Dokumen tersebut merangkum sejarah munculnya fisika modern sejak akhir abad ke-19, yang ditandai dengan penemuan fenomena mikroskopis baru dan hukum-hukum fisika. Fisika modern bermula dari kegagalan fisika klasik dalam menjelaskan fenomena seperti radiasi benda hitam, efek fotolistrik, dan spektrum atom hidrogen. Teori kuantum yang diperkenalkan oleh Max Planck dan Albert Einstein kemudian

1. SEJARAH FISIKA MODREN
Disusun Oleh:
1. Fayolla Octa Riwandi (2005113309)
2. Igah Mawarni Futri (2005110424)
3. Sri Novriani (2005135283)
Dosen Pengampu: Drs. Zuhdi
Maaruf, M.Pd.

2. Munculnya Fisika Modern
Istilah fisika modern diperkenalkan karena banyaknya fenomena-fenomena mikroskopis dan
hukum-hukum baru yang ditemukan sejak tahun 1890. Fenomena mikroskopis yaitu fenomena-
fenomena yang tidak dapat dilihat secara langsung, seperti elektron, proton, neutron, atom, dan
sebagainya. Ahli fisika telah mencoba memecahkan persoalan tentang struktur atom, elektron,
radiasi dengan fisika klasik.
Meskipun mekanika klasik hampir cocok dengan teori klasik lainnya seperti elektrodinamika dan
termodinamika klasik, ada beberapa ketidaksamaan ditemukan di akhir abad 19 yang hanya bisa
diselesaikan dengan fisika modern. Khususnya, elektrodinamika klasik tanpa relativitas
memperkirakan bahwa kecepatan cahaya adalah relatif konstan dengan Luminiferous aether,
perkiraan yang sulit diselesaikan dengan mekanik klasik dan yang menuju kepada pengembangan
relativitas khusus. Ketika digabungkan dengan termodinamika klasik, mekanika klasik menuju ke
paradoks Gibbs yang menjelaskan entropi bukan kuantitas yang jelas dan ke penghancuran
ultraviolet yang memperkirakan benda hitam mengeluarkan energi yang sangat besar. Usaha
untuk menyelesaikan permasalahan ini menuju ke pengembangan mekanika kuantum.

3. Fenomena Era Fisika Modern
1. Radiasi Benda Hitam
Kegagalan fisika klasik bermula di akhir abad ke-19 ketika
para ilmuwan tidak mampu menjelaskan fenomena radiasi
benda hitam. Meskipun tidak ada benda yang benar-benar
hitam sempurna di dunia ini, secara teori benda hitam akan
menyerap semua cahaya yang datang tanpa memancarkan
radiasi energi berupa panas seperti benda-benda lainnya.
Namun faktanya benda hitam tetap memancarkan radiasi
energi dengan tingkatan atau intensitas yang berbeda.
Intensitas ini dapat diprediksi dengan mengetahui
temperaturnya menggunakan Hukum Rayleigh-Jeans.
Hukum Rayleigh-Jeans ditemukan oleh Lord Rayleigh dan
Sir James Jeans, dua ilmuwan asal Inggris tahun 1900.
Menurut hukum tersebut, semakin pendek suatu
gelombang, seperti sinar ultraviolet, maka intensitas radiasi
energinya semakin tinggi menuju tak hingga.
Model benda hitam ideal yang
menyerap radiasi melalui
pemantulan berulang.

4. Fenomena Era Fisika Modern
2. Efek Fotolistrik
Peristiwa efek fotolistrik pertama kali diamati oleh fisikawan
asal Jerman, Heinrich Hertz tahun 1887. Peristiwa ini
berkaitan dengan suatu permukaan logam yang disinari oleh
cahaya. Hasil dari penyinaran ini nantinya akan melepas
elektron dari permukaan logam. Elektron yang lepas ini dapat
diketahui karena muncul arus listrik. Munculnya arus listrik
karena cahaya ini kemudian disebut sebagai efek fotolistrik.
Menurut Young, cahaya adalah gelombang yang mampu
melepaskan elektron karena adanya transfer energi dari
cahaya ke elektron. Energi elektron yang lepas dari
permukaan logam akan dipengaruhi oleh intensitas cahaya,
yakni seberapa terang cahaya tersebut menyinari permukaan
logam. Semakin terang cahayanya, semakin besar energi
elektronnya.
Skema Perangkat
Eksperimen Fotolistrik

5. Fenomena Era Fisika Modern
3. Spektrum Cahaya oleh Atom Hidrogen
Atom hidrogen jika dipanaskan pada suhu tinggi, akan mengeluarkan cahaya. Namun cahaya
yang dipancarkan tidak meliputi semua warna, melinkan hanya cahaya dengan frekuensi
tertentu.
Diagram Skematik Spektrum Cahaya oleh Atom Hidrogen

6. Fenomena Era Fisika Modern
4. Teori Kuantum
Pada tahun 1900, seorang fisikawan asal Jerman, Max Planck muncul dengan gebrakan baru
yang menjadi awal munculnya fisika modern. Planck mampu menjelaskan permasalahan
bencana ultraviolet yang sebelumnya tidak mampu dijelaskan oleh ilmuwan-ilmuwan lainnya.
Menurut Planck, radiasi elektromagnetik yang dipancarkan suatu benda terbagi-bagi, atau
diskret ke dalam paket-paket energi yang disebut Kuantum. Besarnya energi ini bergantung
pada besarnya frekuensi gelombang elektromagnetik. Planck menjelaskan teorinya ini dengan
rumus matematik berikut.
𝐸 = 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 𝐽
ℎ = 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑎 𝑃𝑙𝑎𝑛𝑐𝑘 6,626. 10−34
𝐽𝑠
𝑣 = 𝑓𝑟𝑒𝑘𝑢𝑒𝑛𝑠𝑖 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑠𝑖 (𝑠−1
)
𝐸 = ℎ. 𝑣

7. ALBERT EINSTEN
Albert Einstein pada tahun 1905 mengguncang dunia ilmiah dengan teori
relativitas khususnya. Persamaannya yang terkenal adalah E=mc2,
mengungkapkan bahwa materi dan energi adalah bentuk-bentuk substansi
yang sama yang dapat saling dipertukarkan.
Albert Einstein adalah seorang fisikawan teoritis kelahiran Jerman yang
mengembangkan teori umum relativitas, mempengaruhi sebuah revolusi
dalam dunia fisika. Untuk prestasi ini, Einstein sering dianggap sebagai bapak
fisika modern, fisikawan paling berpengaruh dari abad ke-20 dan juga paling
dikenal karena rumus E = mc2 kesetaraan mass-energi. Einstein menerima
penghargaan “1921 Nobel Prize in Physics” karena teori fisikanya terutama
untuk penemuan hukum efek fotolistrik, yang mana kelanjutannya penting
untuk membangun teori kuantum fisika.
1879-1955

8. MAX PLANCK (1858-1947)
Max Planck dilahirkan di Kiel, Jerman, pada 1858. Max Planck, seorang fisikawan
Jerman, berhasil mengejutkan dunia sains pada 1900, setelah ia mengeluarkan hipotesis
yang menyebutkan bahwa energi radian (energi yang berasal dari gelombang sinar) tidak
dipancarkan secara terus menerus, melainkan dipancarkan dalam potongan-potongan
kecil yang disebut quanta.
Hipotesis Max Planck itu sangat bertentangan dengan teori klasik yang selama ini
dipercaya oleh para ilmuwan. Perbedaan mengenai sinar dan elektromagnet menjadi titik
awal bagi teori kuantum yang merevolusi dunia fisika dan memberikan pemahaman lebih
jauh mengenai hakikat materi dan radiasi.
Para ilmuwan fisika, termasuk Max Planck, tertarik pada penelitian mengenai radiasi
benda hitam, yaitu radiasi elektromagnetik yang dipancarkan oleh benda yang tidak
memantulkan sinar apapun, tetapi menyerap sempurna sinar yang jatuh di atasnya, saat
dipanaskan.
Pencapaian pertamanya adalah penemuan rumus aljabar yang cukup rumit untuk
menggambarkan radiasi benda hitam.
Max Planck dianggap sebagai bapak mekanika kuantum, walau memerankan peran yang
kecil dalam perkembangan lebih lanjut dari teorinya itu.

9. ARTHUR HOLLY COMPTON
Arthur Holly Compton (10 September 1892 – 15 Maret 1962) ialah fisikawan Amerika Serikat
yang menerima Penghargaan Nobel dalam Fisika atas sumbangannya dalam penemuan sebuah
efek yang dinamai menurut namanya (efek Compton).
Setelah menerima Penghargaan Nobel dalam Fisika pada 1927, ia bekerja di Universitas
Chicago untuk mempelajari sinar kosmik dan membantu menjelaskan bahsa sebenarnya sinar
ini terdiri atas partikel yang bergerak cepat (ternyata sekarang partikel itu ialah inti atom, dan
sebagian besar ialah proton) yang berputar dalam ruang dan bukan sinar gamma. Ia
membuktikan hal ini dengan memperlihatkan bahwa intensitas sinar kosmik berubah terhadap
lintang, dan hal ini hanya bisa diterima jika partikel itu ialah ion yang lintasannya dipengaruhi
medan magnet bumi.
Pada efek fotolistrik, cahaya dapat dipandang sebagai kuantum energi dengan energi yang
diskrit. Kuantum energi tidak dapat digambarkan sebagai gelombang tetapi lebih mendekati
bentuk partikel. Partikel cahaya dalam bentuk kuantum dikenal dengan sebutan foton.
Pandangan cahaya sebagai foton diperkuat lagi melalui gejala yang dikenal sebagai efek
Compton.
Jika seberkas sinar-X ditembakkan ke sebuah elektron bebas yang diam, sinar-X akan
mengalami perubahan panjang gelombang dimana panjang gelombang sinar-X menjadi lebih
besar. Gejala ini dikenal sebagai efek Compton, sesuai dengan nama penemunya, yaitu Arthur
Holly Compton. Sinar-X digambarkan sebagai foton yang bertumbukan dengan elektron
(seperti halnya dua bola bilyar yang bertumbukan).
1892-1962

10. FRANCIS WILLIAM ASTON
Francis W. Aston adalah ahli fisika inggris, penemu spektrograf massa
(1991), pemenang hadiah Nobel (1922) untuk kimia karena menemukan
isotop. Buku karangannya berjudul “Isotop” (1922), “Spektrograf Massa dan
Isotop” (1942).
Pada tahun 1914-1918 pecah perang Dunia l. Aston diangkat jadi insinyur
pesawat tempur. Sesudah perang selesai ia kembali ke Cambridge. Di sini ia
membuat alat sinar positif jenis baru. Alat itu ia beri nama Spektrograf
Massa. Dengan alat ini ia dapat memisahkan atom-atom yang berlainan
massanya dan mengukur bobotnya dengan ketepatan yang luar biasa.
Dengan alat ini ia dapat memisahkan atom-atom yang berlainan massanya
dan mengukur bobotnya dengan ketepatan yang luar biasa. Aston dapat
menemukan 212 dari 287 isotop yang terjadi secara alamiah. Karena
prestasinya, pada tahun 1921 Francis William Aston diangkat jadi anggota
Royal Society.
1877-1945

11. Erwin Schordinger (1887-1961)
Erwin Schrödinger adalah seorang ilmuwan yang dikenal sebagai tokoh yang cukup
berpengaruh di bidang fisika modern.
Ia seorang perwira artileri pada saat PD 1, Setelah perang ia mengajar di Zurich,
Swiss. Di sana, ia menangkap pengertian Louis Victor de Broglie yang menyatakan
bahwa partikel yang bergerak memiliki sifat gelombang dan mengembangkan
pengertian itu menjadi suatu teori yang terperinci dengan baik. Setelah ia
menemukan persamaannya yang terkenal, ia dan ilmuwan lainnya memecahkan
persamaan itu untuk berbagai masalah, di sini kuantisasi muncul secara alamiah,
misalnya dalam masalah tali yang bergetar. Setahun sebelumnya Werner Karl
Heisenberg telah mengemukakan formulasi mekanika kuantum, namun
perumusannya agak sulit dipahami ilmuwan masa itu. Schrodinger memperlihatkan
bahwa kedua formulasi itu setara secara matematis.
Teori mekanika gelombang dikembangkan oleh Schrodinger pada tahun 1926. Teori
ini lebih ditekankan pada aspek gelombang dalam melukiskan proses-proses fisis.
Kelakuan satu sistem yang mengandung besaran-besaran fisis tenaga dan impuls
dilukiskan dalam bentuk fungsi gelombang.

12. IRENE CURIE
Irène Joliot-Curie nama keluarga saat gadis Curie yang lahir pada tanggal 12
September 1897 dan meninggal pada tanggal 17 Maret 1956 pada umur 59
tahun. Ia merupakan ilmuwati Prancis, putri Marie Currrie dan Pierre Curie dan
istri dari Jean Frederic Joliot-Curie. Dimana Marrie Curie adalah seorang
fisikawan Perancis yang lahir di Polandia yang terkenal karena karyanya
tentang radioaktivitas dan merupakan wanita pertama yang memenangkan dua
hadiah Nobel dalam bidang yang berbeda, yaitu Fisika dan Kimia.
Penelitian Irene berkisar di seputar partikel-partikel alpha yang dipancarkan
oleh unsur polonium yang radioaktif. Polonium tersebut merupakan elemen
yang ditemukan oleh Marie Curie di tahun 1898 dan merupakan unsur
radioaktif yang sangat sering digunakan para peneliti saat itu untuk mempelajari
inti atom. Kegunaannya sebagai bahan penelitian disebabkan oleh karena
polonium hanya memancarkan satu jenis radiasi: partikel-partikel alpha (inti
atom Helium). Biasanya mereka meletakkan polonium dekat bahan atau unsur
lain yang tidak radioaktif dan mempelajari berbagai partikel yang terkeluarkan
dari bahan tersebut. Tahun 1934 mereka berpendapat bahwa dimana-mana
setelah menemukan suatu zat, maka terjadi suatu zat baru yang memancarkan
bagian-bagian materi setelah penembakan itu berakhir, zat baru itu sering
disebut dengan Radioaktif buatan.
1897-1956

13. WOLFGANG PAULI(1900-1958)
Wolfgang Ernest Pauli adalah seorang fisikawan teoritis dari Austria yang merupakan
salah satu pelopor Fisika Kuantum.
Pauli diangkat menjadi dosen di University of Hamburg pada tahun 1923, Pada tahun
1925 ia memperkenalkan prinsip pengecualian, yang segera membuat memperjelas
struktur tabel periodik elemen. Sehingga pada tahun 1945, setelah dinominasikan oleh
Albert Einstein, ia menerima Penghargaan Nobel Fisika atas kontribusinya melalui
penemuan hukum alam baru, prinsip pengecualian yang kemudian dikenal sebagai
prinsip Pauli.
Pada akhir tahun 1920an ditemukan bahwa ketika sebuah partikel beta (elektron)
dipancarkan dari inti atom, umumnya ada beberapa energi dan momentum yang hilang,
ini bertentangan dengan hukum konservasi.
Pauli mengusulkan pada tahun 1931 bahwa energi dan momentum yang hilang terbawa
dari inti oleh beberapa partikel (kemudian dinamakan neutrino oleh Enrico Fermi) yang
tidak bermuatan dan memiliki massa sedikit, telah hilang tanpa jejak karena
berinteraksi dengan materi sehingga kecil kemungkinannya akan dapat terdeteksi.
Neutrino akhirnya dapat diamati pada tahun 1956.
Pada tahun 1958, Pauli dianugerahi medali Max Planck.

14. WERNER KARL HEISENBERG
Werner Karl Heisenberg lahir di Würzburg, Jerman pada tanggal 5 Desember
1901 dan meninggal di München, Jerman pada 1 Februari 1976 pada umur 74
tahun. Heisenberg adalah seorang ahli teori sub-atom dari Jerman. Heisenberg
merupakan pemenang Penghargaan Nobel dalam Fisika 1932.
Satu dari perhatian utama Heisenberg ialah menyusun masalah dalam model atom Bohr-
Rutherford. Pada usia 22 tahun saat menderita alergi berpikir dan memecahkan masalah
model atom. Ia merealisasikan pembatasan model visual dan mengusulkan bekerja keras
dengan data eksperimental dan hasil matematika. Untuk melakukannya ia menerapkan
sistem matematika pada fisika atom, disebut mekanika matriks.
Kontribusi terpenting Werner Heisenberg adalah teori struktur atom. Tahun 1925, ia mulai
menyumbangkan perannya dalam bidang fisika melalui mekanika kuantum dengan
memperkenalkan persamaan matematika yang disebut dengan "mekanika matriks".
Heisenberg kemudian menemukan sebuah teori "Prinsip Ketidakpastian" dalam Teori
Kuantum. Teori ini menyatakan bahwa dalam mekanika kuantum, jumlah partikel atom
tidak bisa diketahui secara pasti dan stimultan, dan selalu membentuk pasangan. Prinsip
Ketidakpastian Heisenberg ini memainkan peran penting dalam fisika abad 20, khususnya
pengembangan mekanika kuantum. Prinsip ketidakpastian berpengaruh terhadap
perkembangan filsafat modern.
1901-1976

15. PAUL A.M MAURICE DIRAC
(1984-1902)
Paul Adrien Maurice Dirac OM FRS lahir di Bristol, Britania Raya, 8 Agustus 1902 dan meninggal di
Tallahassee, Amerika Serikat, 20 Oktober 1984 pada usia 82 tahun. Beliau adalah seorang fisikawan
Britania Raya yang dianugerahi Penghargaan Nobel dalam Fisika 1933 bersama dengan Erwin
Schrödinger.
Direc adalah orang pertama yang mengembangkan teori medan kuantum yang menjadi landasan bagi
pengembangan seluruh teori tentang partikel subatom atau partikel elementer. Hasil dari pekerjaan yang
dilakukan oleh direc memberikan dasar bagi pemahaman kita tentang gaya-gaya alamiah. Selanjutnya Paul
Dirac melakukan kuantisasi medan gravitasi dan membangun teori medan kuantum umum dengan
konstrain dinamis, yang memberikan landasan bagi terbentuknya Teori Gauge dan Teori Superstring,
sebagai kandidat Teory Of Everything, yang berkembang sekarang.
Akhir September tahun 1925 adalah langkah awal Direc dalam menemukan teori kuantumnya. Saat itu, R
H Fowler, pembimbing risetnya, menerima salinan makalah dari Werner Heisenberg berisi penjelasan dan
pembuktian teori kuantum lama Bohr dan Sommerfeld. Beberapa pekan kemudian setelah kembali ke
Cambridge, Dirac tersadar bahwa bentuk matematika tersebut mempunyai bentuk yang sama dengan
kurung poisson (poisson Bracket) yang terdapat dalam fisika klasik dalam pembahasan tentang dinamika
klasik dari gerak partikel. Didasarkan pada pemikiran ini dengan cepat dia merumuskan ulang teori
kuantum yang didasarkan pada variabel dinamis non-komut (non-comuting dinamical variables). Cara ini
membawanya kepada formulasi mekanika kuantum yang lebih umum dibandingkan dengan yang telah
dirumuskan oleh fisikawan yang lain.

16. GEORGE GAMOW
George Gamow lahir di Odessa, Kekaisaran Rusia (sekarang di Ukraina. Ayahnya
mengajar bahasa Rusia dan sastra di sekolah tinggi, dan ibunya mengajar geografi
dan sejarah di sekolah untuk anak perempuan.
Pada wisuda, dia bekerja pada teori kuantum di Göttingen, di mana penelitiannya ke
dalam inti atom memberikan dasar untuk doktor. Dia kemudian bekerja di Fisika
Teoritis Institute dari University of Copenhagen (1928-1931), dengan istirahat
untuk bekerja dengan Ernest Rutherford di Laboratorium Cavendish, Cambridge.
Dia terus belajar inti atom tetapi juga bekerja pada fisika bintang dengan Robert
Atkinson dan Fritz Houtermans..
Gamow tertarik dalam proses evolusi bintang dan sejarah awal Tata Surya. Pada
tahun 1945, ia ikut menulis kertas mendukung pekerjaan oleh fisikawan teoritis
Jerman Carl Friedrich von Weizsäcker pada pembentukan planet di tata surya awal.
Pada awal abad ke-20, bahan radioaktif diketahui memiliki karakteristik
eksponensial tingkat peluruhan atau setengah hidup. Pada saat yang sama, emisi
radiasi diketahui memiliki energi karakteristik tertentu. Tahun 1928, Gamow telah
memecahkan teori peluruhan alpha dari inti melalui tunneling, dengan bantuan
matematika dari Nikolai Kochin. Masalah ini juga diselesaikan secara independen
oleh Ronald W. Gurney dan Edward U. Condon. Gurney dan Condon tidak
mencapai hasil kuantitatif yang dicapai oleh Gamow.

17. LOUIS EUGENE FELIX NEEL
(1904-2000)
Louis Eugène Félix Néel adalah seorang fisikawan Perancis yang lahir di Lyon pada 22
November 1904 dan meninggal pada 17 November 2000.
Kontribusinya untuk fisika keadaan padat telah menemukan berbagai aplikasi yang
berguna, khususnya dalam pengembangan peningkatan unit memori komputer. Sekitar
tahun 1930 ia menyarankan bahwa bentuk baru perilaku magnetik mungkin ada yang
disebut antiferromagnetisme sebagai lawan ferromagnetism yang telah menyebabkan
aplikasi penting dalam fisika keadaan padat fundamental.
Pada tahun 1947 Néel menunjukkan bahwa bahan-bahan juga bisa menunjukkan
ferrimagnetisme. Néel juga telah memberikan penjelasan tentang magnet lemah batuan
tertentu, yang memungkinkan studi sejarah medan magnet bumi.
Temuannya tentang antiferromagnetisme dan ferromagnetism menyebabkan aplikasi
penting dalam fisika pada keadaan padat. Ia menerbitkan lebih dari 200 makalah tentang
aspek magnet, memendarkan cahaya pada bagaimana molekul magnetik berperilaku.
Dia menetapkan bahwa kekuatan dan bentuk zona-zona magnet yang diprediksi. Dan ia
menemukan '' merayap magnetik, '' variasi magnet yang disebabkan oleh panas dan
perubahan distribusi atom. Penemuan tersebut membantu insinyur elektronik
mengembangkan partikel sangat kecil yang dapat digunakan untuk menyimpan informasi
secara magnetis di inti memori komputer, yang menyebabkan sangat meningkatkan unit
memori komputer.

18. Dampak Fisika Modern
Pengaruh dari penemuan tersebut telah dan sedang mengubah pandangan dunia (World
view) kita. Eksperimen mekanika kuantum selalu menghasilkan penemuan yang tidak dapat
diprediksi atau dijelaskan oleh fisika Newton. Tetapi meski fisika Newton tidak mampu
menjelaskan fenomena realitas mikroskopis, ia tetap dapat menjelaskan fenomena
makroskopis dengan baik (walaupun sesungguhnya realitas makroskopis tersusun oleh realitas
mikroskopis). Perbedaan fundamental antara fisika klasik dan kontemporer. Fisika klasik
berasumsi ada eksternal world yang terpisah dari diri kita. Fisika klasik kemudian juga
beranggapan bahwa kita dapat mengamati, mengkalkulasi, dan mengira-ngira dunia luar
tersebut tanpa merubahnya. Menurut fisika klasik, dunia luar tersebut tidak berbeda dengan
diri dan kebutuhan-kebutuhan kita. Kita juga dapat menunjukkan bahwa cahaya merupakan
partikel sekaligus gelombang dengan Hamburan Compton. Sebelumnya untuk mengetahui
sifat partikel dari cahaya digunakan efek fotolistrik, dan menunjukkan cahaya mirip gelombang
dengan eksperimen celah ganda-young. Teori relativitas memperkirakan bahwa kecepatan
cahaya adalah relatif konstan dan setiap gerak adalah relatif terhadap kerangka acuan khusus
yang bukan merupakan kerangka acuan universal.

19. Terima Kasih

20. Pertanyaan
● Nurila (2)
Mengenai fenomena bencana ultraviolet, kira-kira apakah bencana tersebut akan terjadi? Atau jika tidak,
masi perlukah kita mempelajari fenomena tersebut?
● Neysa
Compton, pada efek fotolistrik. Maksud dari cahaya dipandang sebagai kuantum energi dimana energi
tersebut merupakan energi listrik?
● Nesa
Schrodinger, teori apa yang beliau dapatkan dari de Broglie?