Wikipedia

Fisika

cabang ilmu alam
Revisi sejak 3 Oktober 2020 09.00 oleh Jamessugianto1 (bicara | kontrib)

Fisika (Inggris: physics) adalah bidang ilmu pengetahuan alam. Menimbang bahwa ada hukum universal yang tidak bergantung pada penafsiran semena-mena manusia dalam fenomena yang terlihat di alam, memahami fenomena di alam dan sifat-sifatnya dengan substansi dan interaksi di antara keduanya (pemahaman dinamis) , Dan tujuannya adalah untuk mereduksi substansi menjadi elemen yang lebih mendasar dan memahaminya (pemahaman atom). Ia memiliki kedekatan yang sangat kuat dengan matematika dibandingkan dengan ilmu alam lainnya seperti kimia, biologi, dan geologi.

Astronaut dan bumi mengalami kaidah jatuh bebas akibat gaya gravitasi
Mesin termodinamika

Asalnya dalam ilmu alam Yunani kuno "φύσις", dan kata "physics" dalam bahasa Inggris awalnya berarti pencarian pengetahuan umum tentang alam, dari fenomena astronomi hingga fenomena biologis. Itu adalah berbagai konsep termasuk. Sejak abad ke-19 ia menjadi independen dari filsafat alam sebagai "fisika" yang hanya mengejar fenomena fisik saat ini.

Bidang penelitian klasik fisika adalah gerak benda, cahaya dan warna, bunyi, kelistrikan dan kemagnetan, panas, gerak gelombang, dan fenomena benda langit (fenomena fisis).

Pengantar

Perspektif mikroskopis dan makroskopis dari fenomena fisik

Mekanika material dan mekanika fluida adalah sistem teori fisika independen yang terdiri dari hukum fenomena makroskopik. Perlu dicatat di sini bahwa mekanika material dan mekanika fluida ada sebagai sistem teoritis yang sepenuhnya tertutup untuk teori lain dalam lingkup aplikasinya. Dalam fisika modern misalnya, ada teori partikel elementer sementara ada termodinamika, serta teori dan fenomena yang menghubungkan teori fenomena makroskopik dan dinamika yang menggambarkan fenomena mikroskopis juga dipelajari sebagai tema penting. Ada. Secara umum, teknik ampuh yang disebut fisika statistik digunakan di bidang ini. Dikembangkan oleh Ludwig Boltzmann et al., Metode ini menghubungkan perilaku partikel penyusun ke fenomena makroskopik dengan memprosesnya secara statistik.

Fisika dan matematika

 
Matematika adalah alat yang sangat diperlukan untuk fisika. Mendeskripsikan fenomena alam secara kuantitatif dengan rumus matematika adalah salah satu metodologi dasar dalam fisika, dan persamaan, terutama persamaan diferensial, sering kali muncul di buku teks mana pun. Foto ini adalah contoh buku teks fisika, buku tentang mekanika termal dan statistik.

Dalam fisika, teori dan model sering kali dinyatakan sebagai rumus matematika. Hal ini karena tidak dapat dihindari tidak ada ketelitian ketika ditulis dalam bahasa alami, dan sulit untuk membuat evaluasi kuantitatif dan kesimpulan yang rumit. Karena matematika adalah sistem manipulasi simbolik yang sangat kuat, ia cocok untuk melakukan inferensi sebagai rangkaian kalkulasi dan untuk mengekspresikan model kompleks secara akurat dan ringkas. Dengan cara ini, matematika sebagai bahasa memiliki karakteristik yang sesuai untuk mendeskripsikan fisika, tetapi fisika sebagai disiplin akademik dan matematika memiliki objek dan metodologi yang berbeda.

Salah satu langkah terpenting dalam penelitian fisika adalah tindakan mengekstrasi unsur-unsur dasar untuk mendeskripsikan dari fakta yang diamati, sebelum mengungkapkan hukum fisika dalam rumus matematika. Michael Faraday, yang berkontribusi pada elektromagnetik, tidak menerima pendidikan formal, jadi dia membuat berbagai penemuan meskipun kurangnya pengetahuan matematika, dan pemenang Hadiah Nobel Richard P. Fineman adalah helium cair. Kurangnya rumus matematika adalah makalah yang membahas tentang dan proposal pertama George Gamov untuk teori Big Bang menunjukkan bahwa menemukan sebuah objek untuk dideskripsikan di alam merupakan langkah penting dalam fisika.

Pengembangan dan perluasan fisika

Sejarah fisika juga merupakan sejarah yang menjelaskan fenomena yang tampaknya berbeda sebagai aspek yang berbeda dari hukum yang sama (sejarah fisika sendiri akan dijelaskan nanti).

Teori gravitasi Newton, yang mengaitkan jatuhnya suatu benda di dekat tanah dan pergerakan bulan dengan gaya gravitasi universal yang sama, adalah bahwa hukum Kepler tentang pergerakan planet dan hukum gerakan benda jatuh Galilei adalah aspek lain dari gaya gravitasi universal. Itu sudah ditunjukkan. Maxwell mengemukakan bahwa hukum kelistrikan dan magnet yang ditemukan secara terpisah oleh Ampere dan Faraday digabunkan menjadi satu hukum yang disebut elektromagnetik, dan secara teoretis meramalkan keberadaan gelombang elektromagnetik, dan cahaya adalah sejenis gelombang elektromagnetik.

Pada abad ke-20, Einstein mengubah persepsinya tentang ruang dan waktu melalui teori relativitas. Dia juga bekerja pada teori medan gravitasi dan gaya elektromagnetik terpadu, tetapi itu tidak terjadi. Namun setelah itu, penelitian tentang teori medan terpadu dilanjutkan oleh peneliti lain, dan upaya penyatuan termasuk tenaga nuklir yang baru ditemukan terus dilakukan. Sekitar tahun 1967, teori medan terpadu tentang gaya elektromagnetik dan gaya lemah (Teori Weinberg-Salam) telah diusulkan, dan validitas teori ditetapkan dengan verifikasi eksperimental kemudian. Teori ini telah menyebabkan penjelasan tentang gaya elektromagnetik dan gaya lemah sebagai aspek yang berbeda dari gaya yang sama.

Dari empat interaksi gravitasi, gaya elektromagnetik, gaya kuat, dan gaya lemah yang ada di alam, grand unified theory, yaitu teori medan terpadu mengenai gaya elektromagnetik, gaya kuat, dan gaya lemah, melampaui teori terpadu kelemahan listrik yang disebutkan di atas. Teori medan terpadu (misalnya, teori akord adalah kandidat) untuk keempat interaksi gravitasi, gaya elektromagnetik, gaya kuat, dan gaya lemah telah dipelajari, tetapi belum diverifikasi secara eksperimental dan masih ditetapkan. (Seringkali, teori medan terpadu dari empat interaksi di atas kadang-kadang disebut teori segala sesuatu karena dianggap fenomena fisik yang ada dapat dipahami atas dasar satu teori).

Dalam fisika klasik, ruang dan waktu tempat terjadinya fenomena fisik dianggap terpisah dari fenomena fisik itu sendiri, namun menurut teori gravitasi (teori relativitas umum), keberadaan suatu zat adalah ruang dan waktu. Dalam fisika modern, ruang dan waktu, materi dan energi termasuk dalam fenomena fisik, sebagaimana telah dijelaskan bahwa zat dan energi adalah setara.

Afinitas dengan bidang lain

Ilmu fisika sangat erat kaitannya dengan ilmu alam lainnya. Karena ilmu yang diperoleh dalam fisika begitu kuat, sering kali memberikan kontribusi untuk memecahkan masalah di bidang ilmu alam lain, dan kolaborasi dengan bidang lain seperti biologi dan kedokteran sedang berkembang. Khususnya dalam ilmu kimia, terdapat banyak bidang yang berkaitan erat, dan khususnya bidang kimia fisika ditetapkan sebagai bidang yang menggunakan metode fisika. Dalam biologi juga, ada biologi molekuler yang secara dinamis mempertimbangkan kerangka dan otot organisme hidup, menganalisis pada tingkat genetik, dan secara fisik mempertimbangkan evolusi. Dalam ilmu geosains, ada geofisika yang mempelajari bumi dengan menggunakan metode fisik, dan seismologi, meteorologi, oseanografi fisik, geolistrik, dan lain-lain dapat dikatakan mewakili bidang-bidang geofisika

Fisika saat ini tidak hanya terkait dengan ilmu alam tetapi juga dengan humaniora dan ilmu sosial. Dalam ilmu manusia, terdapat filsafat alam dalam bidang interdisipliner dengan filsafat. Psikologi juga terkait dengan fisika melalui psikofisika. Dalam ilmu sosial, fisika sebagai mata pelajaran di Sekolah Menengah Pertama dan Sekolah Menengah Atas sangat erat kaitannya dengan pendidikan, dan dapat dikatakan bahwa fisika ekonomi yang secara fisik menjelaskan fenomena ekonomi merupakan bidang interdisipliner dengan ilmu ekonomi.

Sejarah

Artikel utama: Sejarah fisika

Astronomi kuno

Artikel utama: Sejarah astronomi
 
Astronomi Mesir kuno dibuktikan dalam monumen seperti langit-langit Makam Senenmut dari Dinasti kedelapan belas Mesir.

Astronomi adalah ilmu alam tertua. Peradaban tertua yang tercatat sekitar tahun 3000 SM, seperti contohnya bangsa Sumeria, Mesir Kuno, dan Peradaban Lembah Indus. Semuanya memiliki pengetahuan prediktif dan pemahaman dasar mengenai pergerakan bulan, matahari, dan bintang. Bintang dan planet terkadang digunakan sebagai target penyembahan, mereka percaya bahwa itulah Tuhan mereka. Meskipun penjelasan mengenai fenomena ini sering kali tidak ilmiah dan lemahnya bukti yang ada, pengamatan awal ini menjadi dasar bagi ilmu astronomi berikutnya.[1]

Menurut Asger Aaboe, awal mula dari astronomi dunia Barat dapat ditemukan di Mesopotamia, dan semua usaha Barat dalam ilmu eksak diturunkan dari zaman Babilonia akhir.[2] Astronom Mesir meninggalkan monumen yang menunjukkan pengetahuan konstelasi dan pergerakan benda langit,[3] sedangkan penyair Yunani Homer menuliskan berbagai benda langit dalam karyanya Iliad dan Odyssey; astronom Yunani berikutnya memberikan nama yang masih digunakan hingga saat ini, untuk sebagian besar konstelasi yang terlihat dari belahan utara.[4]

Filsafat alam

Artikel utama: Filsafat alam

Filsafat alam yang berasal dari Yunani pada periode Arkais, (650 BCE – 480 BCE), ketika filsuf pra-Sokrates seperti Thales menolak penjelasan non-naturalistik untuk fenomena alam dan menyatakan bahwa setiap kejadian memiliki penyebab alamnya.[5] Mereka mengusulkan ide yang dibuktikan dengan alasan dan pengamatan, dan banyak dari hipotesis mereka terbukti sukses dalam percobaan;[6] contohnya, atomisme akhirnya dipastikan benar setelah 2000 tahun setelah pertama kali diajukan oleh Leukippos dan muridnya Demokritos.[7]

Fisika dalam Islam Abad Pertengahan

Artikel utama: Fisika dalam Islam Abad Pertengahan
 
Prinsip kerja sederhana dari kamera lubang jarum

Cendekiawan Islam telah menurunkan fisika Aristotelian dari Yunani dan selama Zaman Kejayaan Islam makin berkembang, menempatkan pengamatan dan pemikiran a priori sebagai fokusnya, mengembangkan bentuk awal dari metode ilmiah.

Penemuan paling penting adalah dalam bidang optik dan penglihatan, dihasilkan dari hasil karya banyak ilmuwan seperti Ibn Sahl, Al-Kindi, Ibn al-Haytham, Al-Farisi dan Avicenna. Hasil karya paling penting adalah The Book of Optics (juga dikenal dengan Kitāb al-Manāẓir), ditulis oleh Ibn Al-Haitham, di mana ia tidak hanya orang pertama yang menolak ide Yunani kuno mengenai penglihatan, tetapi juga memberikan teori baru. Di buku ini, ia juga yang pertama kali mempelajari studi kamera lubang jarum dan mengembangkannya. Dengan membedah dan menggunakan pengetahuan pemikir sebelumnya, ia dapat mulai menjelaskan bagaimana cahaya masuk ke mata, difokuskan, dan diproyeksikan kembali ke mata, serta membuat kamera obskura pertama di dunia ratusan sebelum pengembangan fotografi modern.[8]

 
Ibn al-Haytham (965 - 1040), pencetus optik

Tujuh volume buku Book of Optics (Kitab al-Manathir) berpengaruh besar dalam pemikiran lintas disiplin dari teori persepsi visual ke alam perspektif pada kesenian abad pertengahan baik di Timur maupun Barat, selama lebih dari 600 tahun. Banyak ilmuwan serta polimath Eropa berikutnya, mulai dari Robert Grosseteste dan Leonardo da Vinci hingga René Descartes, Johannes Kepler dan Isaac Newton, menggunakan pemikirannya. Pengaruh optika Ibn al-Haytham juga masuk dalam salah satu karya Newton berjudul sama, yang baru diterbitkan 700 tahun kemudian.

Terjemahan The Book of Optics memiliki dampak yang besar pada Eropa. Dimulai dari sana, cendekiawan Eropa dapat membuat peralatan yang sama seperti Ibn al-Haytham, dan memahami bagaimana cahaya bekerja. Dari sini, beberapa penemuan seperti kacamata, kaca pembesar, teleskop, dan kamera berkembang.

Fisika klasik

Artikel utama: Fisika klasik
 
Sir Isaac Newton (1643–1727) menemukan hukum gerak dan hukum gravitasi universal yang merupakan pencapaian penting dalam fisika klasik.

Fisika menjadi ilmu terpisah ketika orang awal Eropa modern menggunakan metode percobaan dan kuantitatif untuk menemukan apa yang disebut sebagai hukum fisika.[9][halaman dibutuhkan]

Pengembangan utama dalam periode ini diantaranya penggantian model geosentris tata surya dengan model Copernicus yang heliosentris, hukum yang mengatur gerak planet yang dikemukakan oleh Johannes Kepler antara tahun 1609 dan 1619, percobaan pada teleskop dan pengamatan astronomi oleh Galileo Galilei pada abad ke-16 dan ke-17, serta penemuan Isaac Newton mengenai hukum gerak dan hukum gravitasi universal.[10] Newton juga mengembangkan kalkulus,[a] studi perubahan matematis, yang memberikan metode matematika baru untuk menyelesaikan masalah-masalah fisika.[11]

Penemuan hukum baru dalam termodinamika, kimia, dan elektromagnetisme dihasilkan dari usaha penelitian pada Revolusi Industri karena dibutuhkan tambahan energi.[12] Hukum-hukum fisika klasik ini masih digunakan luas sampai saat ini untuk objek sehari-hari yang melaju dengan kecepatan non-relativistik, karena mereka memberikan perkiraan yang sangat baik pada kondisi tersebut. Teori-teori seperti mekanika kuantum dan teori relativistik dapat disederhanakan menjadi ekivalen klasiknya. Namun, ketidak-akuratan mekanika klasik untuk benda sangat kecil dan benda sangat cepat mendorong pengembangan fisika modern pada abad ke-20.

Fisika modern

Artikel utama: Fisika modern
Lihat pula: Sejarah relativitas khusus dan Sejarah mekanika kuantum
 
Albert Einstein (1879–1955) melakukan penelitian pada efek fotolistrik dan teori relativitas yang merevolusi ilmu fisika pada abad ke-20
 
Max Planck (1858–1947), pencetus teori mekanika kuantum

Fisika modern berawal pada awal abad ke-20 ketika Max Planck melakukan penelitian pada teori kuantum dan Albert Einstein melakukan penelitian mengenai teori relativitas. Kedua teori ini muncul akibat ketidak-akuratan mekanika klasik pada kondisi tertentu. Mekanika klasik memprediksi bahwa laju cahaya beragam, tidak sesuai dengan laju konstan yang diperkirakan oleh persamaan Maxwell mengenai elektromagnetisme. Kesalahan ini akhirnya dikoreksi oleh Einstein melalui teorinya relativitas khusus, yang kemudian menggantikan mekanika klasik untuk benda bergerak-cepat dan kecepatannya mendekati laju cahaya.[13] Radiasi benda-hitam juga menjadi masalah bagi fisika klasik, yang kemudian diperbaiki ketika Planck mengusulkan bahwa eksitasi osilator material hanya mungkin dalam langkah diskret (discrete step) sebanding dengan frekuensinya. Teori ini, bersama dengan efek fotolistrik dan kemudian menjadi teori yang lebih lengkap memprediksi tingkat energi diskret orbital elektron, akhirnya membuat teori mekanika kuantum menggantikan fisika klasik untuk tataran benda sangat kecil.[14]

Mekanika kuantum muncul dipelopori oleh Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger dan Paul Dirac.[14] Dari hasil karya awal ini, Model standar partikel fisika diturunkan.[15] Setelah penemuan partikel dengan karakteristik yang konsisten dengan Higgs boson di CERN tahun 2012,[16] semua partikel dasar yang diprediksi oleh model standar, muncul dan diperhitungkan; namun, fisika di luar Model Standar, seperti teori supersimetri, adalah area penelitian yang berkembang.[17] Ilmu matematika secara umum penting dalam bidang ini, seperti studi probabilitas dan kelompok.

Penelitian saat ini

Artikel utama: Daftar persoalan fisika yang belum terpecahkan
 
Kejadian yang dijelaskan dengan fisika: magnet berlevitasi diatas superkonduktor menunjukkan efek Meissner.

Riset fisika mengalami kemajuan konstan dalam banyak bidang, dan masih akan tetap begitu jauh pada masa depan.

Dalam fisika benda terkondensasi, masalah teoretis tak terpecahkan terbesar adalah penjelasan superkonduktivitas suhu-tinggi[18]. Banyak penelitian fisika terkondensasi dilakukan untuk membuat spintronik dan komputer kuantum bekerja.[19][20]

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 tampaknya telah menyelesaikan masalah solar neutrino yang telah berdiri-lama dalam fisika matahari. Penumbuk Hadron Raksasa telah menemukan boson Higgs. Penelitian masa depan bertujuan untuk membuktikan atau membatalkan supersimetri, yang memperluas Model Standar di fisika partikel. Penelitian materi gelap dan energi gelap juga sedang dilakukan.[21]

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 menyatukan 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 astronomik dan kosmologik 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,[22] chaos[23], atau turbulensi[24] 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.[25]

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 turbulensi dalam aerodinamika atau pengamatan pola pembentukan dalam sistem biologi. Pada 1932, Horrace Lamb [26] mengatakan:

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.

Teori inti

Informasi lebih lanjut: Cabang-cabang fisika dan Garis besar fisika

Meski fisika mempelajari berbagai macam sistem, teori tertentu digunakan oleh semua fisikawan. Setiap teori ini diuji coba dengan eksperimen berkali-kali dan menjadi perkiraan alam yang memadai. Contohnya, teori mekanika klasik menjelaskan gerak benda yang bergerak jauh lebih pelan dari laju cahaya dan berukuran jauh lebih besar dari atom. Teori ini masih menjadi area penelitian sampai sekarang. Teori chaos, aspek penting dalam mekanika klasik ditemukan abad ke-20, tiga abad setelah formulasi awal dari Isaac Newton (1642–1727).

Teori utama ini adalah alat yang penting bagi penelitian untuk menuju topik yang lebih terspesialisasi, dan fisikawan manapun, tidak peduli spesialisasinya apa, diharapkan untuk tahu. Diantaranya adalah mekanika klasik, mekanika kuantum, termodinamika, mekanika statistika, elektromagnetisme, dan relativitas khusus.

Fisika klasik

Artikel utama: Fisika klasik
 
Fisika klasik diimplementasikan dalam model rekayasa akustik suara yang dipantulkan dari sebuah acoustic diffuser

Fisika klasik mencakup diantaranya adalah cabang dan topik yang telah diketahui dan dikembangkan sebelum abad ke-20: mekanika klasik, akustik, optik, termodinamika, dan elektromagnetisme. Mekanika klasik mempelajari benda yang bergerak akibat gaya dan dapat dibagi menjadi statika (studi mengenai benda diam), kinematika (studi mengenai gerak tanpa peduli penyebabnya) dan dinamika (studi mengenai gerak dan gaya yang mempengaruhinya). Mekanika juga dapat dibagi menjadi mekanika padat dan mekanika fluida (dikenal bersama sebagai mekanika kontinuum), cabang turunannya seperti hidrostatik, hidrodinamika, aerodinamika, dan pneumatika. Akustik adalah studi mengenai bagaimana bunyi dibuat, dikontrol, dikirim, dan diterima.[27] Cabang modern penting dari akustik diantaranya ultrasonik, studi mengenai gelombang bunyi pada frekuensi sangat tinggi diatas kemampuan manusia; bioakustik, fisika tentang pendengaran pada hewan,[28] dan elektroakustik, manipulasi gelombang bunyi menggunakan elektronik.[29]

Optik, studi mengenai cahaya, tidak hanya peduli pada cahaya tampak namun juga untuk inframerah dan radiasi ultraviolet, yang menjelaskan semua fenomena cahaya terlihat seperti pemantulan, refraksi, interferensi, difraksi, dispersi, dan polarisasi cahaya. Panas adalah salah satu bentuk energi, energi dalam yang dimiliki partikel yang berasal dari substansi pembentuknya; termodinamika mempejari hubungan antara panas dan bentuk energi lainnya. Listrik dan magnetisme dipelajari sebagai salah satu cabang fisika karena kedekatannya yang mulai diteliti awal abad ke-19; sebuah arus listrik dapat menimbulkan medan magnet, dan perubahan medan magnet menginduksi arus listrik. Elektrostatik mempelajari muatan listrik ketika diam, elektrodinamika dengan muatan bergerak, dan magnetostatik untuk kutub magnet saat diam.

Fisika modern

Artikel utama: Fisika modern
 
Konferensi Solvay tahun 1927, dengan kehadiran beberapa fisikawan terkenal seperti Albert Einstein, Werner Heisenberg, Max Planck, Hendrik Lorentz, Niels Bohr, Marie Curie, Erwin Schrödinger dan Paul Dirac

Fisika klasik sebagian besar berfokus pada materi dan energi pada skala pengamatan normal, sedangkan sebagian besar fisika modern berfokus pada perilaku materi dan energi pada kondisi ekstrim atau pada skala sangat besar/sangat kecil. Contohnya, atom dan fisika nuklir mempelajari materi pada skala kecil di mana elemen kimia dapat diidentifikasi. Fisika partikel elementer bahkan lebih kecil lagi karena fokusnya pada satuan materi paling dasar; cabang fisika ini dikenal sebagai fisika energi tinggi karena diperlukan energi luar biasa besar untuk memproduksi banyak tipe partikel pada pemercepat partikel. Pada skala ini, notasi biasa untuk ruang, waktu, materi, dan energi tidak valid lagi.[30]

Dua teori utama fisika modern memberikan gambaran konsep yang berbeda mengenai ruang, waktu, dan materi dari fisika klasik. Mekanika klasik memperkirakan alam adalah kontinu, sedangkan teori kuantum fokus pada sifat alami diskret banyak fenomena pada skala atom dan subatom dan aspek tambahan partikel dan gelombang untuk menjelaskan fenomena ini. Teori relativitas fokus pada penjelasan fenomena yang bertempat pada sebuah kerangka acuan yang bergerak terhadap pengamat; teori relativitas khusus fokus pada gerak seragam relatif pada garis lurus dan teori relativitas umum dengan gerak dipercepat dan hubungannya dengan gravitasi. Teori kuantum dan teori relativitas digunakan pada semua area fisika modern.[31]

Perbedaan antara fisika modern dan fisika klasik

 
Domain dasar fisika

Meski fisika bertujuan untuk menemukan hukum universal, teorinya bersandar pada domain penggunaan tertentu. Bicara umum, hukum fisika klasik dapat secara akurat menjelaskan sistem yang ukurannya lebih besar dari skala atom dan geraknya jauh lebih lambat dari kecepatan cahaya. Di luar ini, pengamatan yang ada tidak sesuai dengan prediksi yang dilakukan. Albert Einstein berkontribusi pada kerangka relativitas khusus, yang menggantikan notasi ruang dan waktu absolut dengan ruangwaktu dan memungkinkan deskripsi akurat mengenai sistem yang komponennya bergerak mendekati laju cahaya. Max Planck, Erwin Schrödinger, dan fisikawan lain memperkenalkan mekanika kuantum, notasi probabilistik partikel dan interaksinya yang memungkinkan deskripsi akurat pada skala atom dan subatom. Di akhir, teori medan kuantum menggabungkan mekanika kuantum dan relativitas khusus. Relativitas umum memungkinkan untuk ruangwaktu melengkung, dinamis, dengan sistem yang luar biasa masif dan struktur alam semesta skala besar dapat dijelaskan. Relativitas umum belum digabungkan; beberapa kandidat teori gravitasi kuantum sedang dikembangkan.

Sekilas tentang riset 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 dijelaskan dari 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.

Teori Subtopik utama Konsep
Mekanika klasik Hukum gerak Newton, Mekanika Lagrangian, Mekanika Hamiltonian, Teori chaos, Dinamika fluida, Mekanika kontinuum Dimensi, Ruang, Waktu, Gerak, Panjang, Kecepatan, Massa, Momentum, Gaya, Energi, Momentum sudut, Torsi, Hukum kekekalan, Osilator harmonis, Gelombang, Usaha, Daya
Elektromagnetik Elektrostatik, Listrik, Magnetisitas, Persamaan Maxwell Muatan listrik, Arus, Medan listrik, Medan magnet, Medan elektromagnetik, Radiasi elektromagnetis, Monopol magnetik
Termodinamika dan Mekanika statistik Mesin panas, Teori kinetis Konstanta Boltzmann, Entropi, Energi bebas, Panas, Fungsi partisi, Suhu
Mekanika kuantum Path integral formulation, Persamaan Schrödinger, Teori medan kuantum Hamiltonian, Partikel identik Konstanta Planck, Pengikatan kuantum, Oscilator harmonik kuantum, Fungsi gelombang, Energi titik-nol
Teori relativitas Relativitas khusus, Relativitas umum Prinsip ekuivalensi, Empat-momentum, Kerangka referensi, Ruang waktu, Kecepatan cahaya

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 Sub-bidang Teori utama Konsep
Astrofisika Astronomi, astrometri, Kosmologi, Fisika gravitasi, Fisika surya, Fisika luar angkasa, Ilmu planet, Fisika plasma Big Bang, Inflasi kosmik, Relativitas umum, Hukum gravitasi universal Newton, magnetohidrodinamika Lubang hitam, Radiasi latar gelombang mikro kosmik, Dawai kosmik, Energi gelap, materi gelap, galaksi, gravitasi, Radiasi gravitasi, Planet, Tata surya, Bintang, supernova, alam semesta
Fisika atomik, molekul, dan optik Fisika atom, Fisika molekul, Astrofisika optik dan molekul, Kimia fisika, optik, fotonika Optik kuantum, kimia kuantum, sains informasi kuantum Foton, atom, molekul, difraksi, Radiasi elektromagnetik, Laser, Polarisasi, Garis spektrum, efek Casimir
Fisika partikel Fisika nuklir, Astrofisika nuklir, Astrofisika partikel Model standar, Teori penyatuan besar, teori-M, teori medan kuantum, elektrodinamika kuantum, kromodinamika kuantum, teori listrik lemah, teori medan efektif, teori gauge, supersimetri, teori superdawai, Gaya Fundamental (gravitasi, elektromagnetik, lemah, kuat), Partikel elementer, Antimateri, gravitasi kuantum, Pemecahan simetri spontan, teori segala sesuatu, Energi hampa
Fisika benda terkondensasi Fisika benda padat, Fisika polimer, kriogenik, ilmu permukaan, nanoteknologi Teori BCS, Gelombang Bloch, Gas Fermi, Cairan Fermi, Teori banyak-tubuh, mekanika statistika Fase (gas, cair, padat, Kondensat Bose-Einstein, superkonduktor, superfluida), Konduksi listrik, semikonduktor, Magnetisme, Pengorganisasian sendiri, Spin, Pemecahan simetri spontan
Fisika terapan Fisika akselerator, Akustik, Agrofisika, Biofisika, Kimia fisika, Fisika komunikasi, Ekonofisika, Fisika rekayasa, Dinamika fluida, Geofisika, Fisika laser, Ilmu material, Fisika medis, Nanoteknologi, Optik, Optoelektronik, Fotonika, Fotovoltaik, Fisika komputasi, Fisika plasma, Fisika fasa-padat, Kimia kuantum, Elektronika kuantum, Dinamika kendaraan

Fisika partikel

Artikel utama: Fisika partikel dan Fisika nuklir
 
Peristiwa yang disimulasi pada detektor CMS di Penumbuk Hadron Raksasa, memungkinkan munculnya Higgs boson.

Fisika partikel adalah studi mengenai konstituen pembentuk materi dan energi dan interaksi di antara mereka.[32] Selain itu, fisikawan partikel juga mendesain dan mengembangkan akselerator energi tinggi,[33] detektor,[34] dan program komputer[35] yang diperlukan dalam penelitian ini. Cabang ini juga dikenal sebagai "fisika energi-tinggi" karena banyak partikel elementer tidak muncul secara alami namun hanya bisa dibuat ketika partikel saling bertabrakan dengan energi tinggi.[36]

Saat ini, interaksi antara partikel elementer dan medan dijelaskan oleh Model Standar.[37] Model ini mencakup 12 partikel materi yang diketahui (kuark dan lepton) yang berinteraksi melalui gaya fundamental kuat, lemah, dan elektromagnetik.[37] Dinamika dijelaskan dalam hal partikel materi bertukar gauge boson (gluon, boson W dan Z, dan foton, berurutan).[38] Model Standar juga memprediksi sebuah partikel yang dikenal sebagai Higgs boson.[37] Bulan Juli 2012 CERN, laboratorium Eropa untuk fisika partikel, mengumumkan bahwa mereka mendeteksi sebuah partikel yang konsisten dengan Higgs boson,[39] bagian integral dari mekanisme Higgs.

Fisika nuklir adalah cabang fisika yang mempelajari pembentuk dan interaksi nukleus atom. Aplikasi paling terkenal dari fisika nuklir adalah pembangkit listrik daya nuklir dan teknologi senjata nuklir, tetapi penelitiannya telah juga diaplikasikan di banyak bidang, seperti nuklir medis dan magnetic resonance imaging, implantasi ion dalam teknik material, dan penanggalan radiokarbon pada geologi dan arkeologi.

Fisika atomik, molekul, dan optik

Artikel utama: Fisika atomik, molekul, dan optik

Fisika atomik, molekul, dan optik mempelajari interaksi materi-materi dan materi-cahaya pada skala atom dan molekul tunggal. 3 bidang ini dikelompokkan menjadi satu karena antarhubungannya, kemiripan metode yang digunakan, dan skala energi yang relevan. Ketiga bidang ini tercakup di fisika klasik, semi-klasik, dan kuantum; dapat diperlakukan dari sudut pandang mikroskopik.

Fisika atom mempelajari atom. Penelitian saat ini berfokus pada kontrol kuantum, pendinginan, dan penangkapan atom dan ion,[40][41][42] dinamika tabrakan suhu-rendah dan efek korelasi elektron pada struktur dan dinamika. Nukleus atom dipengaruhi oleh nukleus (cth. hyperfine splitting), tetapi fenomena antar-nuklir seperti fisi nuklir dan fusi nuklir dianggap sebagai bagian dari fisika energi tinggi.

Fisika molekul berfokus pada struktur multi atom dan interaksi dalam dan luar dengan materi dan cahaya. Fisika optik beda dengan optik dalam hal kecenderungan untuk berfokus bukan pada kontrol cahaya oleh benda makroskopik namun pada properti dasar medan optik dan interaksinya dengan materi pada skala mikroskopik.

Fisika zat terkondensasi

Artikel utama: Fisika zat terkondensasi
 
Data distribusi-kecepatan dari atom gas rubidium, mengkonfirmasi penemuan fasa materi baru, kondensat Bose–Einstein

Fisika zat terkondensasi adalah bidang fisika yang mempelajari properti fisik materi berukuran makroskopik.[43] Secara khusus, ia berkutat pada fasa terkondensasi yang muncul apabila jumlah partikel dalam sistem sangat besar dan interaksi di antara mereka kuat.[19]

Salah satu contoh paling mudah dari fasa terkondensasi adalah padat dan cairan, yang muncul dari ikatan gaya elektromagnetik antar atom.[44] Fasa terkondensasi lain diantaranya superfluida[45] dan kondensat Bose–Einstein[46] yang ditemukan pada sistem atomik tertentu pada temperatur sangat rendah, fasa superkonduktivitas yang ditunjukkan oleh elektron konduksi pada material tertentu,[47] and fasa feromagnetik dan antiferomagnetik dari spin pada struktur kristal.[48]

Fisika zat terkondensasi adalah bidang fisika kontemporer terbesar. Dari sejarahnya, fisika zat terkondensasi muncul dari fisika keadaan padat namun saat ini dianggap sebagai subbidang.[49] Istilah fisika zat terkondensasi dicetuskan oleh Philip Anderson ketika ia menamai ulang penelitiannya pada tahun 1967.[50] Tahun 1978, Divisi Fisika Fasa Padat di Perkumpulan Fisika Amerika diubah namanya menjadi Divisi Zat Terkondensasi.[49] Fisika zat terkondensasi sering kali beririsan dengan kimia, ilmu material, nanoteknologi dan rekayasa.[19]

Lihat pula

Catatan

  1. ^ Kalkulus dikembangkan terpisah pada waktu yang sama oleh Gottfried Wilhelm Leibniz; pada waktu itu Leibniz adalah orang pertama yang mempublikasikan karyanya dan mengembangkan banyak notasi yang digunakan di kalkulus sampai saat ini, sedangkan Newton adalah orang pertama yang mengembangkan kalkulus dan mengaplikasikannya dalam problem-problem fisika. Lihat juga kontroversi kalkulus Leibniz–Newton

Referensi

  1. ^ Krupp 2003
  2. ^ Aaboe 1991
  3. ^ Clagett 1995
  4. ^ Thurston 1994
  5. ^ Singer 2008, hlm. 35
  6. ^ Lloyd 1970, hlm. 108–109
  7. ^ Gill, N.S. "Atomism - Pre-Socratic Philosophy of Atomism". About Education. Diakses tanggal 2014-04-01. 
  8. ^ Howard & Rogers 1995, hlm. 6-7
  9. ^ Ben-Chaim 2004
  10. ^ Guicciardini 1999
  11. ^ Allen 1997
  12. ^ "The Industrial Revolution". Schoolscience.org, Institute of Physics. Diakses tanggal 2014-04-01. 
  13. ^ O'Connor & Robertson 1996a
  14. ^ a b O'Connor & Robertson 1996b
  15. ^ DONUT 2001
  16. ^ Cho 2012
  17. ^ Womersley, J. (2005). "Beyond the Standard Model" (PDF). Symmetry. 2 (1): 22–25. 
  18. ^ Leggett, A. J. (2006). "What DO we know about high Tc?" (PDF). Nature Physics. 2 (3): 134–136. Bibcode:2006NatPh...2..134L. doi:10.1038/nphys254. 
  19. ^ a b c Cohen 2008
  20. ^ Wolf, S. A.; Chtchelkanova, A. Y.; Treger, D. M. (2006). "Spintronics—A retrospective and perspective". IBM Journal of Research and Development. 50: 101. doi:10.1147/rd.501.0101. 
  21. ^ Gibney, E. (2015). "LHC 2.0: A new view of the Universe". Nature. 519 (7542): 142–143. Bibcode:2015Natur.519..142G. doi:10.1038/519142a. 
  22. ^ National Research Council & Committee on Technology for Future Naval Forces 1997, hlm. 161
  23. ^ Kellert 1993, hlm. 32
  24. ^ Eames, I.; Flor, J. B. (2011). "New developments in understanding interfacial processes in turbulent flows". Philosophical Transactions of the Royal Society A. 369 (1937): 702–705. Bibcode:2011RSPTA.369..702E. doi:10.1098/rsta.2010.0332. Richard Feynman said that 'Turbulence is the most important unsolved problem of classical physics' 
  25. ^ See the work of Ilya Prigogine, on 'systems far from equilibrium', and others, e.g., National Research Council; Board on Physics and Astronomy; Committee on CMMP 2010 (2010). "What happens far from equilibrium and why". Condensed-Matter and Materials Physics: the science of the world around us. 2007. National Academies Press. hlm. 91–110. arXiv:1009.4874  . doi:10.17226/11967. ISBN 978-0-309-10969-7. 
  26. ^ Goldstein 1969
  27. ^ "acoustics". Encyclopædia Britannica. Diakses tanggal 14 June 2013. 
  28. ^ "Bioacoustics – the International Journal of Animal Sound and its Recording". Taylor & Francis. Diakses tanggal 31 July 2012. 
  29. ^ "Acoustics and You (A Career in Acoustics?)". Acoustical Society of America. Diakses tanggal 21 May 2013. 
  30. ^ Tipler & Llewellyn 2003, hlm. 269, 477, 561
  31. ^ Tipler & Llewellyn 2003, hlm. 1–4, 115, 185–187
  32. ^ "Division of Particles & Fields". American Physical Society. Diakses tanggal 18 October 2012. 
  33. ^ Halpern 2010
  34. ^ Grupen 1999
  35. ^ Walsh 2012
  36. ^ "High Energy Particle Physics Group". Institute of Physics. Diakses tanggal 18 October 2012. 
  37. ^ a b c Oerter 2006
  38. ^ Gribbin, Gribbin & Gribbin 1998
  39. ^ "CERN experiments observe particle consistent with long-sought Higgs boson". CERN. 4 July 2012. Diakses tanggal 18 October 2012. 
  40. ^ For example, AMO research groups at "MIT AMO Group". Diakses tanggal 21 February 2014. 
  41. ^ "Korea University, Physics AMO Group". Diakses tanggal 21 February 2014. 
  42. ^ "Aarhus Universitet, AMO Group". Diakses tanggal 21 February 2014. 
  43. ^ Taylor & Heinonen 2002
  44. ^ Moore 2011, hlm. 255–258
  45. ^ Leggett 1999
  46. ^ Levy 2001
  47. ^ Stajic, Coontz & Osborne 2011
  48. ^ Mattis 2006
  49. ^ a b "History of Condensed Matter Physics". American Physical Society. Diakses tanggal 31 March 2014. 
  50. ^ "Philip Anderson". Princeton University, Department of Physics. Diakses tanggal 15 October 2012. 

Sumber

Pranala luar

 
Wikibooks memiliki buku di:
 
Wikibooks
Buku pelajaran Wikibooks memiliki materi mengenai:
 
Wikibooks
Buku pelajaran Wikibooks memiliki materi mengenai:
 
Wikibooks
Buku pelajaran Wikibooks memiliki materi mengenai:
Diperoleh dari "https://wiki-indonesia.club/w/index.php?title=Fisika&oldid=17468870"