dewasa ini kita menganggap materi tersusun oleh sekelompok kecil partikel fundamental/ elementer dan semua benda baik yang hidup maupun yang mati terdiri dari pengelompokan atau perpaduan yang berbeda-beda dari partikel ini. tiga dari partikel elementer ini penting secara khusus karena keberadaannya pada berbagai gejala sehari-hari. tiga partikel ini adalah proton, elektron dan neutron.
sebenarnya masih ada partikel-partikel lain yang menyusun alam semesta tapi keberadaan mereka tidak stabil. mereka tercipta dan musnah dalam waktu singkat. mereka juga tidak langsung berperan dalam kehidupan sehari-hari. misalnya neutrino, muon, pion, kaon, dll. keberadaan mereka hanya bisa dipastikan dengan teknik pengamatan yang agak rumit dan peran mereka dalam skema umum masih belum sepenuhnya dipahami. misalnya pion, partikel ini diperlukan dalam interaksi antara proton dan neutron. riset tentang partikel elementer merupakan hal yang sangat penting saat ini dalam memperoleh beberapa kesimpulan tentang struktur alam semesta.
dengan menggunakan bahasa yang disederhanakan kita dapat mengatakan bahwa ketiga partikel di atas – proton, elektron dan neutron – membentuk kelompok bernama atom dengan aturan-aturan tertentu yang dibahas dalam ilmu kimia. proton dan neutron bersama-sama membentuk inti atom sedangkan elektron bergerak dengan sangat cepat mengelilingi inti atom membentuk kulit atom. telah ditemukan 104 atom yang disebut dengan unsur. setiap unsur memiliki nomor atom yang khas tapi bisa memiliki massa beberapa macam sehingga disebut variasi unsur. variasi unsur ini disebut isotop. unsur-unsur bergabung membentuk molekul.
molekul ada ribuan macam. strukturnya juga beraneka ragam. ada yang sederhana, ada yang komplek bahkan sangat kompleks. ada yang kecil juga ada yang besar. yang sederhana misalnya H2, O2, H2O, CO2. yang lebih kompleks misalnya metana, alkohol, karbohidrat, asam sulfat, asam amino. yang jauh lebih kompleks misalnya protein, PVC, bahkan DNA dan RNA. ada molekul yang mengandung beberapa atom saja seperti hidrogen, khlor, oksigen. ada juga yang banyak seperti polimer plastik, serat klorofil dll.
akhirnya molekul membentuk benda-benda yang tampak seperti benda-benda padat, cair dan gas. klasifikasi ini tidak ketat. ada juga keadaan plasma. ada pula gelombang elektromagnetik, cahaya, energi, ion dll. kebanyakan materi alam semesta terdapat dalam unsur plasma.
suatu jenis benda yang penting adalah makhluk hidup/ organisme. salah satu unsurnya adalah protoplasma. di dalam protoplasma molekul-molekul muncul dalam corak yang terorganisir dan menunjukkan sifat dan fungsi yang jelas berbeda dari benda-benda mati. tubuh manusia yang paling berkembang dibandingkan dengan yang lain terdiri dari 1028 atom. kebanyakan terdiri dari karbon, hidrogen dan oksigen.
tata surya merupakan kelompok benda-benda yang sangat besar yang disebut planet yang mengelilingi sebuah bintang yang disebut matahari. salah satu planet di tata surya kita adalah bumi. bumi mengandung sekitar 1051 atom. matahari terdiri dari 1057 atom.
matahari pada gilirannya adalah salah satu bintang yang mengelilingi pusat galaksi dan berada di sebuah galaksi bernama galaksi bima sakti. bima sakti mengandung 1011 bintang atau 1070 atom. galaksi bima sakti berbentuk cakram dengan diameter 1021 m atau 100.000 tahun cahaya. ketebalannya maksimum 1020 m. di samping bima sakti telah ditemukan pula banyak galaksi lain. salah satunya adalah galaksi andromeda. dia adalah galaksi yang terdekat. jaraknya 2.200.000 tahun cahaya atau 2,2 x 1022 m dari kita. alam semesta boleh jadi mengandung 1070 atom di dalam ruangan kosong yang sangat besar berjari-jari 1026 m atau 1010 tahun cahaya dengan distribusi tidak merata.
beberapa pertanyaan wajar timbul dalam benak kita. mengapa dan bagaimana caranya elektron, proton dan neutron saling mengikat satus ama lain membentuk atom? mengapa dan bagaimana caranya atom-atom membentuk molekul? bagaimana caranya mereka bisa sampai membentuk benda-benda dari ukuran debu hingga planet, bintang, dan galaksi? bagaimana dengan virus, sel, jaringan, organ, sistem organ hingga organisme terbentuk?
secara sederhana kita dapat menjawab pertanyaan ini dengan adanya interaksi. kita katakan bahwa partikel-partikel di dalam atom saling berinteraksi menghasilkan susunan atom yang stabil. antar atom saling berinteraksi membentuk molekul, benda-benda hingga galaksi. antar materi juga terdapat interaksi seperti gravitasi, elektrik, magnetik, elektromagnetik, dll.
konsep interaksi sebenarnya bukan hal baru. sebagai hasil penelitian bertahun-tahun, fisikawan hanya menyempurnakan pemakaian kata-kata yang digunakan untuk menggambarkan alam semesta. contohnya Aristoteles dalam karyanya “de caelo” (300 SM) berkata,” mereka (atom-atom) bergerak dalam kekosongan dan saling mengikat sampai berdesakan dan beberapa melejit ke segala jurusan yang mungkin dan beberapa menjadi satu dengan yang lainnya dalam berbagai variasi sesuai dengan simetri dan bentuk, ukuran, posisi dan tingkatnya dan mereka tetap bersama-sama. karenanyalah terjadi benda-benda gabungan”. kita dapat membandingkan kata-kata tersebut dengan kata-kata T.D. Lee, pemenang nobel fisika tahun 1965. Dia berkata,” tujuan ilmu pengetahuan adalah mencari himpunan sederhana yang terdiri dari prinsip-prinsip fundamental yang mencakup semua fakta yang diketahui sehingga semua fakta dapat dipahami dan dapat meramalkan hasil-hasil yang baru. karena semua materi terdiri dari satuan-satuan fundamental yang sama. dasar pokok semua ilmu pengetahuan alam harus berpijak pada hukum-hukum yang menguasai sifat-sifat partikel-partikel dasar ini”.
sasaran utama kita sebagai fisikawan adalah mengungkapkan berbagai interaksi materi, terutama gravitasi, elektromagnetik dan inti kemudian para fisikawan mencoba mengungkapkan mereka secara kuantitatif sehingga membutuhkan ilmu matematika. akhirnya kita mencoba merumuskan hukum-hukum umum tentang sifat materi dalam kelompok, yaitu sifat yang dihasilkan oleh interaksi-interaksi fundamental. uraian tentang materi dalam kelompok tentunya bersifat statistis, karena melibatkan molekul dalam jumlah yang sangat besar sehingga tidak bisa menghitung secara individual. contohnya setetes air hujan mengandung sekitar 1020 molekul air.
fisika meliputi jangkauan yang sangat besar mulai dari panjang 10-15 m dan massa 10-31 kg sampai panjang 109 m dan massa 1030 kg (bagi massa planet-planet di tata surya kita). semua ini memiliki hukum dasar yang sama tapi cara mengutarakan hukum-hukum ini dan pendekatan yang digunakan berbeda-beda tergantung orde besaran yang digunakan.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar