Ilmu berasal dari bahasa Arab: ‘alima, ya’lamu, ‘ilman, dengan wazan fa’ila, yaf’alu, yang berarti: mengerti, memahami benat-benar. Dalam bahasa Inggris disebut science; dari bahasa Latin scientia (pengetahuan). Sinonim yang paling dekat dengan bahasa Yunani adalah episteme. Jadi pengertian ilmu yang terdapat dalam kamus bahasa Indonesia adalah pengetahuan tentang suatu bidang yang disusun secara sistematis menurut metode-metode tertentu, yang dapat digunakan untuk menerangkan gejala-gejala tertentu di bidang pengetahuan itu. (Amsal Bakhtiar, 2004:12).
A. Thomson dalam Sidi Gazalba menggambarkan Ilmu adalah pelukisan fakta-fakta pengalaman secara lengkap
dan konsisten dalam istilah-istilah yang sesederhana mungkin, pelukisan secara lengkap dan konsisten itu melalui tahap pembentukan definisi, melakukan analisa, melakukan pengklasifikasian dan melakukan pengujian (Sidi Gazalba, 1973. hal 54-55). Menurut Ralph Ross dan Ernest Van Den Haag, ilmu adalah yang empiris, rasional, umum dan sistematik, dan keempatnya serentak. Sedangkan menurut Karl Pearson, ilmu adalah lukisan atau keterangan yang komprehensif dan konsisten tentang fakta pengalaman dengan istilah yang sederhana. Sehingga dengan demikian, ilmu adalah kumpulan pengetahuan secara holistik yang tersusun secara sistematis yang teruji secara rasional, terbukti empiris, bersifat universal, objektif, dapat diukur dan terbuka.
Adapun perbedaan antara ilmu dan pengetahuan, adalah bahwa ilmu bagian dari pengetahuan yang terklasifikasi, tersistem dan terukur serta dapat dibuktikan kebenarannya secara empiris. Ukuran kebenaran Ilmu adalah rasionalisme dan empirisme sehingga kebenaran ilmu bersifat Rasional dan Empiris. Pengetahuan adalah keseluruhan pengetahuan yang belum tersusun, baik mengenai metafisik maupun fisik. Dapat juga dikatakan pengetahuan adalah informasi yang berupa common sense, sedangkan ilmu sudah merupakan bagian yang lebih tinggi dari itu karena memiliki metode dan mekanisme tertentu. Menurut Anna Poedjiadi (2001: 20), pengetahuan ilmiah adalah pengetahuan yang diperoleh seseorang secara logis, sistematik, melalui penelitian dengan metode ilmiah yang hasilnya dapat dipertanggungjawabkan. Pengetahuan ilmiah ini disebut ilmu atau sains.
Struktur adalah cara bagaimana sesuatu disusun atau dibangun; susunan; bangunan. Van Peursen menggambarkan bahwa Ilmu itu bagaikan bangunan yang tersusun dari batu bata. Batu atau unsur dasar tersebut tidak pernah langsung di dapat di alam sekitar. Lewat observasi ilmiah batu-batu sudah dikerjakan sehingga dapat dipakai kemudian digolongkan menurut kelompok tertentu sehingga dapat dipergunakan. Upaya ini tidak dilakukan dengan sewenang-wenang, melainkan merupakan hasil petunjuk yang menyertai susunan limas ilmu yang menyeluruh akan makin jelas bahwa teori secara berbeda-beda meresap sampai dasar ilmu.
Jujun Suriasumantri menyampaikan bahwa ilmu memiliki bangun struktur Menurut Jujun Suriasumantri ilmu dapat dianggap sebagai suatu sistem yang menghasilkan kebenaran. Ilmu juga mempunyai komponen-komponen yang berhubungan satu sama lain. Komponen dari sistem ilmu adalah : (1) perumusan masalah (2) pengamatan dan deskripsi (3) penjelasan; (4) ramalan dan kontrol (1981, hal 110-128). Sehingga dapat disimpulkan bahwa struktur ilmu adalah cara bagaimana kumpulan pengetahuan disusun secara sistematis, di uji secara rasional, terbukti empiris, yang akan menghasilkan kebenaran.
Tujuan ilmu pengetahuan, menurut James Mannoia (1980), adalah untuk menghasilkan generalisasi konseptual tentang pengalaman empiris. Sedangkan Fungsi ilmu/pengetahuan ilmiah adalah : (1). Menjelaskan (2). Meramal (3). Mengontrol
Sebagai contoh: Pengetahuan tentang kaitan antara hutan gundul dengan banjir memungkinkan kita untuk bisa meramalkan apa yang akan terjadi sekiranya hutan-hutan terus ditebang sampai tidak tumbuh lagi. sekiranya kita tidak menginginkan timbulnya banjir sebagaimana diramalkan oleh penjelasan tadi maka kita harus melakukan kontrol agar hutan tidak dibiarkan menjadi gundul. Demikian juga, jka kita mengetahui bahwa hutan-hutan tidak ditebang sekiranya ada pengawasan, maka untuk mencegah banjir kita harus melakukan kontrol agar kegiatan pengawasan dilakukan, agar dengan demikian hutan dibiarkan tumbuh subur dan tidak mengakibatkan banjir.
Perumusan masalah
Cara untuk menemukan dan merumuskan masalah adalah membangkitkan rasa kepekaan kita terhadap kesulitan tertentu yang diketahuinya. Ciri masalah keilmuan adalah 1). Masalah itu penting karena pemecahannya berguna. (2). Masalah harus tepat agar dapat tepat memilih fakta untuk penyelesaiannya (3). Masalah mesti dijawab dengan jelas dan dapat dijawab lewat penelaahan keilmuan.
Jika masalah dirumuskan dengan baik, hasil perumusan biasanya disebut hipotesis. Hipotesis adalah sebuah pernyataan yang dapat diuji tentang hubungan-hubungan sesuatu yang diselidiki yang mempunyai konsekuensi yang dapat kita jabarkan secara deduktif.
Pengamatan dan deskripsi
Klasifikasi, pemberian nama dan penataan sifat-sifat tertentu merupakan bagian dari pengamatan dan deskripsi. Pemeriksaan masalah untuk memungkinkan pengumpulan data dengan meninjau kepustakaan tentang apa yang telah di lakukan orang lain dimasa lalu. Selain itu pengamatan juga membutuhkan pengukuran dan teknologi.
Penjelasan
Penjelasan dalam ilmu pada dasarnya adalah menjawab pertanyaan “mengapa”. Terdapat empat cara berbeda untuk menjawab pertanyaan berbeda dalam menjawab mengapa. Empat tipe penjelasan tersebut yaitu:
1. Deduktif
Mempergunakan cara berpikir deduktif dalam menjelaskan suatu gejala dengan menarik kesimpulan secara logis dari premis-premis yang telah ditetapkan sebelumnya.
2. Probabilitas
Penjelasan yang ditarik secara induktif dari sejumlah kasus yang dengan demikian tidak memberi kepastian dimana penjelasan bersifat peluang seperti “kemungkinan”, “kemungkinan besar”, atau “hampir dapat dipastikan”.
3. Fungsional/teleologis
Penjelasan yang meletakkan sebuah unsur dalam kaitannya dengan sistem secara keseluruhan yang mempunyai karakteristik atau arah pekembangan tertentu.
4. Genetik
Mempergunakan faktor-faktor yang timbul sebelumnya dengan menjelaskan gejala yang muncul kemudian.
Ramalan
Keragaman ilmu menyebabkan beberapa cara dalam mengemukakan ramalan dan kontrol yang disebakan masalah dan penjelasan masing-masing berbeda. Macam-macam ramalan tersebut antara lain (1) Hukum (2) proyeksi (3) Struktur (4) Institusional (5)Masalah (6) tahap (7) Utopia. Menurut James Mannoia (1980) terdapat perbedaan ramalan dan penjelasan yakni terletak pada tujuan dan prospek.
Perbedaan Logika Tujuan Prospek
Ramalan Deduktiv
(umum ke khusus) Membuat
Teori Teory selanjutnya Percobaan
(Umum) (Khusus)
Penjelasan Deduktiv
(umum ke khusus) Menggunakan
Teori Pertanyaan ke Jawaban
(khusus) (umum)
Menurut James Mannoia (1980) ada dua pendekatan umum bagaimana seseorang dapat memilah-milah arti dari istilah-istilah seperti teori, hipotesis, hukum, dan formula. Pendekatan tersebut adalah (1) Tingkat konfirmasi. (2) Tingkat pengamatan tertentu. Ketika, dalam melakukan ilmu pengetahuan, seorang ilmuwan menemukan apa yang mungkin menjadi jawaban atas masalahnya, jawaban sebagai percobaan dapat disebut sebagai hipotesis. Setelah jumlah yang masuk akal dari pengujian dan konfirmasi sukses, hipotesis itu dapat ''lulus" ke status teori. Akhirnya, setelah bertahun-tahun konsisten konfirmasi, ini mungkin disebut sebagai hukum. Sistem ini tampak sesuai seperti contoh-contoh tersebut sangat baik dikonfirmasi sebagai Hukum Gravitasi atau Hukum Snellius Pembiasan dan kurang dikonfirmasi Teori Relativitas.
Skema struktur dan proses pengetahuan ilmiah :
1. Teori
Teori merupakan pengetahuan ilmiah yang mencakup penjelasan menjadi suatu faktor tertentu dari sebuah disiplin keilmuan. Misalnya : teori ekonomi makro, teori ekonomi mikro, teori mekanika Newton, teori relativitas Einstein
Teori dapat disebut juga ide-ide yang paling umum, karena mereka "menjelaskan" berbagai fenomena yang tampaknya berbeda. Teori gravitasi Newton tidak hanya menjelaskan dampak dari bumi di dekat objek itu (seperti ditentukan sebagian oleh hukum gerak) tetapi juga efek dari semua benda-benda langit pada satu sama lain dan di bumi. Teori kemudian dapat dipahami mengandung sekelompok hukum terhubung ke satu sama lain dalam kerangka kerja. Tujuan akhir disiplin keilmuan adalah mengembangkan sebuah teori keilmuan yang bersifat utuh dan konsisten.
2. Hukum
Hukum pada hakekatnya merupakan pernyataan yang menyatakan hubungan antara dua variable atau lebih dalam suatu kaitan sebab akibat. Misalnya : teori ekonomi mikro terdiri dari hukum penawaran dan permintaan. Maka dapat disimpulkan bahwa : Teori adalah pengetahuan ilmiah yang memberikan penjelasan tentang mengapa suatu gejala-gejala terjadi sedangkan hukum adalah memberikan kemampuan kepada kita untuk meramalkan tentang “apa” yang mungkin terjadi. Dimana Teori dan Hukum merupakan “alat” kontrol gejala alam yang bersifat universal.
Teori-teori yang tingkat keumumannya rendah disatukan menjadi satu teori yang mampu mengikat keseluruhan teori-teori tersebut. Misalnya Teori yang dikemukakan oleh Ptolomeus, Copernicus, Johannes Keppler kemudian disatukan kedalam sebuah teori yang dikemukakan oleh Newton.
Ilmu teoritis terdiri dari sebuah sistem pernyataan. Dimana beberapa ilmu teoritis ini disatukan dalam sebuah konsep dan dinyatakan dalam sebuah teori. Makin tinggi tingkat keumuman suatu konsep maka makin “teoritis” konsep tersebut. Makin teoritis suatu konsep maka makin jauh pernyataan yang dikandungnya bila dikaitkan dengan gejala-gejala fisik yang tampak nyata.
Kegunaan praktis dari sebuah konsep yang bersifat teoritis baru dapat dikembangkan sekiranya konsep yang bersifat mendasar tersebut diterapkan pada masalah-masalah yang bersifat praktis. Sehingga kita sering mendengar konsep dasar dan konsep terapan yang diwujudkan dalam bentuk ilmu dasar/murni dan ilmu terapan serta penelitian dasar dan penelitian terapan.
3. Ragam Proposisi
Berbagai keterangan mengenai obyek sebenarnya itu dituangkan dalam pernyataan-pernyataan, petunjuk-petunjuk atau ketentuan-ketentuan mengenai apa yang perlu berlangsung atau sebaiknya dilakukan dalam hubungannya dengan obyek sederhana itu. Memaparkan pola-pola dalam sekumpulan sifat, ciri, kecenderungan, atau proses lainnya dari fenomenon yang ditelaah. Dapat dibedakan menjadi tiga ragam proposisi yaitu sebagai asas, kaidah, dan teori.
1. Asas ilmiah: suatu asas atau prinsip adalah sebuah proposisi yang mengandung kebenaran umum berdasarkan fakta-fakta yang telah diamati.
2. Kaidah ilmiah: suatu kaidah atau hukum dalam pengetahuan ilmiah adalah sebuah proposisi yang mengungkapkan keajegan atau hubungan tertib yang dapat diperiksa kebenarannya diantara fenomena.
3. Teori ilmiah: suatu teori dalam scientific knowledge adalah sekumpulan proposisi yang saling berkaitan secara logis untuk memberi penjelasan mengenai sejumlah fenomena.
Prinsip merupakan pernyatan yang berlaku secara umum bagi sekelompok gejala-gejala tertentu, yang mampu menjelaskan kejadian yang terjadi, misalnya saja hukum sebab akibat sebuah gejala. Misalnya: prinsip Ekonomi, prinsip Kekekalan Energi. Postulat merupakan asumsi dasar yang kebenarannya kita terima tanpa dituntut pembuktian.
Kebenaran ilmiah pada hakikatnya harus disatukan lewat sebuah proses yang disebut metode ilmiah, tapi postulat ilmiah yang ditetapkan tanpa melalui prosedur ini melainkan ditetapkan secara begitu saja. Bila postulat dalam pengajuannya tidak memerlukan bukti tentang kebenarannya maka hal ini berlainan dengan asumsi yang harus ditetapkan dalam sebuah argumentasi ilmiah. Asumsi merupakan pernyataan yang kebenarannya secara empiris dapat diuji.
B. Filsafat Fisika
Fisika (Bahasa Yunani: φυσικός (physikos), "alamiah", dan φύσις (physis), "Alam") adalah sains atau ilmu tentang alam dalam makna yang terluas. Fisika mempelajari gejala alam yang tidak hidup atau materi dalam lingkup ruang dan waktu. Para fisikawan atau ahli fisika mempelajari perilaku dan sifat materi dalam bidang yang sangat beragam, mulai dari partikel submikroskopis yang membentuk segala materi (fisika partikel) hingga perilaku materi alam semesta sebagai satu kesatuan kosmos.
Beberapa sifat yang dipelajari dalam fisika merupakan sifat yang ada dalam semua sistem materi yang ada, seperti hukum kekekalan energi. Sifat semacam ini sering disebut sebagai hukum fisika. Fisika sering disebut sebagai "ilmu paling mendasar", karena setiap ilmu alam lainnya (biologi, kimia, geologi, dan lain-lain) mempelajari jenis sistem materi tertentu yang mematuhi hukum fisika. Misalnya, kimia adalah ilmu tentang molekul dan zat kimia yang dibentuknya. Sifat suatu zat kimia ditentukan oleh sifat molekul yang membentuknya, yang dapat dijelaskan oleh ilmu fisika seperti mekanika kuantum, termodinamika, dan elektromagnetika.
Fisika juga berkaitan erat dengan matematika. Teori fisika banyak dinyatakan dalam notasi matematis, dan matematika yang digunakan biasanya lebih rumit daripada matematika yang digunakan dalam bidang sains lainnya. Perbedaan antara fisika dan matematika adalah: fisika berkaitan dengan pemerian dunia material, sedangkan matematika berkaitan dengan pola-pola abstrak yang tak selalu berhubungan dengan dunia material. Namun, perbedaan ini tidak selalu tampak jelas. Ada wilayah luas penelitan yang beririsan antara fisika dan matematika, yakni fisika matematis, yang mengembangkan struktur matematis bagi teori-teori 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 dijelaska 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, Oscilator 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, Waktu-ruang, 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
Kosmologi, Ilmu planet, Fisika plasma
Big Bang, Inflasi kosmik, Relativitas umum, Hukum gravitasi universal
Lubang hitam, Latar belakang radiasi kosmik, Galaksi, Gravitasi, Radiasi Gravitasi, Planet, Tata surya, Bintang
Fisika atomik, molekul, dan optik
Fisika atom, Fisika molekul, Optik, Photonik
Optik quantum
Difraksi, Radiasi elektromagnetik, Laser, Polarisasi, Garis spectral
Fisika partikel
Fisika akselerator, Fisika nuklir
Model standar, Teori penyatuan besar, teori-M
Gaya Fundamental (gravitasi, elektromagnetik, lemah, kuat), Partikel elemen, Antimatter, Putar, Pengereman simetri spontan, Teori keseluruhan Energi vakum
Fisika benda kondensi
Fisika benda padat, Fisika material, Fisika polimer, Material butiran
Teori BCS, Gelombang Bloch, Gas Fermi, Cairan Fermi, Teori banyak-tubuh
Fase (gas, cair, padat, Kondensat Bose-Einstein, superkonduktor, superfluid), Konduksi listrik, Magnetism, Pengorganisasian sendiri, Putar, Pengereman simetri spontan
Sejarah fisika
Sejak zaman purbakala, orang telah mencoba untuk mengerti sifat dari benda: mengapa objek yang tidak ditopang jatuh ke tanah, mengapa material yang berbeda memiliki properti yang berbeda, dan seterusnya. Lainnya adalah sifat dari jagad raya, seperti bentuk Bumi dan sifat dari objek celestial seperti Matahari dan Bulan.
Beberapa teori diusulkan dan banyak yang salah. Teori tersebut banyak tergantung dari istilah filosofi, dan tidak pernah dipastikan oleh eksperimen sistematik seperti yang populer sekarang ini. Ada pengecualian dan anakronisme: contohnya, pemikir Yunani Archimedes menurunkan banyak deskripsi kuantitatif yang benar dari mekanik dan hidrostatik.
Pada awal abad 17, Galileo membuka penggunaan eksperimen untuk memastikan kebenaran teori fisika, yang merupakan kunci dari metode sains. Galileo memformulasikan dan berhasil mengetes beberapa hasil dari dinamika mekanik, terutama Hukum Inert. Pada 1687, Isaac Newton menerbitkan Filosofi Natural Prinsip Matematika, memberikan penjelasan yang jelas dan teori fisika yang sukses: Hukum gerak Newton, yang merupakan sumber dari mekanika klasik; dan Hukum Gravitasi Newton, yang menjelaskan gaya dasar gravitasi. Kedua teori ini cocok dalam eksperimen. Prinsipia juga memasukan beberapa teori dalam dinamika fluid. Mekanika klasik dikembangkan besar-besaran oleh Joseph-Louis de Lagrange, William Rowan Hamilton, dan lainnya, yang menciptakan formula, prinsip, dan hasil baru. Hukum Gravitas memulai bidang astrofisika, yang menggambarkan fenomena astronomi menggunakan teori fisika.
Dari sejak abad 18 dan seterusnya, termodinamika dikembangkan oleh Robert Boyle, Thomas Young, dan banyak lainnya. Pada 1733, Daniel Bernoulli menggunakan argumen statistika dalam mekanika klasik untuk menurunkan hasil termodinamika, memulai bidang mekanika statistik. Pada 1798, Benjamin Thompson mempertunjukkan konversi kerja mekanika ke dalam panas, dan pada 1847 James Joule menyatakan hukum konservasi energi, dalam bentuk panasa juga dalam energi mekanika.
Sifat listrik dan magnetisme dipelajari oleh Michael Faraday, George Ohm, dan lainnya. Pada 1855, James Clerk Maxwell menyatukan kedua fenomena menjadi satu teori elektromagnetisme, dijelaskan oleh persamaan Maxwell. Perkiraan dari teori ini adalah cahaya adalah gelombang elektromagnetik.
Riset fisika mengalami kemajuan konstan dalam banyak bidang, dan masih akan tetap begitu jauh di masa depan. Dalam fisika benda kondensi, masalah teoritis tak terpecahkan terbesar adalah penjelasan superkonduktivitas suhu-tinggi. Banyak usaha dilakukan untuk membuat spintronik dan komputer kuantum bekerja.
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 nampaknya telah menyelesaikan masalah solar neutrino yang telah berdiri-lama dalam fisika matahari. 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 menyatikan 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 astronomikal dan kosmologikal 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, chaos, atau turbulens 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. 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 turbulens dalam aerodinamika atau pengamatan pola pembentukan dalam sistem biologi. Pada 1932, Horrace Lamb meramalkan:
“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.”
Hukum fisika
Hukum fisika ialah generalisasi ilmiah berdasarkan pada observasi empiris. Hukum alam ialah kesimpulan yang diambil dari, atau hipotesis yang ditegaskan oleh eksperimen ilmiah. Penciptaan deskripsi ringkas alam dalam bentuk sejumlah hukum ialah tujuan fundamental sains. Sesungguhnya, hukum fisika dapat berlaku karena kehendak Tuhan.
Deskripsi
Beberapa sifat umum hukum fisika telah dikenali (lihat Davies (1992) dan Feynman (1965) dalam http://id.wikipedia.org sebagaimana yang diamati, walau masing-masing karakterisasi tak perlu asli dari mereka). Hukum fisika itu:
• Benar. Dengan definisi, takkan pernah ada pengamatan kontradiktif yang berulang.
• Universal. Mereka muncul untuk penerapan di manapun di alam. (Davies)
• Sederhana. Mereka khas ditunjukkan dalam istilah persamaan matematika sederhana. (Davies)
• Kekal. Tak berubah sejak pertama kali ditemukan (meski barangkali telah diperlihatkan untuk menjadi perkiraan dari hukum yang lebih akurat—lihat "hukum sebagai perkiraan" berikut), muncul dan tak berubah sejak awal semesta. (Davies)
• Mutlak (Davies)
• Secara umum konservatif dari kuantitas. (Feynman)
• Sering dicontohkan simetri. (Feynman)
• Khas secara teoretis berbalik dalam waktu (jika non-kuantum), walau waktu sendiri tak dapat berulang. (Feynman)
Sering, yang mengerti matematika dan konsepnya dengan baik cukup mengerti esensi hukum fisika juga merasa bahwa memilikikecemerlangan intyelektual yang menjadi sifatnya. Banyak ilmuwan menetapkan bahwa mereka menggunakan persepsinya dari kecemerlangan itu sebagai petunjuk mengembangkan hipotesis, sejak memandang menghubungkan antara kecemerlangan dan kebenaran.
Hukum fisika berbeda dari teori ilmiah dengan kesederhanaannya. Teori ilmiah memiliki banyak persamaan sifat sebagai hukum, namun umumnya lebih kompleks daripada hukum; mempunyai banyak komponen bagian, dan lebih mungkin berubah sebagai kumpulan data percobaan yang tersedia dan pengembangan analisis.
Beberapa hukum yang lebih terkenal ditemukan dalam teori (kini) mekanika klasik Isaac Newton, ada dalam bukunya Principia Mathematica, dan teori relativitas Albert Einstein. Contoh hukum alam lain termasuk hukum Boyle pada gas, hukum Ohm, 4 hukum termodinamika, dll.
Hukum sebagai ramalan
Di luar komunitas ilmiah, sering dianggap bahwa hukum alam telah dibuktikan melalui keraguan, dalam cara yang sama bahwa teorema matematika dapat dibuktikan. Bagaimanapun, tak begitu juga. Persis bahwa tiada hal pernah terlihat di mana secara terulang dilanggar. Selalu mungkin untuknya untuk dibuat tak berlaku dengan pengulangan, bukti percobaan yang bertentangan, tiap yang akan terlihat. Bagaimanapun, perubahan fundamental pada hukum tak mungkin besar-besaran, sejak ini akan menyatakan perubahan secara tak langsung pada susunan dasar semesta, yang akan hampir pasti membuatnya dengan segera tak dapat didiami; Jika hukum berubah, kita takkan di sini untuk mengamati.
Hukum yang berkedudukan kokoh telah sungguh dibuat tak berlaku dalam beberapa kasus khusus, namun formulasi baru yang diciptakan untuk menjelaskan ketidakcocokan dapat dikatakan menyamaratakan pada, daripada penggulingan, aslinya. Hukum yang tak berlaku itu telah ditemukan untuk menjadi satu-satunya perkiraan akhir, pada yang istilah atau faktor lain harus ditambahkan untuk menutupi yang sebelumnya tak terhitung-untuk syarat, contoh, skala waktu atau ruang yang lebih besar atau lebih kecil, kecepatan atau massa yang besar, dsb. Jadi, daripada pengetahuan yang tak berubah, sebenarnya hukum fisika lebih baik dipandang sebagai rangkaian memperbaiki perkiraan.
Contoh yang banyak diketahui ialah bahwa hukum gravitasi Newton: saat menggambarkan dunia secara akurat untuk pengamatan most pertinent, seperti gerakan obyek astronomi dalam tata surya, ditemukan tak sama saat diterapkan pada semata-mata massa atau kecepatan besar. Teori relativitas umum Einstein, bagaimanapun, secara akurat memegang interaksi gravitasi pada keadaan ekstrem itu, di samping jajaran yang dicakup hukum Newton. Rumus Newton untuk gravitasi masih digunakan dalam banyak keadaan, sebagai perkiraan yang lebih mudah untuk memperhitungkan dari hukum gravitasi. Hubungan yang mirip ada antara persamaan Maxwell dan teori elektrodinamika kuantum; ada beberapa kasus. Ini memberi kesan pertanyaan (tak terjawab) apakah ada hukum fisika yang akhirnya benar, atau apakah semuanya masih meneliti di mana panca indera dan perlengkapan rasional kita telah menghasilkan secara matematis perkiraan sederhana, benar dalam jajaran pengalaman manusia, pada rumus yang benar yang tak dapat diperoleh.
Keperluan, asal, dan keberadaan
Jika semesta chaos, keberadaan kehidupan sebagaimana yang diketahui takkan mungkin, sejak kerumitan yang diatur ialah ciri-ciri hidup yang tetap. Hukum alam menciptakan urutan di alam semesta, dan berakibat dalam lingkungan stabil secara umum yang, menurut asas antropis, ialah permisif hidup, termasuk kemanusiaan. Bagaimanapun, darimana hukum alam berasal dan ada, dan mengapa merupakan dari bentuk utama yang mereka, tak diketahui, dan dalam bidang metafisika.
Terkadang telah dikesankan bahwa hukum alam tidak nyata bahwa seluruhnya merupakan penemuan akal manusia, mencoba membuat pandangan semesta. Secara kuat ini disangkal oleh kemanjuran sains yang spektakuler kekuatannya untuk memecahkan sebaliknya masalah rumit, dan membuat perkiraan akurat dan dengan fakta bahwa hukum yang baru ditemukan secara khusus telah memberi kesan keberadaan fenomena yang tak diketahui sebelumnya, yang saat itu telah dinyatakan ada.
KESIMPULAN
Struktur ilmu dalam filsafat ilmu merupakan bagian yang penting dipelajari mengingat ilmu merupakan suatu bangunan yang tersusun bersistem dan kompleks. Melalui ilmu kita dapat menjelaskan, meramal dan mengontrol setiap gejala-gejala alam yang terjadi. Tujuan akhir dari disiplin keilmuan yaitu mengembangkan sebuah teori keilmuan yang bersifat utuh dan konsisten.
Kegiatan ilmu pengetahuan menghasilkan hukum dan teori struktur dan makna yang dapat diperiksa. Dengan skema struktur dan proses pengetahuan ilmiah kita dapat membedakan beberapa istilah seperti hipotesis, postulat, hukum, formula dan teori. Makin tinggi tingkat keumuman suatu konsep maka makin teoritis konsep tersebut. Makin teoritis suatu konsep maka makin jauh penyataan yang dikandungnya.
Adapun perbedaan antara ilmu dan pengetahuan, adalah bahwa ilmu bagian dari pengetahuan yang terklasifikasi, tersistem dan terukur serta dapat dibuktikan kebenarannya secara empiris. Ukuran kebenaran Ilmu adalah rasionalisme dan empirisme sehingga kebenaran ilmu bersifat Rasional dan Empiris. Pengetahuan adalah keseluruhan pengetahuan yang belum tersusun, baik mengenai metafisik maupun fisik. Dapat juga dikatakan pengetahuan adalah informasi yang berupa common sense, sedangkan ilmu sudah merupakan bagian yang lebih tinggi dari itu karena memiliki metode dan mekanisme tertentu. Menurut Anna Poedjiadi (2001: 20), pengetahuan ilmiah adalah pengetahuan yang diperoleh seseorang secara logis, sistematik, melalui penelitian dengan metode ilmiah yang hasilnya dapat dipertanggungjawabkan. Pengetahuan ilmiah ini disebut ilmu atau sains.
Struktur adalah cara bagaimana sesuatu disusun atau dibangun; susunan; bangunan. Van Peursen menggambarkan bahwa Ilmu itu bagaikan bangunan yang tersusun dari batu bata. Batu atau unsur dasar tersebut tidak pernah langsung di dapat di alam sekitar. Lewat observasi ilmiah batu-batu sudah dikerjakan sehingga dapat dipakai kemudian digolongkan menurut kelompok tertentu sehingga dapat dipergunakan. Upaya ini tidak dilakukan dengan sewenang-wenang, melainkan merupakan hasil petunjuk yang menyertai susunan limas ilmu yang menyeluruh akan makin jelas bahwa teori secara berbeda-beda meresap sampai dasar ilmu.
Jujun Suriasumantri menyampaikan bahwa ilmu memiliki bangun struktur Menurut Jujun Suriasumantri ilmu dapat dianggap sebagai suatu sistem yang menghasilkan kebenaran. Ilmu juga mempunyai komponen-komponen yang berhubungan satu sama lain. Komponen dari sistem ilmu adalah : (1) perumusan masalah (2) pengamatan dan deskripsi (3) penjelasan; (4) ramalan dan kontrol (1981, hal 110-128). Sehingga dapat disimpulkan bahwa struktur ilmu adalah cara bagaimana kumpulan pengetahuan disusun secara sistematis, di uji secara rasional, terbukti empiris, yang akan menghasilkan kebenaran.
Tujuan ilmu pengetahuan, menurut James Mannoia (1980), adalah untuk menghasilkan generalisasi konseptual tentang pengalaman empiris. Sedangkan Fungsi ilmu/pengetahuan ilmiah adalah : (1). Menjelaskan (2). Meramal (3). Mengontrol
Sebagai contoh: Pengetahuan tentang kaitan antara hutan gundul dengan banjir memungkinkan kita untuk bisa meramalkan apa yang akan terjadi sekiranya hutan-hutan terus ditebang sampai tidak tumbuh lagi. sekiranya kita tidak menginginkan timbulnya banjir sebagaimana diramalkan oleh penjelasan tadi maka kita harus melakukan kontrol agar hutan tidak dibiarkan menjadi gundul. Demikian juga, jka kita mengetahui bahwa hutan-hutan tidak ditebang sekiranya ada pengawasan, maka untuk mencegah banjir kita harus melakukan kontrol agar kegiatan pengawasan dilakukan, agar dengan demikian hutan dibiarkan tumbuh subur dan tidak mengakibatkan banjir.
Perumusan masalah
Cara untuk menemukan dan merumuskan masalah adalah membangkitkan rasa kepekaan kita terhadap kesulitan tertentu yang diketahuinya. Ciri masalah keilmuan adalah 1). Masalah itu penting karena pemecahannya berguna. (2). Masalah harus tepat agar dapat tepat memilih fakta untuk penyelesaiannya (3). Masalah mesti dijawab dengan jelas dan dapat dijawab lewat penelaahan keilmuan.
Jika masalah dirumuskan dengan baik, hasil perumusan biasanya disebut hipotesis. Hipotesis adalah sebuah pernyataan yang dapat diuji tentang hubungan-hubungan sesuatu yang diselidiki yang mempunyai konsekuensi yang dapat kita jabarkan secara deduktif.
Pengamatan dan deskripsi
Klasifikasi, pemberian nama dan penataan sifat-sifat tertentu merupakan bagian dari pengamatan dan deskripsi. Pemeriksaan masalah untuk memungkinkan pengumpulan data dengan meninjau kepustakaan tentang apa yang telah di lakukan orang lain dimasa lalu. Selain itu pengamatan juga membutuhkan pengukuran dan teknologi.
Penjelasan
Penjelasan dalam ilmu pada dasarnya adalah menjawab pertanyaan “mengapa”. Terdapat empat cara berbeda untuk menjawab pertanyaan berbeda dalam menjawab mengapa. Empat tipe penjelasan tersebut yaitu:
1. Deduktif
Mempergunakan cara berpikir deduktif dalam menjelaskan suatu gejala dengan menarik kesimpulan secara logis dari premis-premis yang telah ditetapkan sebelumnya.
2. Probabilitas
Penjelasan yang ditarik secara induktif dari sejumlah kasus yang dengan demikian tidak memberi kepastian dimana penjelasan bersifat peluang seperti “kemungkinan”, “kemungkinan besar”, atau “hampir dapat dipastikan”.
3. Fungsional/teleologis
Penjelasan yang meletakkan sebuah unsur dalam kaitannya dengan sistem secara keseluruhan yang mempunyai karakteristik atau arah pekembangan tertentu.
4. Genetik
Mempergunakan faktor-faktor yang timbul sebelumnya dengan menjelaskan gejala yang muncul kemudian.
Ramalan
Keragaman ilmu menyebabkan beberapa cara dalam mengemukakan ramalan dan kontrol yang disebakan masalah dan penjelasan masing-masing berbeda. Macam-macam ramalan tersebut antara lain (1) Hukum (2) proyeksi (3) Struktur (4) Institusional (5)Masalah (6) tahap (7) Utopia. Menurut James Mannoia (1980) terdapat perbedaan ramalan dan penjelasan yakni terletak pada tujuan dan prospek.
Perbedaan Logika Tujuan Prospek
Ramalan Deduktiv
(umum ke khusus) Membuat
Teori Teory selanjutnya Percobaan
(Umum) (Khusus)
Penjelasan Deduktiv
(umum ke khusus) Menggunakan
Teori Pertanyaan ke Jawaban
(khusus) (umum)
Menurut James Mannoia (1980) ada dua pendekatan umum bagaimana seseorang dapat memilah-milah arti dari istilah-istilah seperti teori, hipotesis, hukum, dan formula. Pendekatan tersebut adalah (1) Tingkat konfirmasi. (2) Tingkat pengamatan tertentu. Ketika, dalam melakukan ilmu pengetahuan, seorang ilmuwan menemukan apa yang mungkin menjadi jawaban atas masalahnya, jawaban sebagai percobaan dapat disebut sebagai hipotesis. Setelah jumlah yang masuk akal dari pengujian dan konfirmasi sukses, hipotesis itu dapat ''lulus" ke status teori. Akhirnya, setelah bertahun-tahun konsisten konfirmasi, ini mungkin disebut sebagai hukum. Sistem ini tampak sesuai seperti contoh-contoh tersebut sangat baik dikonfirmasi sebagai Hukum Gravitasi atau Hukum Snellius Pembiasan dan kurang dikonfirmasi Teori Relativitas.
Skema struktur dan proses pengetahuan ilmiah :
1. Teori
Teori merupakan pengetahuan ilmiah yang mencakup penjelasan menjadi suatu faktor tertentu dari sebuah disiplin keilmuan. Misalnya : teori ekonomi makro, teori ekonomi mikro, teori mekanika Newton, teori relativitas Einstein
Teori dapat disebut juga ide-ide yang paling umum, karena mereka "menjelaskan" berbagai fenomena yang tampaknya berbeda. Teori gravitasi Newton tidak hanya menjelaskan dampak dari bumi di dekat objek itu (seperti ditentukan sebagian oleh hukum gerak) tetapi juga efek dari semua benda-benda langit pada satu sama lain dan di bumi. Teori kemudian dapat dipahami mengandung sekelompok hukum terhubung ke satu sama lain dalam kerangka kerja. Tujuan akhir disiplin keilmuan adalah mengembangkan sebuah teori keilmuan yang bersifat utuh dan konsisten.
2. Hukum
Hukum pada hakekatnya merupakan pernyataan yang menyatakan hubungan antara dua variable atau lebih dalam suatu kaitan sebab akibat. Misalnya : teori ekonomi mikro terdiri dari hukum penawaran dan permintaan. Maka dapat disimpulkan bahwa : Teori adalah pengetahuan ilmiah yang memberikan penjelasan tentang mengapa suatu gejala-gejala terjadi sedangkan hukum adalah memberikan kemampuan kepada kita untuk meramalkan tentang “apa” yang mungkin terjadi. Dimana Teori dan Hukum merupakan “alat” kontrol gejala alam yang bersifat universal.
Teori-teori yang tingkat keumumannya rendah disatukan menjadi satu teori yang mampu mengikat keseluruhan teori-teori tersebut. Misalnya Teori yang dikemukakan oleh Ptolomeus, Copernicus, Johannes Keppler kemudian disatukan kedalam sebuah teori yang dikemukakan oleh Newton.
Ilmu teoritis terdiri dari sebuah sistem pernyataan. Dimana beberapa ilmu teoritis ini disatukan dalam sebuah konsep dan dinyatakan dalam sebuah teori. Makin tinggi tingkat keumuman suatu konsep maka makin “teoritis” konsep tersebut. Makin teoritis suatu konsep maka makin jauh pernyataan yang dikandungnya bila dikaitkan dengan gejala-gejala fisik yang tampak nyata.
Kegunaan praktis dari sebuah konsep yang bersifat teoritis baru dapat dikembangkan sekiranya konsep yang bersifat mendasar tersebut diterapkan pada masalah-masalah yang bersifat praktis. Sehingga kita sering mendengar konsep dasar dan konsep terapan yang diwujudkan dalam bentuk ilmu dasar/murni dan ilmu terapan serta penelitian dasar dan penelitian terapan.
3. Ragam Proposisi
Berbagai keterangan mengenai obyek sebenarnya itu dituangkan dalam pernyataan-pernyataan, petunjuk-petunjuk atau ketentuan-ketentuan mengenai apa yang perlu berlangsung atau sebaiknya dilakukan dalam hubungannya dengan obyek sederhana itu. Memaparkan pola-pola dalam sekumpulan sifat, ciri, kecenderungan, atau proses lainnya dari fenomenon yang ditelaah. Dapat dibedakan menjadi tiga ragam proposisi yaitu sebagai asas, kaidah, dan teori.
1. Asas ilmiah: suatu asas atau prinsip adalah sebuah proposisi yang mengandung kebenaran umum berdasarkan fakta-fakta yang telah diamati.
2. Kaidah ilmiah: suatu kaidah atau hukum dalam pengetahuan ilmiah adalah sebuah proposisi yang mengungkapkan keajegan atau hubungan tertib yang dapat diperiksa kebenarannya diantara fenomena.
3. Teori ilmiah: suatu teori dalam scientific knowledge adalah sekumpulan proposisi yang saling berkaitan secara logis untuk memberi penjelasan mengenai sejumlah fenomena.
Prinsip merupakan pernyatan yang berlaku secara umum bagi sekelompok gejala-gejala tertentu, yang mampu menjelaskan kejadian yang terjadi, misalnya saja hukum sebab akibat sebuah gejala. Misalnya: prinsip Ekonomi, prinsip Kekekalan Energi. Postulat merupakan asumsi dasar yang kebenarannya kita terima tanpa dituntut pembuktian.
Kebenaran ilmiah pada hakikatnya harus disatukan lewat sebuah proses yang disebut metode ilmiah, tapi postulat ilmiah yang ditetapkan tanpa melalui prosedur ini melainkan ditetapkan secara begitu saja. Bila postulat dalam pengajuannya tidak memerlukan bukti tentang kebenarannya maka hal ini berlainan dengan asumsi yang harus ditetapkan dalam sebuah argumentasi ilmiah. Asumsi merupakan pernyataan yang kebenarannya secara empiris dapat diuji.
B. Filsafat Fisika
Fisika (Bahasa Yunani: φυσικός (physikos), "alamiah", dan φύσις (physis), "Alam") adalah sains atau ilmu tentang alam dalam makna yang terluas. Fisika mempelajari gejala alam yang tidak hidup atau materi dalam lingkup ruang dan waktu. Para fisikawan atau ahli fisika mempelajari perilaku dan sifat materi dalam bidang yang sangat beragam, mulai dari partikel submikroskopis yang membentuk segala materi (fisika partikel) hingga perilaku materi alam semesta sebagai satu kesatuan kosmos.
Beberapa sifat yang dipelajari dalam fisika merupakan sifat yang ada dalam semua sistem materi yang ada, seperti hukum kekekalan energi. Sifat semacam ini sering disebut sebagai hukum fisika. Fisika sering disebut sebagai "ilmu paling mendasar", karena setiap ilmu alam lainnya (biologi, kimia, geologi, dan lain-lain) mempelajari jenis sistem materi tertentu yang mematuhi hukum fisika. Misalnya, kimia adalah ilmu tentang molekul dan zat kimia yang dibentuknya. Sifat suatu zat kimia ditentukan oleh sifat molekul yang membentuknya, yang dapat dijelaskan oleh ilmu fisika seperti mekanika kuantum, termodinamika, dan elektromagnetika.
Fisika juga berkaitan erat dengan matematika. Teori fisika banyak dinyatakan dalam notasi matematis, dan matematika yang digunakan biasanya lebih rumit daripada matematika yang digunakan dalam bidang sains lainnya. Perbedaan antara fisika dan matematika adalah: fisika berkaitan dengan pemerian dunia material, sedangkan matematika berkaitan dengan pola-pola abstrak yang tak selalu berhubungan dengan dunia material. Namun, perbedaan ini tidak selalu tampak jelas. Ada wilayah luas penelitan yang beririsan antara fisika dan matematika, yakni fisika matematis, yang mengembangkan struktur matematis bagi teori-teori 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 dijelaska 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, Oscilator 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, Waktu-ruang, 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
Kosmologi, Ilmu planet, Fisika plasma
Big Bang, Inflasi kosmik, Relativitas umum, Hukum gravitasi universal
Lubang hitam, Latar belakang radiasi kosmik, Galaksi, Gravitasi, Radiasi Gravitasi, Planet, Tata surya, Bintang
Fisika atomik, molekul, dan optik
Fisika atom, Fisika molekul, Optik, Photonik
Optik quantum
Difraksi, Radiasi elektromagnetik, Laser, Polarisasi, Garis spectral
Fisika partikel
Fisika akselerator, Fisika nuklir
Model standar, Teori penyatuan besar, teori-M
Gaya Fundamental (gravitasi, elektromagnetik, lemah, kuat), Partikel elemen, Antimatter, Putar, Pengereman simetri spontan, Teori keseluruhan Energi vakum
Fisika benda kondensi
Fisika benda padat, Fisika material, Fisika polimer, Material butiran
Teori BCS, Gelombang Bloch, Gas Fermi, Cairan Fermi, Teori banyak-tubuh
Fase (gas, cair, padat, Kondensat Bose-Einstein, superkonduktor, superfluid), Konduksi listrik, Magnetism, Pengorganisasian sendiri, Putar, Pengereman simetri spontan
Sejarah fisika
Sejak zaman purbakala, orang telah mencoba untuk mengerti sifat dari benda: mengapa objek yang tidak ditopang jatuh ke tanah, mengapa material yang berbeda memiliki properti yang berbeda, dan seterusnya. Lainnya adalah sifat dari jagad raya, seperti bentuk Bumi dan sifat dari objek celestial seperti Matahari dan Bulan.
Beberapa teori diusulkan dan banyak yang salah. Teori tersebut banyak tergantung dari istilah filosofi, dan tidak pernah dipastikan oleh eksperimen sistematik seperti yang populer sekarang ini. Ada pengecualian dan anakronisme: contohnya, pemikir Yunani Archimedes menurunkan banyak deskripsi kuantitatif yang benar dari mekanik dan hidrostatik.
Pada awal abad 17, Galileo membuka penggunaan eksperimen untuk memastikan kebenaran teori fisika, yang merupakan kunci dari metode sains. Galileo memformulasikan dan berhasil mengetes beberapa hasil dari dinamika mekanik, terutama Hukum Inert. Pada 1687, Isaac Newton menerbitkan Filosofi Natural Prinsip Matematika, memberikan penjelasan yang jelas dan teori fisika yang sukses: Hukum gerak Newton, yang merupakan sumber dari mekanika klasik; dan Hukum Gravitasi Newton, yang menjelaskan gaya dasar gravitasi. Kedua teori ini cocok dalam eksperimen. Prinsipia juga memasukan beberapa teori dalam dinamika fluid. Mekanika klasik dikembangkan besar-besaran oleh Joseph-Louis de Lagrange, William Rowan Hamilton, dan lainnya, yang menciptakan formula, prinsip, dan hasil baru. Hukum Gravitas memulai bidang astrofisika, yang menggambarkan fenomena astronomi menggunakan teori fisika.
Dari sejak abad 18 dan seterusnya, termodinamika dikembangkan oleh Robert Boyle, Thomas Young, dan banyak lainnya. Pada 1733, Daniel Bernoulli menggunakan argumen statistika dalam mekanika klasik untuk menurunkan hasil termodinamika, memulai bidang mekanika statistik. Pada 1798, Benjamin Thompson mempertunjukkan konversi kerja mekanika ke dalam panas, dan pada 1847 James Joule menyatakan hukum konservasi energi, dalam bentuk panasa juga dalam energi mekanika.
Sifat listrik dan magnetisme dipelajari oleh Michael Faraday, George Ohm, dan lainnya. Pada 1855, James Clerk Maxwell menyatukan kedua fenomena menjadi satu teori elektromagnetisme, dijelaskan oleh persamaan Maxwell. Perkiraan dari teori ini adalah cahaya adalah gelombang elektromagnetik.
Riset fisika mengalami kemajuan konstan dalam banyak bidang, dan masih akan tetap begitu jauh di masa depan. Dalam fisika benda kondensi, masalah teoritis tak terpecahkan terbesar adalah penjelasan superkonduktivitas suhu-tinggi. Banyak usaha dilakukan untuk membuat spintronik dan komputer kuantum bekerja.
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 nampaknya telah menyelesaikan masalah solar neutrino yang telah berdiri-lama dalam fisika matahari. 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 menyatikan 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 astronomikal dan kosmologikal 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, chaos, atau turbulens 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. 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 turbulens dalam aerodinamika atau pengamatan pola pembentukan dalam sistem biologi. Pada 1932, Horrace Lamb meramalkan:
“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.”
Hukum fisika
Hukum fisika ialah generalisasi ilmiah berdasarkan pada observasi empiris. Hukum alam ialah kesimpulan yang diambil dari, atau hipotesis yang ditegaskan oleh eksperimen ilmiah. Penciptaan deskripsi ringkas alam dalam bentuk sejumlah hukum ialah tujuan fundamental sains. Sesungguhnya, hukum fisika dapat berlaku karena kehendak Tuhan.
Deskripsi
Beberapa sifat umum hukum fisika telah dikenali (lihat Davies (1992) dan Feynman (1965) dalam http://id.wikipedia.org sebagaimana yang diamati, walau masing-masing karakterisasi tak perlu asli dari mereka). Hukum fisika itu:
• Benar. Dengan definisi, takkan pernah ada pengamatan kontradiktif yang berulang.
• Universal. Mereka muncul untuk penerapan di manapun di alam. (Davies)
• Sederhana. Mereka khas ditunjukkan dalam istilah persamaan matematika sederhana. (Davies)
• Kekal. Tak berubah sejak pertama kali ditemukan (meski barangkali telah diperlihatkan untuk menjadi perkiraan dari hukum yang lebih akurat—lihat "hukum sebagai perkiraan" berikut), muncul dan tak berubah sejak awal semesta. (Davies)
• Mutlak (Davies)
• Secara umum konservatif dari kuantitas. (Feynman)
• Sering dicontohkan simetri. (Feynman)
• Khas secara teoretis berbalik dalam waktu (jika non-kuantum), walau waktu sendiri tak dapat berulang. (Feynman)
Sering, yang mengerti matematika dan konsepnya dengan baik cukup mengerti esensi hukum fisika juga merasa bahwa memilikikecemerlangan intyelektual yang menjadi sifatnya. Banyak ilmuwan menetapkan bahwa mereka menggunakan persepsinya dari kecemerlangan itu sebagai petunjuk mengembangkan hipotesis, sejak memandang menghubungkan antara kecemerlangan dan kebenaran.
Hukum fisika berbeda dari teori ilmiah dengan kesederhanaannya. Teori ilmiah memiliki banyak persamaan sifat sebagai hukum, namun umumnya lebih kompleks daripada hukum; mempunyai banyak komponen bagian, dan lebih mungkin berubah sebagai kumpulan data percobaan yang tersedia dan pengembangan analisis.
Beberapa hukum yang lebih terkenal ditemukan dalam teori (kini) mekanika klasik Isaac Newton, ada dalam bukunya Principia Mathematica, dan teori relativitas Albert Einstein. Contoh hukum alam lain termasuk hukum Boyle pada gas, hukum Ohm, 4 hukum termodinamika, dll.
Hukum sebagai ramalan
Di luar komunitas ilmiah, sering dianggap bahwa hukum alam telah dibuktikan melalui keraguan, dalam cara yang sama bahwa teorema matematika dapat dibuktikan. Bagaimanapun, tak begitu juga. Persis bahwa tiada hal pernah terlihat di mana secara terulang dilanggar. Selalu mungkin untuknya untuk dibuat tak berlaku dengan pengulangan, bukti percobaan yang bertentangan, tiap yang akan terlihat. Bagaimanapun, perubahan fundamental pada hukum tak mungkin besar-besaran, sejak ini akan menyatakan perubahan secara tak langsung pada susunan dasar semesta, yang akan hampir pasti membuatnya dengan segera tak dapat didiami; Jika hukum berubah, kita takkan di sini untuk mengamati.
Hukum yang berkedudukan kokoh telah sungguh dibuat tak berlaku dalam beberapa kasus khusus, namun formulasi baru yang diciptakan untuk menjelaskan ketidakcocokan dapat dikatakan menyamaratakan pada, daripada penggulingan, aslinya. Hukum yang tak berlaku itu telah ditemukan untuk menjadi satu-satunya perkiraan akhir, pada yang istilah atau faktor lain harus ditambahkan untuk menutupi yang sebelumnya tak terhitung-untuk syarat, contoh, skala waktu atau ruang yang lebih besar atau lebih kecil, kecepatan atau massa yang besar, dsb. Jadi, daripada pengetahuan yang tak berubah, sebenarnya hukum fisika lebih baik dipandang sebagai rangkaian memperbaiki perkiraan.
Contoh yang banyak diketahui ialah bahwa hukum gravitasi Newton: saat menggambarkan dunia secara akurat untuk pengamatan most pertinent, seperti gerakan obyek astronomi dalam tata surya, ditemukan tak sama saat diterapkan pada semata-mata massa atau kecepatan besar. Teori relativitas umum Einstein, bagaimanapun, secara akurat memegang interaksi gravitasi pada keadaan ekstrem itu, di samping jajaran yang dicakup hukum Newton. Rumus Newton untuk gravitasi masih digunakan dalam banyak keadaan, sebagai perkiraan yang lebih mudah untuk memperhitungkan dari hukum gravitasi. Hubungan yang mirip ada antara persamaan Maxwell dan teori elektrodinamika kuantum; ada beberapa kasus. Ini memberi kesan pertanyaan (tak terjawab) apakah ada hukum fisika yang akhirnya benar, atau apakah semuanya masih meneliti di mana panca indera dan perlengkapan rasional kita telah menghasilkan secara matematis perkiraan sederhana, benar dalam jajaran pengalaman manusia, pada rumus yang benar yang tak dapat diperoleh.
Keperluan, asal, dan keberadaan
Jika semesta chaos, keberadaan kehidupan sebagaimana yang diketahui takkan mungkin, sejak kerumitan yang diatur ialah ciri-ciri hidup yang tetap. Hukum alam menciptakan urutan di alam semesta, dan berakibat dalam lingkungan stabil secara umum yang, menurut asas antropis, ialah permisif hidup, termasuk kemanusiaan. Bagaimanapun, darimana hukum alam berasal dan ada, dan mengapa merupakan dari bentuk utama yang mereka, tak diketahui, dan dalam bidang metafisika.
Terkadang telah dikesankan bahwa hukum alam tidak nyata bahwa seluruhnya merupakan penemuan akal manusia, mencoba membuat pandangan semesta. Secara kuat ini disangkal oleh kemanjuran sains yang spektakuler kekuatannya untuk memecahkan sebaliknya masalah rumit, dan membuat perkiraan akurat dan dengan fakta bahwa hukum yang baru ditemukan secara khusus telah memberi kesan keberadaan fenomena yang tak diketahui sebelumnya, yang saat itu telah dinyatakan ada.
KESIMPULAN
Struktur ilmu dalam filsafat ilmu merupakan bagian yang penting dipelajari mengingat ilmu merupakan suatu bangunan yang tersusun bersistem dan kompleks. Melalui ilmu kita dapat menjelaskan, meramal dan mengontrol setiap gejala-gejala alam yang terjadi. Tujuan akhir dari disiplin keilmuan yaitu mengembangkan sebuah teori keilmuan yang bersifat utuh dan konsisten.
Kegiatan ilmu pengetahuan menghasilkan hukum dan teori struktur dan makna yang dapat diperiksa. Dengan skema struktur dan proses pengetahuan ilmiah kita dapat membedakan beberapa istilah seperti hipotesis, postulat, hukum, formula dan teori. Makin tinggi tingkat keumuman suatu konsep maka makin teoritis konsep tersebut. Makin teoritis suatu konsep maka makin jauh penyataan yang dikandungnya.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar