Fisika adalah ilmu yang mempelajari sifat-sifat dan fenomena alam semesta, mulai dari partikel subatomik hingga galaksi yang sangat besar. D...
Fisika adalah ilmu yang mempelajari sifat-sifat dan fenomena alam semesta, mulai dari partikel subatomik hingga galaksi yang sangat besar. Dalam memahami alam semesta, para fisikawan telah mengembangkan berbagai teori yang membantu menjelaskan berbagai fenomena fisik. Teori-teori ini tidak hanya memberikan kerangka kerja konseptual untuk memahami alam, tetapi juga telah membawa revolusi dalam teknologi dan kehidupan sehari-hari. Artikel ini akan membahas berbagai teori fisika utama yang telah dikembangkan, mulai dari mekanika klasik hingga teori kuantum, relativitas, dan kosmologi.
Mekanika Klasik
Mekanika klasik adalah cabang fisika yang mempelajari gerak benda dan gaya yang bekerja pada benda tersebut. Teori ini dikembangkan oleh Sir Isaac Newton pada abad ke-17 dan menjadi dasar bagi banyak konsep dalam fisika.Hukum Newton
Hukum Pertama Newton: Sebuah benda akan tetap dalam keadaan diam atau bergerak lurus beraturan kecuali ada gaya luar yang bekerja pada benda tersebut.
Hukum Kedua Newton: Percepatan sebuah benda berbanding lurus dengan gaya yang bekerja padanya dan berbanding terbalik dengan massanya (F = ma).
Hukum Ketiga Newton: Untuk setiap aksi, ada reaksi yang sama besar dan berlawanan arah.
Mekanika Lagrangian dan Hamiltonian
Lagrangian: Diperkenalkan oleh Joseph-Louis Lagrange, pendekatan ini menggunakan konsep energi kinetik dan energi potensial untuk mendeskripsikan gerak benda.
Hamiltonian: Diperkenalkan oleh William Rowan Hamilton, ini adalah pendekatan lain yang menggunakan energi total sistem untuk mendeskripsikan dinamika.
Elektromagnetisme
Elektromagnetisme adalah cabang fisika yang mempelajari medan listrik dan magnet, serta interaksi antara partikel bermuatan. Teori ini pertama kali dirumuskan secara lengkap oleh James Clerk Maxwell pada abad ke-19.
Hukum Maxwell
Hukum-hukum ini terdiri dari empat persamaan diferensial yang mendeskripsikan bagaimana medan listrik dan medan magnet dihasilkan oleh muatan dan arus listrik, serta bagaimana keduanya saling berinteraksi.
Hukum Gauss: Menjelaskan bagaimana medan listrik berhubungan dengan distribusi muatan listrik.
Hukum Faraday: Menjelaskan bagaimana medan magnet yang berubah waktu dapat menghasilkan medan listrik.
Hukum Ampere-Maxwell: Menjelaskan bagaimana arus listrik dan medan listrik yang berubah waktu dapat menghasilkan medan magnet.
Hukum Gauss untuk Magnetisme: Menyatakan bahwa tidak ada monopole magnet, medan magnet selalu dihasilkan oleh dipol.
Teori Elektromagnetik Maxwell
Menggabungkan hukum-hukum ini, Maxwell berhasil menunjukkan bahwa cahaya adalah gelombang elektromagnetik yang merambat melalui ruang.
Teori Relativitas
Teori relativitas dikembangkan oleh Albert Einstein pada awal abad ke-20 dan mengubah pemahaman kita tentang ruang dan waktu.
Relativitas Khusus
Diperkenalkan pada tahun 1905, teori ini menyatakan bahwa hukum-hukum fisika adalah sama untuk semua pengamat yang bergerak dengan kecepatan konstan relatif terhadap satu sama lain.
E = mc²: Persamaan terkenal ini menyatakan bahwa energi (E) dan massa (m) adalah ekuivalen, dengan c adalah kecepatan cahaya dalam vakum.
Relativitas khusus juga memperkenalkan konsep waktu relativistik, di mana waktu bisa melambat atau mempercepat tergantung pada kecepatan pengamat relatif terhadap kecepatan cahaya.
Relativitas Umum: Diperkenalkan pada tahun 1915, teori ini memperluas relativitas khusus untuk memasukkan gravitasi sebagai kelengkungan ruang-waktu.
Objek yang bermassa menyebabkan ruang-waktu melengkung, dan kelengkungan ini mempengaruhi jalur gerak objek lain, yang kita amati sebagai gravitasi.
Mekanika Kuantum
Mekanika kuantum adalah cabang fisika yang mempelajari fenomena pada skala sangat kecil, seperti partikel subatomik. Teori ini mulai berkembang pada awal abad ke-20 dan memberikan pandangan yang sangat berbeda tentang alam semesta dibandingkan dengan fisika klasik.
Prinsip Ketidakpastian Heisenberg: Diperkenalkan oleh Werner Heisenberg, prinsip ini menyatakan bahwa tidak mungkin untuk mengetahui secara tepat posisi dan momentum partikel secara bersamaan. Semakin akurat kita mengetahui salah satu, semakin tidak akurat kita mengetahui yang lainnya.
Fungsi Gelombang Schrödinger: Diperkenalkan oleh Erwin Schrödinger, persamaan Schrödinger mendeskripsikan bagaimana fungsi gelombang, yang berisi informasi tentang probabilitas menemukan partikel di tempat tertentu, berubah dari waktu ke waktu.
Teori Medan Kuantum: Menggabungkan mekanika kuantum dengan teori relativitas khusus, teori medan kuantum mendeskripsikan interaksi antara partikel melalui pertukaran kuanta dari medan dasar seperti foton dalam medan elektromagnetik.
Termodinamika dan Fisika Statistik
Termodinamika adalah cabang fisika yang mempelajari energi, panas, dan kerja, serta bagaimana mereka berinteraksi dalam sistem fisik. Fisika statistik berhubungan dengan termodinamika tetapi lebih fokus pada sifat mikroskopik partikel.
Hukum Termodinamika
Hukum Pertama: Energi total dalam sistem terisolasi adalah konstan (hukum kekekalan energi).
Hukum Kedua: Entropi sistem terisolasi selalu meningkat seiring waktu.
Hukum Ketiga: Saat suhu mendekati nol absolut, entropi sistem mendekati nilai minimum yang konstan.
Distribusi Boltzmann: Diperkenalkan oleh Ludwig Boltzmann, ini adalah teori statistik yang mendeskripsikan distribusi energi partikel dalam suatu gas dalam kesetimbangan termal.
Teori Fisika Modern Lainnya
Teori Medan Kuantum (QFT): QFT adalah kerangka kerja untuk membangun teori kuantum yang menggabungkan mekanika kuantum dengan relativitas khusus. Teori ini digunakan untuk mendeskripsikan partikel elementer dan interaksi mereka.
Model Standar: Model Standar adalah teori yang mendeskripsikan tiga dari empat gaya fundamental dalam alam semesta (elektromagnetisme, gaya nuklir lemah, dan gaya nuklir kuat) serta partikel elementer.
Teori String: Teori string adalah teori hipotetis yang menyatakan bahwa partikel dasar sebenarnya adalah "string" satu dimensi yang bergetar. Teori ini berusaha untuk menyatukan semua gaya fundamental dalam satu kerangka kerja tunggal.
Gravitasi Kuantum: Gravitasi kuantum adalah upaya untuk mengembangkan teori yang menggabungkan mekanika kuantum dengan relativitas umum. Salah satu pendekatan yang paling terkenal adalah teori Loop Quantum Gravity (LQG).
Kesimpulan
Fisika adalah ilmu yang luas dan kompleks, dengan berbagai teori yang menjelaskan fenomena alam dari berbagai skala, mulai dari partikel subatomik hingga alam semesta yang sangat besar. Mekanika klasik, elektromagnetisme, teori relativitas, mekanika kuantum, termodinamika, dan fisika statistik adalah beberapa cabang utama dalam fisika yang telah mengubah pemahaman kita tentang alam semesta. Selain itu, teori modern seperti teori medan kuantum, model standar, teori string, dan gravitasi kuantum terus berkembang dan menawarkan wawasan baru tentang sifat dasar realitas. Melalui penelitian dan eksperimen yang terus berlanjut, para fisikawan berusaha untuk mengungkap lebih banyak rahasia alam semesta dan menjawab pertanyaan-pertanyaan mendalam tentang bagaimana alam semesta berfungsi.
Credit :
Penulis : Narisha A
Gambar Ilustras :Canva
Komentar