Penemuan Ilmuan Muslim dalam Bidang Fisika

1.        Kamera Obscura

Dalam setiap momen penting, tentunya setiap manusia ada keinginan untuk mengabadikannya dalam pengabadian itu diperlukan sebuah alat yang dinamakan kamera. Lewat jepretan dan bidikan kamera, manusia bisa merekam dan mengabadikan beragam bentuk gambar mulai dari sel manusia hingga galaksi diluar angkasa.

Jauh sebelum barat menemukan kamera, prinsip-prinsip dasar pembuatan kamera telah dicetuskan seorang sarjana Muslim sekitar 1000 tahun silam. Peletak prinsip kerja itu adalah seorang saintis legendarix Muslim bernama Ibnu Al Haitham. Pada akhir abad ke-10 M, Al-Haitham menemukan sebuah kamera obscura. Dia adalah seorang bapak fisika modern yang lahir di kota Basrah, Persia. Penemuan kamera ini merupakan salah satu penemuan di bidang fisika.

Penemuan yang sangat inspiratif ini berhasil dilakukan Al-Haitham bersama Kamaluddin Al-Farisi. Keduanya berhasil meneliti dan merekam fenomena kamera obscura. Penemuan itu berawal ketika keduanya mempelajari gerhana matahari. Untuk mempelajari penomena gerhana, Al-Haitham membuat lubang kecil pada dinding yang memungkinkan citra matahari semi nyata diproyeksikan melalui permukaan datar. Kajian ilmu optik berupa kamera obscura itulah yang mendasari kinerja kamera yang saat ini digunakan umat manusia.

Dunia mengenal Al-Haitham sebagai perintis di bidang optik yang terkenal lewat bukunya bertajuk Kitab al-Manazir (Buku Optik). Untuk membuktikan teori-teori dalam bukunya itu, sang fisikawan Muslim itu lalu menyusun Al-Bayt Al-Muzlim atau lebih dikenal dengan sebutan kamera obscura atau kamar gelap. Istilah kamera obscura yang ditemukan Al-Haitham pun diperkenalkan di Barat sekitar abad kw-16 M. Lima abad setelah penemuan kamera obscura. Cardano Geronimo (1501-1576) terpengaruh oleh pemikiran Al-Haitham, mulai mengganti lobang bidik lensa (camera) Al-Haitham selama hidupnya telah menulis lebih dari 200 karya ilmiah semua didedikasikan untuk kemajuan peradaban manusia.

Keberhasilan Al-Haitham yang fenomenal lainnya adalah kemampuannya menggambarkan indra penglihatan manusia secara detail. “Bapak Optik” dunia julukan untuk Al-Haitham mampu memecahkan rekor sebagai orang pertama yang mampu menggambarkan seluruh detail bagian indra penglihatan manusia. Ia juga mampu menjelaskan secara ilmiah proses bagaimana manusia bisa melihat.

Teori yang dilahirkannya juga mampu mematahkan teori penglihatan yang diajukan dua ilmuwan Yunani, Ptolemy dan Euclid. Kedua ilmuwan ini menyatakan bahwa manusia bisa melihat karena ada cahaya keluar dari mata yang mengenai objek. Berbeda dengan keduanya, Al-Haitham mengoreksi teori ini dengan menyatakan bahwa justru objek yang dilihatlah yang memantulkan cahaya yang kemudian ditangkap mata sehingga bisa terlihat.

Dalam buku lainnya yang diterjemahkan dalam bahasa Inggris berjudul light and On Twilight Phenomena, Al-Haitham membahas mengenai senja dan lingkaran cahaya di sekitar bulan dan matahari serta bayang-bayang gerhana. Ia juga mencetuskan teori lensa pembesar. Teori itu digunakan oleh para saintis Italia untuk menghasilkan kaca pembesar pertama di dunia. Karya fenomenal berupa kitab yang bertajuk Al-Manazhir sudah tidak diketahui keberadaanya. Orang hanya bisa mempelajari terjemahannya dalam bahasa Latin.

2.       Optik

Ibnu Haytham atau Alhazen, begitu orang barat menyebutnya, dunia memberinya gelar kehormatan sebagai Bapak Optik. Bernama lengkap Abu Ali Muhammad ibnu Al-Hasan Ibnu Al-Haytham. Ia merupakan sarjana muslim terkemuka yang lahir di Basrah, Irak pada 965 M. Penelitiannya tentang cahaya memberikan ilham kepada ahli sains Barat seperti Boger, Bacon, dan Kepler yang menciptakan mikroskop serta teleskop. Dialah orang pertama yang menulis dan menemukan berbagai data penting mengenai cahaya. Konon, dia menulis tak kurang dari 200 judul buku.

Dalam karya monumentalnya, Kitab Al-Manadhir, teori optik pertama kali dijelaskan. Hingga 500 tahun kemudian, teori Ibnu Haytham dikutip banyak ilmuwan. Tak banyak orang yang tau bahwa orang yang pertama yang menjelaskan soal mekanisme penglihatan pada manusia (yang menjadi dasar teori optik modern) adalah ilmuwan Muslim asal irak tersebut. Selama lebih dari 500 tahun, kitab Al-Manadhir terus bertahan sebagai buku paling penting dalam ilmu optik.

Pada 1572, karya Ibnu Haytham ini diterjemahkan ke dalam bahasa Latin dengan judul Optice Thesaurus. Haytham juga mencatatkan namanya sebagai orang pertama yang menggambarkan seluruh detail bagian indra penglihatan manusia. Ia memberikan penjelasan yang ilmiah tentang bagaimana proses manusia bisa melihat. Salah satu teorinya yang terkenal adalah ketika ia membantahkan teori penglihatan yang diajukan dua ilmuwan Yunani, Ptolemy dan Euclid. Sayangnya hanya sedikit yang tersisa. Bahkan karya monumentalnya, Kitab Al-Manadhir, tidak diketahui lagi keberadaannya. Orang hanya bisa mempelajari terjemahannya yang ditulis dalam bahasa Latin. Buku yang diterjemahkan ke dalam bahasa Latin ini juga yang menyebabkan orang Muslim banyak yang tidak tau bahwa pertama kali pertama kali penemuan optik adalah dari ilmuwan Islam. Begitupun dengan umat Islam sendiri sekarang kurang peduli terhadap karya-karya ilmuwan Muslim terdahulu.

3.       Hukum Gravitsai Universal

Umumnya dunia mengenal penemu “hukum gravitasi universal” adalah Sir Isaac Newton (Principia, 1687) namun sebenarnya jauh sebelum Newton, ilmuwan Islam yang juga salah satu dari Banu Musa Bersaudara bernama Abu Ja’far Muhammad ibn Musa ibn Shakir yang hidup antara tahun 803-873 di Baghdad, Irak. Sudah menciptakan hipotesis akan adanya suatu daya tarik raksasa dalam pergerakan benda-benda luar angkasa.

Abu Ja’far Muhammad, yang memiliki keahlian khusus di bidang astronomi, teknik, geometri, dan fisika. Dalam Kitab al-Hiyal, memberikan penjelasan tentang gerakan bola. Dalam buku tersebut, dia juga menuliskan penemuannya tentang benda-benda langit yang menjadi subjek dalam hukum fisika bumi. Karya Abu Ja’far Muhammad lainnya adalah pembahasan tentang gerakan bintang dalam hukum tarik-menarik. Ia mengungkapkan adanya gaya tarik-menarik antara benda-benda langit. Hal ini membuktikan bahwa hukum grsvitasi Newton berlaku secara universal.

Lanjut Baca

Fisikawan Dunia

Aristoteles

Nyaris tak terbantahkan, Aristoteles seorang filosof dan ilmuwan terbesar dalam dunia masa lampau. Dia memelopori penyelidikan ihwal logika, memperkaya hampir tiap cabang falsafah dan memberi sumbangsih tak terperikan besarnya terhadap ilmu pengetahuan.

Banyak ide-ide Aristoteles kini sudah ketinggalan jaman. Tetapi yang paling penting dari apa yang pernah dilakukan Aristoteles adalah pendekatan rasional yang senantiasa melandasi karyanya. Tercermin dalam tulisantulisan Aristoteles sikapnya bahwa tiap segi kehidupan manusia atau masyarakat selalu terbuka untuk obyek pemikiran dan analisa. Pendapat Aristoteles, alam semesta tidaklah dikendalikan oleh serba kebetulan, oleh magi, oleh keinginan tak terjajaki kehendak dewa yang terduga, melainkan tingkah laku alam semesta itu tunduk pada hukum-hukum rasional. Kepercayaan ini menurut Aristoteles diperlukan bagi manusia untuk mempertanyakan tiap aspek dunia alamiah secara sistematis dan kita mesti memanfaatkan baik pengamatan empiris dan alasan-alasan yang logis sebelum mengambil keputusan. Rangkaian sikap-sikap ini –yang bertolak belakang dengan tradisi, takhyul dan mistik– telah mempengaruhi secara mendalam peradaban Eropa.

Albert Einstein

Albert Einstein, tak salah lagi, seorang ilmuwan terhebat abad ke-20. Cendekiawan tak ada tandingannya sepanjang jaman. Termasuk karena teori “relativitas”-nya. Sebenarnya teori ini merupakan dua teori yang bertautan satu sama lain: teori khusus “relativitas” yang dirumuskannya tahun 1905 dan teori umum “relativitas” yang dirumuskannya tahun 1915, lebih terkenal dengan hukum gaya berat Einstein. Kedua teori ini teramat rumitnya, karena itu bukan tempatnya di sini menjelaskan sebagaimana adanya, namun uraian ala kadarnya tentang soal relativitas khusus ada disinggung sedikit. Pepatah bilang, “semuanya adalah relatif.” Teori Einstein bukanlah sekedar mengunyah-ngunyah ungkapan yang nyaris menjemukan itu. Yang dimaksudkannya adalah suatu pendapat matematik yang pasti tentang kaidah-kaidah ilmiah yang sebetulnya relatif. Hakikatnya, penilaian subyektif terhadap waktu dan ruang tergantung pada si penganut. Sebelum Einstein, umumnya orang senantiasa percaya bahwa dibalik kesan subyektif terdapat ruang dan waktu yang absolut yang bisa diukur dengan peralatan secara obyektif. Teori Einstein menjungkir-balikkan secara revolusioner pemikiran ilmiah dengan cara menolak adanya sang waktu yang absolut.

Isaac Newton

Alam dan hukum alam tersembunyi di balik malam. Tuhan berkata, biarlah Newton ada! Dan semuanya akan terang benderang.

Isaac Newton, ilmuwan paling besar dan paling berpengaruh yang pernah hidup di dunia, lahir di Woolsthrope, Inggris, tepat pada hari Natal tahun 1642, bertepatan tahun dengan wafatnya Galileo. Seperti halnya Nabi Muhammad, dia lahir sesudah ayahnya meninggal. Di masa bocah dia sudah menunjukkan kecakapan yang nyata di bidang mekanika dan teramat cekatan menggunakan tangannya. Meskipun anak dengan otak cemerlang, di sekolah tampaknya ogah-ogahan dan tidak banyak menarik perhatian. Tatkala menginjak akil baliq, ibunya mengeluarkannya dari sekolah dengan harapan anaknya bisa jadi petani yang baik. Untungnya sang ibu bisa dibujuk, bahwa bakat utamanya tidak terletak di situ. Pada umurnya delapan belas dia masuk Universitas Cambridge. Di sinilah Newton secara kilat menyerap apa yang kemudian terkenal dengan ilmu pengetahuan dan matematika dan dengan cepat pula mulai melakukan penyelidikan sendiri. Antara usia dua puluh satu dan dua puluh tujuh tahun dia sudah meletakkan dasar-dasar teori ilmu pengetahuan yang pada gilirannya kemudian mengubah dunia.

Neils Bhor

Babi, kodok, trenggiling, manusia, semuanya punya bapak, resmi atau tidak resmi. Begitu juga teori struktur atom pun punya bapak. Dia itu Niels Henrik David Bohr yang lahir tahun 1885 di Kopenhagen. Di tahun 1911 dia raih gelar doktor fisika dari Universitas Copenhagen. Tak lama sesudah itu dia pergi ke Cambridge, Inggris. Di situ dia belajar di bawah asuhan J.J. Thompson, ilmuwan kenamaan yang menemukan elektron. Hanya dalam beberapa bulan sesudah itu Bohr pindah lagi ke Manchester, belajar pada Ernest Rutherford yang beberapa tahun sebelumnya menemukan nucleus (bagian inti) atom. Adalah Rutherford ini yang menegaskan (berbeda dengan pendapat-pendapat sebelumnya) bahwa atom umumnya kosong, dengan bagian pokok yang berat pada tengahnya dan elektron di bagian luarnya. Tak lama sesudah itu Bohr segera mengembangkan teorinya sendiri yang baru serta radikal tentang struktur atom.

Kertas kerja Bohr yang bagaikan membuai sejarah “On the Constitution of Atoms and Molecules,” diterbitkan dalam Philosophical Magazine tahun 1933.

Teori Bohr memperkenalkan atom sebagai sejenis miniatur planit mengitari matahari, dengan elektron-elektron mengelilingi orbitnya sekitar bagian pokok, tetapi dengan perbedaan yang sangat penting: bilamana hukum-hukum fisika klasik mengatakan tentang perputaran orbit dalam segala ukuran, Bohr membuktikan bahwa elektron-elektron dalam sebuah atom hanya dapat berputar dalam orbitnya dalam ukuran spesifik tertentu. Atau dalam kalimat rumusan lain: elektron-elektron yang mengitari bagian pokok berada pada tingkat energi (kulit) tertentu tanpa menyerap atau memancarkan energi. Elektron dapat berpindah dari lapisan dalam ke lapisan luar jika menyerap energi. Sebaliknya, elektron akan berpindah dari lapisan luar ke lapisan lebih dalam dengan memancarkan energi.

Teori Bohr memperkenalkan perbedaan radikal dengan gagasan teori klasik fisika. Beberapa ilmuwan yang penuh imajinasi (seperti Einstein) segera bergegas memuji kertas kerja Bohr sebagai suatu “masterpiece,” suatu kerja besar; meski begitu, banyak ilmuwan lainnya pada mulanya menganggap sepi kebenaran teori baru ini. Percobaan yang paling kritis adalah kemampuan teori Bohr menjelaskan spektrum dari hydrogen atom. Telah lama diketahui bahwa gas hydrogen jika dipanaskan pada tingkat kepanasan tinggi, akan mengeluarkan cahaya. Tetapi, cahaya ini tidaklah mencakup semua warna, tetapi hanya cahaya dari sesuatu frekuensi tertentu. Nilai terbesar dari teori Bohr tentang atom adalah berangkat dari hipotesa sederhana tetapi sanggup menjelaskan dengan ketetapan yang mengagumkan tentang gelombang panjang yang persis dari semua garis spektral (warna) yang dikeluarkan oleh hidrogen. Lebih jauh dari itu, teori Bohr memperkirakan adanya garis spektral tambahan, tidak terlihat pada saat sebelumnya, tetapi kemudian dipastikan oleh para pencoba. Sebagai tambahan, teori Bohr tentang struktur atom menyuguhkan penjelasan pertama yang jelas apa sebab atom punya ukuran seperti adanya. Ditilik dari semua kejadian yang meyakinkan ini, teori Bohr segera diterima, dan di tahun 1922 Bohr dapat,hadiah Nobel untuk bidang fisika.

 

John Dalton

John Dalton-lah ilmuwan Inggris yang di awal abad ke-19 mengedepankan hipotesa atom ke dalam kancah ilmu pengetahuan. Dengan perbuatan ini, dia menyuguhkan ide kunci yang memungkinkan kemajuan besar di bidang kimia sejak saat itu.

Supaya jelas, dia bukanlah orang pertama yang beranggapan bahwa semua obyek material terdiri dari sejumlah besar partikel yang teramat kecil dan tak terusakkan yang disebut atom. Pendapat ini sudah pernah diajukan oleh filosof Yunani kuno, Democritus (360-370 SM?), bahkan mungkin lebih dini lagi. Hipotesa itu diterima oleh Epicurus (filosof Yunani lainnya), dan dikedepankan secara brilian oleh penulis Romawi, Lucretius (meninggal tahun 55 SM), dalam dia punya syair yang masyhur “De rerum natura” (Tentang hakikat benda).

Teori Democritus (yang tidak diterima oleh Aristoteles) tidak diacuhkan orang selama Abad Pertengahan, dan punya sedikit pengaruh terhadap ilmu pengetahuan. Meski begitu, beberapa ilmuwan terkemuka dari abad ke-17 (termasuk Isaac Newton) mendukung pendapat serupa. Tetapi, tak ada teori atom dikemukakan ataupun digunakan dalam penyelidikan ilmiah. Dan lebih penting lagi, tak ada seorang pun yang melihat adanya hubungan antara spekulasi filosofis tentang atom dengan hal-hal nyata di bidang kimia.

Itulah keadaannya tatkala Dalton muncul. Dia menyuguhkan “teori kuantitatif” yang jelas dan jemih yang dapat digunakan dalam penafsiran percobaan kimia, dan dapat dicoba secara tepat di laboratorium.

Meskipun terminologinya agak sedikit berbeda dengan yang kita gunakan sekarang, Dalton dengan jelas mengemukakan konsep tentang atom, molekul, elemen dan campuran kimia. Dia perjelas itu bahwa meski jumlah total atom di dunia sangat banyak, tetapi jumlah dari pelbagai jenis yang berbeda agak kecil. (Buku aslinya mencatat 20 elemen atau kelompok atom; kini sedikit di atas 100 elemen sudah diketahui).

Meskipun perbedaan tipe atom berlainan beratnya, Dalton tetap berpendapat bahwa tiap dua atom dari kelompok serupa adalah sama dalam semua kualitasnya, termasuk “mass” (kuantitas material dalam suatu benda diukur dari daya tahan terhadap perubahan gerak). Dalton memasukkan di dalam bukunya satu daftar yang mencatat berat relatif dari pelbagai jenis atom yang berbeda-beda, daftar pertama yang pernah disiapkan orang dan merupakan kunci tiap teori kuantitatif atom.

Dalton juga menjelaskan dengan gamblang bahwa tiap dua molekul dari gabungan kimiawi yang sama terdiri dari kombinasi atom serupa. (Misalnya, tiap molekul “nitrous oxide” (N2O) terdiri dari dua atom nitrogen dan satu atom oxygen). Dari sini membentuk sesuatu gabungan kimiawi tertentu –tak peduli bagaimana bisa disiapkan atau di mana diperoleh– senantiasa terdiri dari elemen yang sama dalam proporsi berat yang sepenuhnya sama. Ini adalah “hukum proporsi pasti,” yang telah diketemukan secara eksperimentil oleh Joseph Louis Proust beberapa tahun lebih dulu.

Begitu meyakinkan cara Dalton menyuguhkan teori ini, sehingga dalam tempo dua puluh tahun dia sudah diterima oleh mayoritas ilmuwan. Lebih jauh dari itu, ahli-ahli kimia mengikuti program yang diusulkan oleh bukunya: tentukan secara persis berat relatif atom; analisa gabungan kimiawi dari beratnya; tentukan kombinasi yang tepat dari atom yang membentuk tiap kelompok molekul yang punya kesamaan ciri. Keberhasilan dari program ini sudah barang tentu luar biasa.

Adalah sulit menyatakan secara berlebihan arti penting dari hipotesa atom. Ini merupakan pendapat sentral dalam pengertian kita tentang bidang ilmu kimia. Tambahan lagi, ini merupakan pendahuluan esensial dari umumnya fisika modern. Hanya karena masalah peratoman sudah begitu sering dibicarakan sebelum Dalton sehingga dia tidak dapat tempat lebih tinggi dalam urutan daftar buku ini.

Tabel elemen dan kombinasinya dari John Dalton

Dalton dilahirkan tahun 1766 di desa Eaglesfield di Inggris Utara. Sekolah formalnya berakhir tatkala umurnya cuma baru tujuh tahun, dan dia hampir sepenuhnya belajar sendiri dalam ilmu pengetahuan. Dia seorang anak muda yang senantiasa memahami sesuatu lebih dulu dari rata-rata orang normal, dan ketika umurnya mencapai dua belas tahun dia sudah jadi guru. Dan dia menjadi guru atau pengajar pribadi hampir sepanjang hidupnya. Ketika umurnya meningkat lima belas tahun dia pindah ke kota Kendal, umur dua puluh enam ke Manchester dan menetap di situ hingga napas penghabisan keluar dari tenggorokannya tahun 1844. Mungkin perlu diketahui, dia tak pernah kawin.

Dalton menjadi tertarik dengan meteorologi di tahun 1787 tatkala umurnya dua puluh satu tahun. Enam tahun kemudian dia terbitkan buku tentang masalah itu. Penyelidikannya tentang udara dan atmosfir membangkitkan minatnya terhadap kualitas gas secara umum. Dengan melakukan serentetan percobaan, dia temukan dua hukum yang mengendalikan perilaku gas. Pertama, yang disuguhkan Dalton tahun 1801, menegaskan bahwa volume yang diisi gas adalah proporsiona1 dengan suhunya. (Ini umumnya dikenal dengan “hukum Charles” sesudah ilmuwan Perancis yang menemukannya beberapa tahun sebelum Dalton, tetapi gagal menerbitkan hasil penyelidikannya). Kedua, juga disuguhkan tahun 1801, dikenal dengan julukan “hukum Dalton” tentang tekanan bagian per bagian.

Menjelang tahun 1804, Dalton sudah merumuskan dia punya teori atom dan menyiapkan daftar berat atom. Tetapi, buku utamanya A New System of Chemical Philosophy baru terbit tahun 1808. Buku ini membuatnya termasyhur, dan dalam tahun-tahun berikutnya, bunga penghargaan ditabur orang di atas kepalanya.

Lanjut Baca