Fisika Modern Penerapan Kajian Fisika Modern

4

B. Fisika Modern

Fisika modern adalah ilmu yang membahas tentang perilaku materi dan energi pada skala atomik dan partikel-partikel sub-atomik atau gelombang. Fisika modern berbeda dengan fisika klasik karena dalam fisika modern ukuran benda sangat kecil dan kecepatan benda mendekati kecepatan cahaya relativitas. Teori-teori dalam fisika klasik tidak dapat lagi digunakan untuk benda yang berukuran sangat kecil dan kecepatan gerak benda yang sangat besar karena teori-teori klasik menjadi tidak invarian. Fisika Modern meliputi teori relativitas, teori kuantum lama, model atom dan teori kuantum modern. Teori relativitas khusus dibangun atas dasar postulat Einstein yang menyatakan hukum-hukum fisika dinyatakan dengan bentuk yang sama pada kerangka acuan inersial dan cepat rambat cahaya dalam ruang hampa adalah sama untuk semua pengamat dan tidak bergantung pada keadaan gerak pengamat. Teori kuantum lama dibangun berdasarkan hipotesa Planck, hipotesa de Broglie, dan ketidakpastian Heisenberg. Hipotesa Planck menyatakan energi yang dipancarkan oleh benda hitam bersifat diskrit. Hipotesa de Broglie menyatakan semua benda, bukan hanya cahaya memiliki sifat alami sebagai gelombang. Teori kuantum tersebut dapat menjelaskan dualisme gelombang-partikel dan radiasi benda hitam. Model atom yang juga dikenal sebagai fisika atom berkembang dari model atom Thomson, yang kemudian berkembang menjadi model atom Rutherford, model atom bohr dan model atom Bohr dan Sommerfeld. Model atom tersebut dapat dijelaskan dengan menggunakan teori kuantum lama. Selanjutnya teori kuantum berkembang menjadi teori kuantum modern yang berlandaskan mekanika gelombang. Dalam teori kuantum modern dirumuskan persamaan Schrodinger dan Prinsip Ekslusi Pauli yang diterapkan pada atom hidrogen, osilator harmonis, atom berelektron jamak dan efek Zeeman.

C. Penerapan Kajian Fisika Modern

Fisika modern merupakan cabang ilmu yang penting dalam peradaban manusian. Banyak aplikasi yang merupakan penerapan dari konsep fisika modern telah terealisasi dan membantu kenyamanan hidup manusia. Salah satu cara untuk memahami konsep fisika modern adalah mempelajari penerapan dari fisika modern tersebut. Pada bagian berikut ini diuraikan beberapa penerapan dari fisika modern. Salah satu contoh aplikasi penting dari penerapan fisika modern adalah penemuan Laser light amplification by stimulated emission of radiation. Laser adalah aplikasi dari 5 Teori Bohr yang memodelkan lintasan diskrit dari elektron. Cahaya laser terbentuk melalui emisi radiasi elektromagnetik saat elektron berpindah dari suatu tingkat energi ke tingkat energi lain. Laser dipakai dalam berbagai bidang seperti kesehatan, industri, militer, telekomunikasi, hiburan, dan lainnya. LASIK merupakan salah satu aplikasi laser yang banyak dipakai dalam dunia kesehatan untuk mengkoreksi lensa mata manusia. Dalam dunia komersial, laser juga telah mempercepat antrian pembayaran di kasir-kasir supermarket karena dapat dipakai untuk membaca kode barang barcode. Dalam industri, energi besar dari laser dipakai untuk memotong baja dan kepentingan lainnya. Dalam telekomunikasi, laser dipakai sebagai pembawa data melalui serat optik. Kapasitas dan kecepatan transmisi data dengan menggunakan serat optik menjadi sangat besar karena medium pembawa data berupa cahaya yang memiliki kecepatan sangat besar. Kemajuan ini telah membuat kenyamanan pada manusia karena biaya komunikasi menjadi lebih murah dan kualitasnya menjadi lebih baik. Laser juga dipakai sebagai sumber cahaya pada mikroskop yang dikenal sebagai mikroskop laser. Daya resolusi mikroskop laser sangat tinggi sehingga mampu mengamati benda yang sangat kecil. Contoh lain aplikasi laser adalah dalam displai dan holografi. Sifat dualisme partikel gelombang memungkin penggunaan elektron sebagai pengganti cahaya dalam mikroskop elektron. Penggunaan elektron sebagai sumber tersebut telah meningkatkan daya resolusi mikroskop dari orde mikron menjadi angstrom. Peningkatan kemampuan mikroskop yang drastis tersebut memungkinkan kita untuk mengamati benda-benda dalam ukuran nanometer seperti sel darah merah, protein dan lain- lainnya. Penemuan tersebut secara tidak langsung telah mendukung perkembangan dunia kesehatan, khususnya ilmu kedokteran. Penyimpanan data secara optik optical storage dengan menggunakan laserdisc, CD dan DVD juga merupakan penerapan dari laser. Kemampuan ‘writing’ dari laser yang sangat presisi memungkinkan peningkatan kapasitas dari MegaBits MB menjadi GigaBits GB, bahkan TeraBits TB. Contoh aplikasi lain dari kajian fisika modern adalah penerapan teori relativitas, khususnya dinamika relativitas khusus yang memperlihatkan kesetaraan antara massa dan energi. Konsep kesetaraan antara massa dan energi ini diterapkan dalam teknologi nuklir. Teknologi nuklir dapat menghasilkan energi nuklir melalui reaksi fusi dan reaksi fisi. Apabila teknologinya dikuasai, energi nuklir memberikan banyak keuntungan bagi manusia. Energi nuklir menawarkan alternatif yang menarik sebagai pengganti bahan 6 bakar konvensional seperti batubara dan minyak bumi. Efisiensi energi nuklir jauh lebih besar dibandingkan dengan efisiensi batubara dan minyak bumi. Efek rumah kaca green house effect yang merupakan gejala pemanasan global adalah penerapan dari sifat radiasi benda hitam yang merupakan gejala dari fisika kuantum yang juga merupakan bagian dari fisika modern. 7

III. MATERI DAN METODA PELAKSANAAN A. Kerangka Pemecahan Masalah