotesis Planck amatlah berlawanan dengan apa yang menjadi

konsep umum teori fisika klasik saat itu. Terobosan Planck merupakan tindakan yang sangat

berani karena bertentangan dengan hukum fisika yang telah mapan dan sangat dihormati.

Berkat kesungguhannya dengan hipotesa yang revolusioner ini, Planck berhasil

menemukan suatu persamaan matematika untuk radiasi benda hitam yang benar-benar sesuai

dengan data eksperimen yang diperolehnya. Persamaan tersebut selanjutnya disebut Hukum

Radiasi Benda Hitam Planck yang menyatakan bahwa intensitas cahaya yang dipancarkan

dari suatu benda hitam berbeda-beda sesuai dengan panjang gelombang cahaya. Planck

mendapatkan suatu persamaan : E = hv, yang menyatakan bahwa energi suatu kuantum (E)

adalah setara dengan nilai tetapan tertentu yang dikenal sebagai tetapan Planck (h), dikalikan

dengan frekwensi (v) kuantum radiasi.

Tetapan "h" Planck memegang peranan penting dalam teori fisika dan sekarang

dihimpun menjadi salah satu tetapan fisika paling dasar. Tetapan itu diantaranya muncul

dalam teori struktur atom, prinsip ketidakpastian Heisenberg, teori radiasi, dan banyak lagi

formula ilmiah lainnya. Dengan teori radiasi benda hitam yang ditemukannya, ilmu fisika

mampu menyuguhkan pengertian yang mendalam tentang alam benda dan materi. Planck

menerbitkan karyanya pada majalah yang sangat terkenal. Namun untuk beberapa saat, karya

Planck ini tidak mendapatkan perhatian dari masyarakat ilmiah saat itu. Pada mulanya, Planck

sendiri dan fisikawan lainnya menganggap bahwa hipotesa tersebut tidak lain dari fiksi

matematika yang cocok. Namun setelah berjalan beberapa tahun, anggapan tersebut berubah

hingga hipotesa Planck tentang kuantum dapat digunakan untuk menerangkan berbagai

fenomena fisika. Perkembangan mekanika kuantum ini mungkin yang paling penting dari

perkembangan ilmu pengetahuan dalam abad ke-20, bahkan lebih penting ketimbang teori

relativitas Einstein. Ini merupakan catatan sejarah dunia dalam bidang ilmu pengetahuan

fisika.

1.2. Aliran Filsafat yang Mempengaruhi

Proses penemuan teori kuantum oleh Planck diawali dengan usahanya untuk

mendapatkan persamaan matematika. Planck memulainya dengan berasumsi sesuai

pendekatan hukum-hukum fisika yang diakui pada saat itu, yang diturunkan dari hukum dasar

mekanika yang dikembangkan oleh Sir Isaac Newton. Namun, dengan asumsi tersebut Planck

gagal untuk mendapatkan persamaan matematika yang dicarinya. Kemudian Planck memulai

kembali dengan asumsi baru dengan hipotesa yang sangat berlawanan dengan konsep umum

teori fisika klasik saat itu. Berkat kesungguhannya dengan hipotesa yang revolusioner


http://sejarahnasionaldandunia.blogspot.com/2014/10/rumusan-teori-relativitas-albert.html

http://sejarahnasionaldandunia.blogspot.com/2014/10/rumusan-teori-relativitas-albert.html

tersebut, Planck berhasil menemukan suatu persamaan matematika untuk radiasi benda hitam

yang benar-benar sesuai dengan data eksperimen yang diperolehnya. Dengan demikian

filsafat yang mempengaruhi proses penemuan Teori Kuantum adalah:

a. Idealisme

Proses penemuan teori kuantum oleh Planck diawali dengan berhipotesis untuk

mendapatkan persamaan matematika yang diinginkan. Dalam berhipotesis terdapat

tindakan berpikir untuk memecahkan masalah, Proses berpikir tersebut tentu

menggunakan ide untuk mengeluarkan gagasan. Sehingga dalam hal ini, pengetahuan

yang diperoleh bersumber dari gagasan dalam diri. Oleh karena itu, filsafat yang sesuai

adalah idealisme.

b. Esensialisme

Anggapan Planck bahwa permukaan benda hitam memancarkan radiasi secara terus-

menerus, sesuai dengan hukum-hukum fisika yang diakui pada saat itu, yaitu hukum yang

diturunkan dari hukum dasar mekanika yang dikembangkan oleh Sir Isaac Newton. Hal

ini berarti Planck menggunakan pengetahuan yang esensial di masa lampau untuk

dijadikan dasar pendekatan berpikir mengenai temuannya. Oleh karena itu, filsafat yang

sesuai adalah esensialisme.

c. Empirisme

Berkat kesungguhannya, Planck berhasil menemukan suatu persamaan matematika untuk

radiasi benda hitam yang benar-benar sesuai dengan data eksperimen yang diperolehnya.

Dalam melakukan eksperimen tersebut, terjadi interaksi langsung dengan objek. Dengan

demikian, filsafat yang sesuai adalah empirisme.

1.3. Implikasi dalam Bidang Pendidikan

Fokus utama materi ini untuk level siswa sekolah menengah adalah menganalisis secara

kualitatif gejala kuantum yang mencakup hakikat dan sifat-sifat radiasi benda hitam

serta penerapannya. Di dalam pembelajaran terdapat kegiatan menafsirkan data radiasi

benda hitam, merumuskan radiasi benda hitam (termasuk hukum pergeseran Wien),

postulat Planck, atau dapat pula memaparkan hasil kajian literatur tentang perilaku

radiasi benda hitam. Oleh karena pembelajaran materi ini cukup dilakukan dengan

menganalisis, maka tidak perlu dilakukan kegiatan eksperimen. Dengan demikian

model pembelajaran yang dapat digunakan yaitu PBL (Problem Based Learning).

Namun demikian, eksperimen yang berkaitan dengan radiasi benda hitam dapat

dilakukan oleh mahasiswa di tingkat Universitas yang sudah berada dalam tahap

pemikiran abstrak. Selain itu tingkat kesulitan objek penelitiannya tinggi dan


membutuhkan alat eksperimen yang canggih yang ada di level Universitas. Eksperimen

dalam bidang fisika modern lebih mengarah ke pembuktian teori atau hipotesis dengan

kesesuaian data eksperimen. Dengan demikian, keberadaan eksperimen dalam kegiatan

pembelajaran juga didasarkan dari level pemikiran siswa/mahasiswa dan juga tingkat

kesulitan objek penelitiannya.

2. ALBERT EINSTEIN

Albert Einstein lahir pada tanggal 14 Maret 1879 di Ulm, Jerman. Einstein dikenal

sebagai ilmuwan paling dikagumi pada abad 20. Setelah menamatkan pendidikannya di

Jerman, Italy, Swiss dan meraih gelar profesornya di Zurich. Einstein menjadi profesor di

School of Mathematics at the Institute for Advanced Study di Princeton.

2.1. Sejarah Penemuan Penjelasan Efek Fotolistrik

Pada saat sekolah menengah Einstein diketahui sebagai siswa yang mengalami kesulitan

belajar sampai harus dipindahkan ke sekolah khusus karena ia tidak dapat mengikuti pelajaran

di sekolah pada umumnya. Di sekolah baru inilah Einstein belajar tidak hanya dari buku dan

karya ilmiah melainkan berinteraksi langsung dengan alat-alat mekanik dan magnet dengan

bimbingan guru yang tepat. Einstein sukses masuk sekolah Zuricher Polytechnikum. Einstein

mengatakan bahwa ia tidak suka ujian, ia lebih menyukai membaca. Sampai pada suatu ketika

dimana Einstein memutuskan untuk berhenti menempuh pendidikannya dan keluar dari

Zuricher Polytechnikum.

Pemikiran Einstein dipengaruhi ilmuwan dan fisikawan sebelumnya, seperti Leibniz

dan Newton, Hume dan Kant, Faraday dan Helmholtz, Hertz dan Maxwell, Kirchhoff dan

Mach, Boltzmann dan Planck yang dikenalnya dari buku-buku yang sering ia baca. Pemikiran

Einstein mengenai efek Fotolistrik, relativitas, gravitasi dijelaskan dengan cara yang simple

dan mudah dimengerti, berbeda dengan penjelasan para ahli yang cenderung lebih rumit. Lalu

darimana Einstein memperoleh kemampuannya untuk memperoleh hal esensial dari yang

non-esensial? Pekerjaan Einstein sebagai orang yang menangani hak paten melatih Einstein

untuk membaca sekian paper yang harus dijelaskan ulang dengan lebih sederhana. Setelah

bekerja di urusan hak paten selama 7 tahun, Einstein pergi ke Zurich. Disinilah Einstein

mengenal Max Planck, James Franck, Walter Nernst, Max von Laue, dan ilmuwan besar

lainnya melalui program Colleagueship. Konsultasi mengenai isu-isu terkini dan seminar-

seminar yang berkaitan dengan penemuan-penemuan terbaru seringkali dilakukan diantara

para Colleagueship ini, selain itu korespondensi dengan surat maupun bertemu langsung juga

dilakukan.


Dari hasil pemikirannya selama bertahun-tahun, diskusi panjang dengan rekan-rekan

ilmuwan, Einstein akhirnya membuahkan karya ilmiah. Pada awal 1900 Einstein

mempublikasikan tiga karya ilmiahnya mengenai efek fotolistrik, relativitas dan gravitasi.

Einstein pertama kali menerima Nobel untuk karyanya yang menjelaskan efek fotolistrik.

Awalnya efek fotolistrik teramati oleh Frank Hertz (1887) yang menunjukkan adanya

percikan yang melompat dengan cepat diantara dua bola bermuatan listrik justru ketika

permukaan-permukaan bola disinari oleh cahaya yang datang dari percikan lainnya. Grafik

hubungan antara tegangan yang diberikan pada sistem dan arus menunjukkan bahwa potensial

henti tidak bergantung pada intensitas radiasi. Hasil eksperimen ini tidak dapat dijelaskan

dengan menggunakan teori gelombang yaitu bahwa energi kinetik dari elektron foton harus

semakin besar jika intensitas diperbesar (hasil eksperimen menunjukkan hal sebaliknya, tidak

bergantung pada intensitas radiasi) dan efek fotolistrik dapat terjadi pada setiap frekuensi

cahaya (hasil eksperimen menunjukkan efek fotolistrik tidak terjadi untuk frekuensi yang

lebih kecil dari frekuensi ambang), waktu paruh untuk elektron dapat bebas dari permukaan

logam relatif sangat singkat (10-9 sekon) dan tidak dapat menjelaskan mengapa Ek bertambah

jika frekuensi ditambah.

Untuk itu Einstein mengemukakan pendapatnya yang didasarkan dari hipotesa Planck.

Efek fotolistrik dapat dijelaskan oleh Einstein dengan menggunakan hipotesa Planck dimana

cahaya merambat dalam bentuk paket-paket energi yang disebut foton. Foton tersebut

berperilaku seperti partikel dan setiap foton memiliki energi (E=hf). Jika cahaya diserap oleh

bahan maka seluruh paket energinya diserahkan kepada salah satu elektron yang ada di

permukaan keping. Jika energi hf cukup besar, maka sebagian dari energinya (Wo) digunakan

untuk melepaskan elektron dari ikatannya, sisanya akan menjadi energi kinetik elektron.

Secara matematis dapat dituliskan:

jika hf<Wo maka elektron tidak akan terlepas sedangkan jika melebihi maka elekstron akan

terlepas dan memiliki energi kinetik sebesar

untuk itu dapat disimpulkan bahwa Ek maks tidak bergantung dari intensitas radiasi

(intensitas hanya akan menyebabkan bertambahnya jumlah elektron yang terlepas), Ek maks

sebading dengan frekuensi, tidak ada efek fotolistrik yang teramati di bawah frekuensi

ambang, dan waktu yang dibutuhkan elektron untuk keluar hampir bersamaan dengan cahaya

yang datang karena sesuai dengan teori partikel cahaya yaitu energi datang dalam bentuk

paket energi berinteraksi antara foton-elektron.



Eksperimen Efek Fotolistrik telah dilakukan oleh Frank Hertz pada tahun 1887, namun

hasil eksperimen Efek Fotolistrik tersebut tidak dapat dijelaskan Hertz karena tidak sesuai

dengan teori cahaya sebagai gelombang. Einstein menjelaskan kembali hasil Efek Fotolistrik

ini dengan mengajukan penjelasan dan analisis dengan menganggap cahaya berperilaku

sebagai partikel sebagaimana hipotesa Planck. Filsafat yang mempengaruhi proses penjelasan

Efek Fotolistrik yang dijelaskan Einstein adalah:

a. Idealisme

Penjelasan mengenai gejala fisis yang dapat secara tepat sesuai dengan hasil eksperimen

Efek Fotolistrik yang dilakukan oleh Hertz diperoleh Einstein dari dugaan atau

hipotesisnya dengan didasarkan dari pengetahuan-pengetahuan yang dimilikinya. Dengan

demikian aliran filsafat yang mempengaruhi dalam proses ini dipengaruhi oleh idealisme.

b. Esensialisme

Hipotesis yang diajukan Einstein didasarkan dari hipotesis yang diajukan Planck

mengenai cahaya merambat dalam bentuk paket-paket energi yang berupa foton, yang

berperilaku sebagai partikel. Einstein mengambil hal-hal esensial dalam hipotesis Planck

untuk memberikan penjelasan yang tepat mengenai sifat cahaya yang berperilaku sebagai

partikel dan berhasil membuktikan kesesuaian hipotesisnya dengan hasil eksperimen Efek

Fotolistrik. Dengan demikian aliran filsafat yang mempengaruhi yaitu esensialisme.

c. Empirisme

Analisis yang dilakukan oleh Einstein didasarkan dari eksperimen yang telah dilakukan

oelh Franck Hertz. Hasil eksperimen foto listrik menunjukkan ketidak sesuaian antara

hasil percobaan dan teori cahaya sebagai gelombang. Namun hasil eksperimennya sesuai

jika cahaya dianggap berperilaku sebagai partikel. Dengan demikian dalam proses

penemuannya juga dipengaruhi oleh kegiatan eksperimen, maka aliran filsafat yang

mempengaruhi yaitu Empirisme.


Fokus utama materi untuk siswa sekolah menengah yang dijelaskan adalah penjelasan

fisis dari hasil eksperimen Efek Fotolistrik dari sudut pandang cahaya sebagai gelombang dan

peyempurnaan teori yang menganggap cahaya sebagai partikel sebagaimana yang dijelaskan

oleh Einstein. Dengan demikian pembelajaran yang dilakukan tidak perlu menggunakan

eksperimen, melainkan cukup dengan memahami dan menganalisis gejala fisis Efek

Fotolistrik. Model pembelajaran yang dapat digunakan yaitu PBL (Problem Based Learning).

Namun demikian, eksperimen yang berkaitan dengan efek fotolistrik dapat dilakukan oleh


mahasiswa di tingkat Universitas yang sudah berada dalam tahap pemikiran abstrak. Selain itu

tingkat kesulitan objek penelitiannya tinggi dan membutuhkan alat eksperimen yang canggih

yang ada di level Universitas. Eksperimen dalam efek fotolistrik lebih mengarah ke

pembuktian teori atau hipotesis mengenai perilaku cahaya sebagai partikel dengan kesesuaian

data eksperimen efek fotolistrik. Dengan demikian, keberadaan eksperimen dalam kegiatan

pembelajaran juga didasarkan dari level pemikiran siswa/mahasiswa dan juga tingkat

kesulitan objek penelitiannya.

3. NIELS BOHR

Niels Henrik David Bohr lahir 8 Oktober1885 di Copenhagen. Ayahnya, Christian

Bohr adalah profesor fisiologi di University of Copenhagen. Ketertarikan dan kemampuan

Bohr dalam bidang sains didukung oleh orang tuanya. Adiknya, Harald, adalah salah satu ahli

matematika yang mengangumkan.

3.1. Sejarah Penemuan Model Atom Bohr

Awalnya Bohr memilih bidang filsafat dan matematika di University of Copenhagen

namun pada tahun 1905 Bohr mendengar adanya kompetisi fisika di Royal Danish Academy

of Sciences dan memutuskan ikut dalam kompetisi tersebut. Dengan menggunakan

laboratorium ayahnya, Bohr melakukan ekperimen mengenai tegangan permukaan dan

memenangkan kompetensi untuk analisis teoritis dan ketepatan eksperimen mengenai vibrasi

dari jet air sebagai cara untuk menentukan tegangan permukaan. Sejak itu, Bohr memutuskan

untuk lebih fokus pada bidang fisika. Setelah menyelesaikan studi masternya pada tahun

1911, selama menjalani studipost-doctoral Bohr bekerja bersama J.J. Thompson yang telah

lebih dulu menemukan elektron dan mengusulkan model atom yang dikenal dengan sebutan

“plum pudding” model of an atomatau model atom roti kismis. Dalam penggambarannya

Thompson menggambarkan penyebaran muatan positif dan negatif mirip kue kismis, dimana

muatan positif merupakan kue sedangkan kismis dianalogikan sebagai muatan negatif. Namun

kemudian, model atom Thompson digantikan oleh model atom yang diajukan oleh Ernest

Rutherford.

Rutherford menemukan adanya inti atom yang bermuatan positif pada tahun 1911

dengan eksperimen menembakkan partikel alfa pada lempengan emas yang tipis (sekitar

0,01mm). Hasil eksperimen Rutherford menunjukkan adanya partikel-partikel alfa yang

dibelokkan bahkan ada yang dipantulkan dan ada yang menembus lempengan emas. Fakta ini

menunjukkan adanya inti atom yang tidak dapat ditembus partikel alfa. Untuk itu Rutherford

mengajukan model atom Rutherford dimana atom terdiri dari inti atom yang bermuatan positif


(massa atom sebagian besar merupakan massa inti atom) yang dikelilingi elektron dalam

orbit-obit tertentu, seperti orbit planet yang mengelilingi matahari. Bohr pada akhirnya

memutuskan untuk bergabung dengan penelitian Rutherford, dan salah satu dari ilmuwan

yang pertama kali menyadari pentingnya penomoran atom yang mengindikasikan posisi

elemen di tabel periodik dan sama dengan jumlah alami muatan negatif (elektron) dalam

atomnya.

Bohr menyadari bahwa variasi fisis dan kimia dari elemen didasarkan pada gerak

elektron yang mengelilingi inti atom dan bahwa berat atom dan perilaku radioaktif ditentukan

oleh inti atom itu sendiri. Model atom Rutherford merupakan langkah awal yang sangat bagus

namun teori klasik menunjukkan kelemahan dari model atom ini yaitu jika elektron bergerak

mengorbit mendekati inti atom dan akan jatuh ke inti atom, sehingga atom tidak dalam

keadaan stabil. Model atom Rutherford baik ditinjau dari mekanik dan elektromagnetik

berada dalam kondisi tidak stabil, namun kemudian Bohr mengusulkan stabilitas pada gerak

elektron yang mengorbit inti atom dengan mengenalkan ide baru yang belum diklarifikasi dari

teori kuantum yang dikembangkan oleh Max Planck, Albert Einstein dan fisikawan lain. Bohr

mengadaptasi konsep yang mendekati teori kuantum dari pekerjaan revolusioner dari Max

Planck. Bohr mengusulkan postulat bahwa elektron-elektron yang mengelilingi inti atom

(yang terdiri dari muatan positif) bersifat diskrit dan stasioner, elektron dapat melompat dari

satu orbit ke orbit yang lain selama elektron bergerak dalam orbitnya. Menurut model atom

Bohr, elektron bergerak mengelilingi inti atom dalam suatu orbit namun orbit tersebut berupa

energi dalam bentuk diskrit dan elektron dapat mengambil ataupun melepaskan energi hanya

dengan berpindah dari satu orbit ke orbit yang lain, menyerap atau menghamburkan radiasi.

Essay paling mengesankan yang ditulis Bohr berkaitan dengan teori kuantum dari atom

yang menjelaskan spektrum hidrogen yang tidak dapat dijelaskan dalam model atom

Rutherford. Bohr mampu menentukan frekuensi dari garis spektrum untuk meyakinkan

keakuratan dari teori Bohr yang diajukannya, Bohr mengekspresikan hasilnya dalam bentuk

muatan dan massa elektron dan kontanta Planck (disimbolkan oleh h). Untuk memperoleh ini,

Bohr juga mempostulatkan bahwa atom tidak akan memancarkan radiasi ketika keadaan

stabil. Frekuensi radiasi yang dipancarkan akan sama dengan perbedaan energi dalam keadaan

statis dibagi konstanta Planck. Ini artinya atom tidak dapat menyerap atau memancarkan

radiasi secara kontinyu namun hanya berupa lompatan kuantum, pernyataan Bohr tersebut

masih menimbulkan perdebatan di kalangan fisikawan karena masih sulit untuk diterima.

Konsekuensi dari teori Bohr dibuktikan oleh pengukuran spektroskopik dan hasil

eksperimen lain. Namun demikian model atom yang diajukan Bohr juga masih memiliki


kelemahan yaitu lintasan atom tidak hanya berupa lingkaran sebagaimana yang dijelaskan

oleh Bohr, model atom Bohr akan menjadi rumit untuk dijelaskan pada atom yang memiliki

banyak elektron luar, selain itu model atom tersebut tidak dapat menerangkan ikatan kimia

dalam atomd dan juga pengaruh medan terhadap atom berelektron banyak. Namun demikian

Bohr menerima penghargaan Nobel untuk dedikasinya meneliti struktur atom dan pancaran

radiasi atom pada tahun 1922. Bohr mendedikasikan hidupnya untuk meneliti struktur atom

lanjut yang berkaitan dengan energi fusi dan fisi yang terjadi pada nuklir dengan

menggunakan material uranium.


a. Idealisme

Penggambaran model atom Bohr diperoleh dari pemikiran-pemikiran Bohr mengenai

adanya elektron yang bergerak mengelilingi orbit yang bersifat diskrit dan stasioner.

Dengan demikian aliran filsafat yang mempengaruhi dalam proses ini dipengaruhi oleh

idealisme.

b. Esensialisme

Model atom Bohr didasarkan dari model atom Rutherford bahwa ada inti atom yang

berupa muatan positif dan muatan negatif yang mengelilingi orbit inti atom. Bohr

mengambil hal esensial dalam model atom Rutherford untuk kemudian dilakukan

perbaikan penjelasan mengenai beberapa hal yang menjadi kelemahan atom Rutherford.

Dengan demikian aliran filsafat yang mempengaruhi yaitu esensialisme.

c. Empirisme

Penggambaran model atom Bohr didasarkan dari penyempurnaan model atom Rutherford

dan Thompson. Hasil pengusulan model atom oleh Rutherford dan Thompson didasarkan

dari hasil eksperimen yang dilakukan oleh keduan ilmuwan tersebut, seperti Rutherford

dengan percobaan penembakan partikel sinar alfa ke lempengan logam tipis. Selain itu

pembuktian kesesuaian hipotesis Bohr mengenai garis spektrum pada gas hidrogen juga

didasarkan dari hasil eksperimen. Dengan demikian proses penemuan model atom Bohr

juga dipengaruhi oleh kegiatan eksperimen, maka filsafat yang mempengaruhi yaitu

empirisme.


Fokus utama materi yang dijelaskan adalah karakteristik inti atom yang diajukan Bohr

untuk menyempurnakan model atom yang telah diajukan sebelumnya oleh Thompson dan

Rutherford. Dengan demikian pembelajaran yang dilakukan tidak perlu menggunakan

eksperimen, melainkan cukup dengan menganalisis karakteristik dan kelemahann masing-


masing model atom. Model pembelajaran yang dapat digunakan yaitu PBL (Problem Based

Learning). Namun demikian, eksperimen yang berkaitan dengan struktur model atom dapat

dilakukan oleh mahasiswa di tingkat Universitas yang sudah berada dalam tahap pemikiran

abstrak. Selain itu tingkat kesulitan objek penelitiannya tinggi dan membutuhkan alat

eksperimen yang canggih yang ada di level Universitas. Dengan demikian, keberadaan

eksperimen dalam kegiatan pembelajaran juga didasarkan dari level pemikiran

siswa/mahasiswa dan juga tingkat kesulitan objek penelitiannya.

4. ARTHUR HOLLY COMPTON

Arthur Holly Compton lahir di Wooster, Ohio, Amerika pada tanggal 10 September

1892 di lingkungan keluarga yang dikenal sebagai keluarga pendidik. Ayahnya merupakan

Profesor yang mengajar Filsafatdi College of Wooster. Setelah lulus program sarjana dari

Wooster, Compton memutuskan untuk melanjutkan studi Master pada tahun 1914 dan studi

Ph. D pada tahun 1916 di Princeton.

4.1. Sejarah Penemuan Efek Compton

Karir Arthur Holly Compton di bidang penelitian fisika yang lebih mendalam dimulai

dengan keikutsertaannya sebagai anggota dari National Research Council, dimana Compton

berkesempatan mendapat beasiswa untuk melakukan penelitian penghamburan dan

penyerapan sinar gamma di laboratorium Rutherford di Cambridge, Inggris. Di Laboratorium

Rutherford inilah, beliau memperoleh hasil observasi yang menunjukkan bahwa sinar X yang

menumbuk elektron, dihamburkan dengan panjang gelombang yang lebih panjang, kemudian

dikenal sebagai efek Compton.

Penelitian Compton mengenai efek Compton dimulai dari penelitiannya mengenai

radiasi hamburan sinar gamma. Peningkatan absorbsi mengindikasikan peningkatan panjang

gelombang dan sesuai teori corpuscular cahaya akan menurunkan momentumnya. Pada saat

itu, hubungan antara panjang gelombang sinar gamma dan koefisien absorbsi tidak cukup

diketahui oleh Compton untuk dapat mengestimasi perubahan panjang gelombang yang tidak

lebih akurat dari 0,03 A pada sudut 90o. Tingkat keakuratan hasil penelitian ini tidak cukup

membuat Compton memberanikan diri mempublikasi hasil interpretasi foton yang diperoleh.

Compton kemudian melakukan eksperimen kembali untuk membuktikan interpretasi

dari hasil eksperimen sebelumnya. Kali ini Compton menggunakan keping grafit pada bagian

luar dari tabung (pipa) molybdenum sebagai target dari x-ray yang beroperasi pada 30kV dan

30mA dan menggunakan sistem dimana celah-celahnya tidak memungkinkan adanya radiasi

langsung dari target yang dapat mengenai kristal calcite. Spektrum yang diperoleh dari sistem


tersebut menunjukkan bahwa garis penyebaran molybdenum Ka baik pada panjang

gelombang awalnya dan garis pergeserannya, mengalami pertambahan panjang gelombang

sepanjang 0,024 A (dengan tingkat akurasi sekitar 3%) jika sudut penyebarannya sebesar 90o.

Compton kemudian menyelesaikan persamaan untuk kekekalan energi dan momentum pada

tumbukan antara foton dan elektron bebas dan menjelaskan secara kualitatif mengenai hasil

eksperimennya.

Pada saat itu hasil eksperimen Compton menjadi perdebatan di kalangan ilmuwan fisika

karena sifat dualisme cahaya masih belum dapat diterima sebagian ilmuwan meskipun pada

penelitian yang dilakukannya Compton telah menggunakan difraksi dari crystal lattice, sebuah

fenomena yang hanya dapat dijelaskan oleh teori gelombang. Meskipun demikian perdebatan

mengenai efek Compton terus berlanjut. Profesor Duane merupakan salah satu ilmuwan yang

menentang pendapat Compton, yang kemudian memutuskan melakukan penelitian serupa

dengan tingkat akurasi yang lebih baik. Hasil eksperimen Profesor Duane ternyata

menunjukkan hasil yang sama dengan yang diperoleh Compton dan pada pertemuan 1924

APS menyatakan persetujuannya dengan pendapat Compton.

Sebagai konsekuensi dari interpretasinya, Compton juga memprediksi bahwa transfer

momentum dari foton untuk setiap elektron akan menghasilkan tipe baru dari radiasi

elektronik ketika sinar X bergerak dalam medium, yang disebut sebagai elektron ‘recoil’.

Compton juga memprediksi bahwa setiap foton yang terhambur akan bersimultan dengan

elektron recoilnya. Pembuktian adanya elektron recoil ini dibuktikan oleh penelitian C.T.R.

Wilson di the Cavendish Laboratory dan W. Bothe di Jerman. Sedangkan pembuktian

mengenai simultansi dilakukan oleh Compton dan Simon pada tahun 1925.


Pada dasarnya Compton melakukan eksperimen untuk membuktikan adanya efek

Compton (sinar X yang menumbuk elektron akan dihamburkan dengan panjang gelombang

yang lebih panjang), eksperimen yang dilakukan Compton hanya menunjukkan gejala fisis

yang teramati. Eksperimen kedua yang berhasil menunjukkan efek Compton yang lebih

akurat merupakan cara Compton untuk menunjukkan hipotesis/dugaannya terkait dengan

adanya elektron recoil dan simultansi elektron-foton. Sedangkan penjelasan kualitatif dan

analisis matematis diperoleh Compton dari pemikiran-pemikirannya. Dengan demikian

filsafat yang mempengaruhi proses penemuan efek Compton adalah

a. Idealisme


Compton mengajukan dugaan/hipotesis yang berkaitan dengan panjaang gelombang yang

lebih panjang pada eksperimen Efek Compton dengan menduga bahwa cahaya memiliki

sifat dualisme-sebagai partikel dan gelombang. Dengan demikian proses penemuan dari

ide-ide atau dugaan atau hipotesis yang diajukan oleh Compton termasuk dalam aliran

Idealisme.

b. Emprisme

Meskipun berasal dari dugaan atau hipotesis, Compton juga melakukan eksperimen

secara langsung untuk membuktikan hipotesis yang diajukannya. Untuk itu proses

pembuktian hipotesis dengan melakukan eksperimen (berinteraksi langsung dengan

objek) termasuk dalam aliran filsafat empirisme.

c. Konstruktivis-Kognitif

Hipotesis yang diajukan oleh Compton untuk menjelaskan hasil eksperimennya

didasarkan pada pengetahuan-pengetahuan yang Compton miliki, dimana Compoton

mengkonstruk pengetahuannya sehingga dapat menentukan penjelasan yang tepat sesuai

dengan hipotesis yang diajukannya.


Fokus utama materi untuk siswa sekolah menengah yang dijelaskan adalah penjelasan

fisis dari hasil eksperimen efek Compton dan persamaan matematisnya hingga diperoleh

selisih panjang gelombang sebelum dan sesudah tumbukan dan panjang gelombang Compton.

Dengan demikian pembelajaran yang dilakukan tidak perlu menggunakan eksperimen,

melainkan cukup dengan menganalisis gejala fisis efek Compton, pemanfaatannya dalam

teknologi, dan dampaknya pada kehidupan. Model pembelajaran yang dapat digunakan yaitu

PBL (Problem Based Learning). Namun demikian, eksperimen yang berkaitan dengan efek

Compton dapat dilakukan oleh mahasiswa di tingkat Universitas yang sudah berada dalam

tahap pemikiran abstrak. Selain itu tingkat kesulitan objek penelitiannya tinggi dan

membutuhkan alat eksperimen yang canggih yang ada di level Universitas. Hasil kesimpulan

hipotesis oleh Compton mengenai efek Compton didasarkan dari hasil eksperimen mengenai

efek Compton dimana terdapat perbedaan panjang gelombang sebelum dan sesudah tumbukan

foton-elektron. Dengan demikian, keberadaan eksperimen dalam kegiatan pembelajaran juga

didasarkan dari level pemikiran siswa/mahasiswa dan juga tingkat kesulitan objek

penelitiannya.


5. LOUIS DE BROGLIE

Louis Victor Pierre Raymond duc de Broglie (15 Agustus 1892–19 Maret 1987),

banyak dikenal sebagai Louis de Broglie, ialah fisikawan Perancis berasal dari keluarga

Prancis yang dikenal memiliki diplomasi dan kemiliteran yang baik. Pada mulanya ia adalah

siswa sejarah, namun akhirnya ia mengikuti jejak kakaknya Maurice de Broglie untuk

membina karir dalam fisika. Pada 1924, tesis doktoralnya mengemukakan usulan bahwa

benda yang bergerak memiliki sifat gelombang yang melengkapi sifat partikelnya. Dua tahun

kemudian Erwin Schrodinger menggunakan konsep gelombang de Broglie untuk

mengembangkan teori umum yang dipakai olehnya bersama dengan ilmuwan lain untuk

menjelaskan berbagai gejala atomik. Keberadaan gelombang de Broglie dibuktikan dalam

eksperimen difraksi berkas elektron pada 1927 dan pada 1929 ia menerima hadiah nobel

fisika.

5.1. Sejarah Penemuan Teori Dualitas Gelombang-Partikel

Louis de Broglie adalah ahli fisika murni, penemu sifat gelombang elektron, pengarang,

guru besar, doktor, dan anggota Lembaga Ilmu Pengetahuan Perancis. Beliaulah yang

membuat kontribusi inovatif untuk teori kuantum. Dalam tesis PhD 1924 ia mendalilkan sifat

gelombang elektron dan menyarankan bahwa semua materi memiliki sifat gelombang.

Konsep ini dikenal sebagai dualitas gelombang-partikel atau hipotesis de Broglie. Perilaku

seperti gelombang partikel ditemukan oleh de Broglie digunakan oleh Erwin Schrödinger

dalam perumusan tentang gelombang mekanik. Louis de Broglie adalah anggota keenam

belas terpilih untuk menduduki kursi 1 dari française Académie pada tahun 1944, dan

menjabat sebagai Perpetual Sekretaris Akademi Ilmu Pengetahuan Perancis.

Pada tahun 1924, tesis doktoralnya mengemukakan usulan bahwa benda yang

bergerak memiliki sifat gelombang yang melengkapi sifat partikelnya. De Broglie

mengajukan hipotesis bahwa electron bersifat gelombang. De Broglie hanya membuat hipotesis

atau teori. Ia tidak pernah dan tidak suka mengadakan eksperimen. Ia tidak pernah

membuktikan, bahwa elektron bersifat sebagai gelombang. Tapi karena kemudian ternyata

bahwa teorinya benar, maka pada tahun 1929 ia mendapat hadiah nobel untuk fisika.

Peristiwa itu membuktikan bahwa intuisi kadang-kadang berada di atas akal sehat dan

eksperimen. Bagaimana asal mulanya De Broglie menemukan hipotesis itu?

Pada tahun 1923 A.H. Compton menemukan bahwa cahaya memiliki sifat kembar

sebagai gelombang dan sebagai partikel. Penemuan ini menyebabkan De Broglie berpikir

sebagai berikut, “Kalau cahaya bersifat gelombang dan partikel, maka partikel pun dapat bersifat


http://blogpenemu.blogspot.com/2014/07/Biografi-Erwin-Schrodinger-Mengembangkan-Teori-kuantum.html

gelombang”. Hipotesis ini dibuktikan kebenarannya oleh Clinton Davisson dan Lester Germer

pada tahun 1927. Keduanya adalah ahli fisika Amerika Serikat. Radiasi cahaya dapat

dianggap sebagai arus foton atau sebagai gerak gelombang. Pada tahun 1923 De Broglie

mengemukakan bahwa dualisme yang sama terdapat pula dalam hal elektron. Ia kemudian

mengemukakan bahwa sifat gelombang-partikel dari radiasi dapat diterapkan terhadap

elektron, karena elektron hampir sekecil foton. Sifat gelombang yang dikemukakan oleh de

Broglie kemudian dibenarkan oleh Davidson dan Germer dalam tahun 1928, yang

mendapatkan pola difraksi dari elektron dengan menjatuhkan sinar pada suatu bidang dari

kristal nikel. Dengan adanya gerak gelombang dari elektron, maka diperlukan suatu teori

kuantum yang baru, yang selain dapat menerangkan gerak elektron dalam atom dan

menghitung energi yang mungkin, juga dapat memperhitungkan efek difraksi.


Proses penemuan teori dualitas gelombang-partikel oleh de Broglie diawali dengan

mengemukakan usulan bahwa benda yang bergerak memiliki sifat gelombang yang

melengkapi sifat partikelnya. Sebelumnya, temuan Compton yang menyatakan bahwa cahaya

memiliki sifat kembar sebagai gelombang dan sebagai partikel menyebabkan De Broglie

berpikir, “Kalau cahaya bersifat gelombang dan partikel, maka partikel pun dapat bersifat gelombang”. De

Broglie pun mengajukan hipotesis bahwa electron bersifat gelombang. De Broglie hanya

membuat hipotesis atau teori. Ia tidak pernah dan tidak suka mengadakan eksperimen, pun

tidak pernah membuktikan bahwa elektron bersifat sebagai gelombang. Namun ternyata teori

tersebut dapat dibuktikan kebenarannya. Dengan demikian filsafat yang mempengaruhi proses

penemuan teori dualitas gelombang-partikel adalah:

a. Idealisme

Proses penemuan teori teori dualitas gelombang-partikel oleh de Broglie diawali dengan

berpikir temuan Compton sebelumnya. Ia kemudian mengajukan hipotesis atas hasil

pemikirannya. Proses berpikir tersebut tentu menggunakan ide untuk mengeluarkan

gagasan. Sehingga dalam hal ini, pengetahuan yang diperoleh bersumber dari gagasan

dalam diri. Oleh karena itu, filsafat yang sesuai adalah idealisme.

b. Esensialisme

Temuan Compton yang menyatakan bahwa cahaya memiliki sifat kembar sebagai

gelombang dan sebagai partikel, menyebabkan De Broglie berpikir, “Kalau cahaya bersifat

gelombang dan partikel, maka partikel pun dapat bersifat gelombang”. Sehingga De Broglie pun

mengajukan hipotesis bahwa electron juga dapat bersifat sebagai gelombang. Hal ini berarti de


Broglie menggunakan pengetahuan yang esensial di masa lampau untuk dijadikan dasar

pendekatan berpikir mengenai temuannya. Oleh karena itu, filsafat yang sesuai adalah

esensialisme.

c. Empirisme

Pembuktian hipotesis de Broglie mengenai sifat elektron sebagai gelombang didasarkan

dari hasil eksperimen mengenai hipotesisnya tersebut. Dengan demikian aliran filsafat

yang mempengaruhi dalam proses penemuan dan pembuktian de Broglie adalah

empirisme.


Fokus utama materi untuk siswa sekolah menengah yang berkaitan dengan teori dualitas

gelombang-partikel ini adalah masih terkait dengan menganalisis secara kualitatif gejala

kuantum yang membahas gelombang de Broglie. Di dalam pembelajaran terdapat kegiatan

merumuskan radiasi benda hitam (termasuk hukum pergeseran Wien), postulat Planck, dan

dualisme gelombang partikel cahaya. Oleh karena pembelajaran materi ini cukup dilakukan

dengan menganalisis, maka tidak perlu dilakukan kegiatan eksperimen. Dengan demikian

model pembelajaran yang dapat digunakan yaitu PBL (Problem Based Learning). Namun

demikian, eksperimen yang berkaitan dengan efek fotolistrik dapat dilakukan oleh mahasiswa

di tingkat Universitas yang sudah berada dalam tahap pemikiran abstrak. Selain itu tingkat

kesulitan objek penelitiannya tinggi dan membutuhkan alat eksperimen yang canggih yang

ada di level Universitas. Eksperimen de Broglie lebih mengarah ke pembuktian teori atau

hipotesis mengenai pembuktian sifat atau perilaku elektron sebagai gelombang. Dengan

demikian, keberadaan eksperimen dalam kegiatan pembelajaran juga didasarkan dari level

pemikiran siswa/mahasiswa dan juga tingkat kesulitan objek penelitiannya.

6. WERNER HEISENBERG

Werner Karl Heisenberg (5 Desember 1901 - 1 Februari 1976) adalah seorang ahli teori

sub-atom dari Jerman, pemenang penghargaan nobel dalam fisika 1932. Heisenberg

merupakan salah satu penyumbang besar ilmu fisika pada abad ke-20 karena salah satu

pencipta utama dari mekanika kuantum modern. Pada 1920 ia memasuki Universitas

München untuk belajar matematika. Namun guru besar matematika tak mengizinkannya pada

seminar lanjutan, maka ia berhenti. Ia kemudian pindah ke fisika. Segera ia mengambil

perhatian dalam fisika teoretis, dan segera bertemu banyak ilmuwan yang karyanya akan

mendominasi dasawarsa-dasawarsa berikutnya, termasuk Niels Henrik David Bohr, Wolfgang


Ernst Pauli, Max Born, dan Enrico Fermi. Satu dari perhatian utamanya ialah menyusun

masalah dalam model atom Bohr-Rutherford.

6.1. Sejarah Penemuan Prinsip Ketidakpastian Heisenberg

Werner Karl Heisenberg adalah seorang ahli teori sub-atom. Ia juga ahli puisi Roma,

jago main piano klasik dan sudah sering ikut konser sejak masih berusia 12 tahun. Cuma ada

satu hal lain yang bisa mengalihkan perhatiannya dari musik, puisi, dan alam bebas, yaitu

matematika. Saking cintanya dengan matematika, Heisenberg berniat mengambil jurusan

matematika murni di University of Munich pada tahun 1920. Tapi wawancaranya dengan

Ferdinand von Lindeman, profesor matematika disana, tidak terlalu sukses. Heisenberg

menemui profesor lain, Arnold Sommerfeld, seorang begawan fisika teori. Ternyata

Sommerfeld bisa melihat bakat terpendam anak muda yang sangat gemar berpetualang di

alam bebas ini. Jadilah Heisenberg melenceng dari minatnya semula dan malah masuk jurusan

fisika.

Di awal masa kuliahnya, Heisenberg masih ragu-ragu dengan pilihannya itu. Ia justru

lebih banyak mengambil kuliah matematika dibanding fisika karena takut tidak cocok dengan

pilihannya itu. Kalau ia tetap mengikuti kuliah matematika, ia kan masih tetap bisa mengikuti

jika nantinya ternyata benar tidak cocok di fisika dan ingin pindah lagi ke matematika. Tapi

ternyata fisika benar-benar sudah mencuri hatinya. Mulai semester keduanya di jurusan fisika,

ia sudah betah mengikuti semua kuliah Sommerfeld. Selama kuliah di University of Munich,

perhatian Heisenberg terpecah antara fisika teori dan petualangannya di alam bebas. Ada satu

kelemahannya yang pada akhirnya hampir membuatnya tidak lulus. Ia sama sekali tidak

mengerti eksperimen di laboratorium. Ia memang jagoan di fisika teori, tetapi ketika ditanya

berbagai hal tentang fisika eksperimen, ia benar-benar tidak tahu. Profesor Wilhem Wien

memberinya nilai F pada ujian akhir untuk mendapatkan gelar doktor. Sommerfeld kembali

menjadi penyelamat dengan memberinya nilai A untuk kejeniusannya di bidang fisika teori.

Heisenberg pun akhirnya mendapatkan gelar doktornya walaupun dengan nilai C (rata-rata

dari A dan F). Sommerfeld tidak salah sewaktu memberinya nilai A untuk fisika teori.

Terbukti Heisenberg sangat jagoan mengutak-utik teori-teori fisika. Ia pun berhasil menjadi

profesor termuda Jerman di Leipzig saat masih berusia 25 tahun.

Sewaktu pecah Perang Dunia II, banyak ilmuwan Jerman yang ramai-ramai pergi dari

Jerman karena ingin menghindari Nazi dan Hitler. Heisenberg membuat keputusan yang

sangat mengejutkan rekan-rekan fisikawan saat itu. Ia bertekad untuk menetap di Jerman.

Keterikatannya dengan alam Jerman telah membuatnya begitu mencintai tanah airnya itu.


Ternyata keputusannya ini membuatnya terpaksa bekerja untuk pemerintah Jerman dalam

usaha membuat bom atom. Entah kenapa, fisikawan jenius ini tidak pernah berhasil membuat

bom atom tersebut dan malah dikalahkan oleh para fisikawan di Amerika. Padahal timnya

dibantu juga oleh salah satu penemu reaksi fisi nuklir, Otto Hahn. Ada gosip yang

mengatakan bahwa Heisenberg sengaja bergabung dengan tim peneliti Jerman itu supaya bisa

melakukan sabotase agar Nazi tidak bisa memenangkan perang. Heisenberg bahkan sempat

diciduk ke kamp konsentrasi Nazi karena dikira berkhianat.

Setelah lepas dari kamp konsentrasi Heisenberg kembali menekuni fisika teori. Pada

tahun 1927, Heisenberg mengembangkan suatu teori yang ditentang Einstein habis-habisan

yaitu teori ketidakpastian. Karya kontroversial yang membuatnya sangat terkenal ini

dinamakan Prinsip Ketidakpastian Heisenberg atau Heisenberg’s Uncertainty.

Prinsip Ketidakpastian Heisenberg menyatakan bahwa adalah (hampir) tidak

mungkin untuk mengukur dua besaran secara bersamaan, misalnya posisi dan

momentum suatu partikel.

Pendekatan tidak biasa yang dilakukannya membuat teorinya ini tidak begitu saja

diterima oleh dunia fisika saat itu. Ilmuwan-ilmuwan dunia meragukan penjelasan yang

diajukan oleh Heisenberg mengenai teori ketidakpastian tersebut. Menurut teori ini makin

akurat kita menentukan posisi suatu benda, makin tidak akurat momentumnya (atau

kecepatannya) dan sebaliknya. Jadi kita tidak bisa menentukan letak benda secara akurat.

Dengan kata lain benda mempunyai kemungkinan berada di mana saja. Pernyataan

Heisenberg tersebut bertentangan dengan pendapat Einstein yang lebih menganggap bahwa

dunia dan hal-hal yang berkaitan dengan letak benda bersifat teratur.

Meskipun pendapatnya ditentang oleh fisikawan seperti Einstein, Heisenberg tidak

menyerah dengan pendapatnya tersebut. Usaha tersebut tidak sia-sia, hasil analisis

matematisnya melahirkan teori mekanika kuantum yang memberinya sebuah Nobel Fisika di

tahun 1932. Akhirnya teori Heisenberg ini menjadi salah satu dasar dari mekanika kuantum.


Proses penemuan prinsip ketidakpastian dilakukan Heisenberg dengan mengembangkan

suatu teori dengan melakukan pendekatan-pendekatan yang tidak biasa. Meskipun teori ini

ditentang oleh Einstein dan tidak begitu saja diterima oleh dunia fisika saat itu, Heisenberg

tidak menyerah dan tetap berpegang pada pendapatnya. Usaha Heisenberg tersebut tidak sia-

sia karena hasil analisis matematisnya melahirkan teori mekanika kuantum. Dalam kegiatan

ini tentu terdapat tindakan berpikir untuk memecahkan masalah. Proses berpikir tersebut jelas


menggunakan ide untuk mengeluarkan gagasan. Sehingga dalam hal ini, pengetahuan yang

diperoleh bersumber dari gagasan dalam diri. Oleh karena itu, filsafat yang sesuai adalah

idealisme.


Fokus utama materi yang berkaitan dengan prinsip ketidakpastian Heisenberg ini adalah

masih terkait dengan menjelaskan prinsip-prinsip dari teori atom mekanika kuantum. Dalam

pembelajaran di kelas, Guru dan siswa dapat mendiskusikan prinsip ketidakpastian

Heisenberg dilanjutkan dengan guru memberi penguatan mengenai teori tersebut. Oleh karena

pembelajaran materi ini cukup dilakukan dengan menganalisis, maka tidak perlu dilakukan

kegiatan eksperimen. Dengan demikian model pembelajaran yang dapat digunakan yaitu PBL

(Problem Based Learning).


BAB III

PENUTUP

1. Kesimpulan

Fisika modern merupakan pengembangan konsep fisika yang lebih mendasar dari

konsep fisika klasik lagi. Dalam periode ini dikembangkan teori-teori yang lebih umum yang

dapat mencakup masalah yang berkaitan dengan kecepatan yang sangat tinggi (relativitas)

atau/dan yang berkaitan dengan partikel yang sangat kecil (teori kuantum). Dengan

kelamahan-kelemahan fisika klasik, fisika modern mampu mengembangkan dan menjawab

berbagai permasalahan yang tidak terjawab oleh pemikiran fisika klasik. Beberapa penemuan

penting dalam zaman ini diantaranya:

1. Penemuan teori kuantum oleh Max Planck yang diawali dengan usahanya untuk

mendapatkan persamaan matematika. Planck memulainya dengan berasumsi sesuai

pendekatan hukum-hukum fisika yang diturunkan dari hukum dasar mekanika Newton.

Namun, asumsi tersebut tidak berhasil membuat Planck mendapatkan persamaan

matematika yang dicarinya. Planck memulai kembali dengan asumsi baru dengan

hipotesa yang sangat berlawanan dengan konsep umum teori fisika klasik saat itu.

Berkat kesungguhannya dengan hipotesa yang revolusioner tersebut, Planck berhasil

menemukan suatu persamaan matematika untuk radiasi benda hitam yang benar-benar

sesuai dengan data eksperimen yang diperolehnya. Aliran filsafat yang berperan dalam

penemuan ini adalah idealisme, esensialisme, dan empirisme. Implikasi dalam bidang

pendidikan adalah dengan penerapan model pembelajaran Problem Based Leaning

(PBL).

2. Penemuan teori relativitas oleh Albert Einstein. Einstein berhasil menjelaskan kembali

hasil efek fotolistrik yang sebelumnya telah dilakukan namun tidak dapat dijelaskan

oleh Frank Hertz pada tahun 1887. Einstein berhasil mengajukan penjelasan dengan

melakukan analisis dengan menganggap cahaya berperilaku sebagai partikel

sebagaimana hipotesa Planck. Aliran filsafat yang berperan dalam penemuan ini adalah

idealisme dan esensialisme. Implikasi dalam bidang pendidikan adalah dengan

penerapan model pembelajaran Problem Based Leaning (PBL).


3. Penemuan gambaran model atom oleh Niels Bohr diperoleh dari pemikiran-pemikiran

Bohr mengenai adanya elektron yang bergerak mengelilingi orbit yang bersifat diskrit

dan stasioner. Model atom yang diajukan Bohr merupakan perbaikan dari model atom

Thompson dan Rutherford yang masih memiliki kelemahan, tidak dapat menjelaskan

gejala fisis yang berkaitan dengan eksperimen struktur atom. Aliran filsafat yang

berperan dalam penemuan ini adalah idealisme dan esensialisme. Implikasi dalam

bidang pendidikan adalah dengan penerapan model pembelajaran Problem Based

Leaning (PBL).

4. Penemuan efek Compton oleh Arthur Holly Compton diawali dengan melakukan

eksperimen untuk membuktikan sinar X yang menumbuk elektron akan dihamburkan

dengan panjang gelombang yang lebih panjang. Eksperimen yang dilakukan Compton

berhasil membuat Compton dapat menunjukkan hipotesis/dugaannya terkait dengan

adanya elektron recoil dan simultansi elektron-foton. Selanjutnya penjelasan kualitatif

dan analisis matematis diperoleh Compton dari pemikiran-pemikirannya. Aliran filsafat

yang berperan dalam penemuan ini adalah idealisme, empirisme, dan konstruktivis-

kognitif. Implikasi dalam bidang pendidikan adalah dengan penerapan model

pembelajaran Problem Based Leaning (PBL).

5. Penemuan teori dualitas gelombang-partikel oleh de Broglie diawali dengan

mengemukakan usulan bahwa benda yang bergerak memiliki sifat gelombang yang

melengkapi sifat partikelnya. Pemikirannya didasarkan pada temuan Compton

sebelumnya. De Broglie pun mengajukan hipotesis bahwa electron bersifat gelombang. De

Broglie hanya membuat hipotesis atau teori dan tidak pernah serta tidak suka

mengadakan eksperimen. Namun ternyata teori tersebut dapat dibuktikan kebenarannya.

Aliran filsafat yang berperan dalam penemuan ini adalah idealisme dan esensialisme.

Implikasi dalam bidang pendidikan adalah dengan penerapan model pembelajaran

Problem Based Leaning (PBL).

6. Penemuan prinsip ketidakpastian oleh Heisenberg dilakukan dengan mengembangkan

suatu teori dengan melakukan pendekatan-pendekatan yang tidak biasa, yang ditentang

oleh Einstein dan dunia fisika saat itu. Usahanya tidak sia-sia karena hasil utak-utiknya

melahirkan teori mekanika kuantum. Aliran filsafat yang berperan dalam penemuan ini

adalah idealisme dan esensialisme. Implikasi dalam bidang pendidikan adalah dengan

penerapan model pembelajaran Problem Based Leaning (PBL).


2. Saran

Sejarah dalam bidang apapun sangat penting untuk dipelajari, terutama sejarah fisika.

Ini sangat penting sekali dalam hubungannya dengan pembelajaran di sekolah. Melalui

sejarah fisika, kita dapat mempelajari berbagai pengetahuan dan ilmu mengenai keberhasilan-

keberhasilan yang telah dicapai para ilmuan-ilmuan, cara mereka mencapai penemuan-

penemuannya, cara mereka mengatasi hambatan, dan hal-hal lainnya. Dari keberhasilan itu

tidak jarang tercipta keberhasilan baru, sebagai pelengkap atau penyempurnanya. Oleh karena

itu, selain mempelajari materi-materi tentang fisika, kita juga perlu mengetahui konsep-

konsep yang terkandung dalam materi tersebut dengan cara mempelajari sejarah fisika.

Semakin banyak kita mempelajari tentang sejarah, baik itu sejarah fisika atau sejarah-sejarah

lainnya, itu akan membuat pengetahuan kita betambah luas dan memungkinkan kita untuk

menimbulkan ide-ide baru.


DAFTAR PUSTAKA

Allison, Samuel. 1965. Arthur Holly Compton (1892-1962) A biographical Memoir. Washington DC: National Academy of Science.

Cassidy, David. 1991. Werner Heisenberg (1901-1976) A biographical Memoir. Washington DC: National Academy of Science.

Jenkin, John. 2002. GEM Jauncey and the Compton Effect. Physics in Perspective Journal, (Online). Diakses tanggal 6 November 2014.

Wheller, John A. 1980. Albert Einstein (1879-1955) A biographical Memoir. Washington DC: National Academy of Science.


Makalah Filsafat FisMod Fix 2003

Documents

Transcript of Makalah Filsafat FisMod Fix 2003