5 Prinsip Dalam Fisika: Korespondensi, Komplementaritas, Simetri, Kovariasi, Ekuivalensi

Dalam artikel sebelumnya, mimin telah membahas tentang prinsip dalam fisika yaitu prinsip kausalitas. Prinsip ini sering diartikan dengan hukum sebab-akibat. Nah, pada kesempatan kali ini, mimin akan membahas langsung lima prinsip dalam fisika, apa sajakah lima prinsip tersebut? Mari kita simak penjelasan berikut ini.

1. Prinsip Korespodensi

Pembenaran aturan seleksi yang juga dijumpai dalam fisika dapat diterima dengan bantuan dan penggunaan prinsip korespodensi. Prinsip korespodensi ini digagas oleh Bohr tahun 1923 yang terdiri dari dua bagian (Eisberg dan Resnick, 1985), sebagai berikut.

a. Prediksi-prediksi teori kuantum untuk setiap fisis haruslah berkorespodensi dengan prediksi-prediksi fisika klasik jika ditinjau sistem fisis mikroskopis dengan bilangan kuantum yang sangat besar (mikroskopik).

b. Aturan seleksi berlaku untuk semua interval bilangan kuantum.

Prinsip korespodensi ini menjadi patokan bagi kita untuk menerima atau menolak hasil prediksi sebuah teori fisika yang baru. Prediksi mekanika kuantum untuk kawasan fisika klasik (mikroskopik yang identik dengan bilangan kuantum yang sangat besar) haruslah sama dengan prediksi fisika klasik. Dengan kata lain, prediksi fisika klasik (mikroskopik) harus menjadi bagian dari prediksi mekanika kuantum pada kondisi bilangan kuantum sebuah keadaan fisis sangat besar. Jadi, prinsip korespodensi menjamin keberadaan dan kebenaran prediksi fisika klasik yang sesuai dengan kondisinya yang mikroskopik.

2. Prinsip Komplementaritas

Dalam fisika klasik, energi dapat dipindahkan oleh partikel atau gelombang. Fisika klasik juga membedakan partikel partikel dan gelombang secara jelas. Namun, dalam perkembangannya diketahui bahwa partikel dapat berperilaku sebagai gelombang pada kondisi tertentu atau sebaliknya. Pada kondisi tertentu, partikel akan menunjukkan sifat-sifat gelombang dan pada kondisi yang perperilaku sebagai partikel. Fenomena inilah yang mengakibatkan munculnya istilah dualisme gelombang-partikel materi.

Untuk menjelaskan fenomena itu, Bohr mengajukan prinsip komplementaritas. Prinsip komplementaritas mengatakan bahwa materi dapat menampilkan sifat gelombang dan pada kondisi yang lain menampilkan sifat partikel. Materi dianalogikan dengan sebuah uang logam bersisi dua. Jika kita melemparkan uang logam yang dua sisi (gambar dan angka) itu ke udara, maka setelah jatuh di bumi kita akan melihat salah satu sisi saja (gambar atau angka) dan sisi yang lain tertutup. Pada lemparan berikutnya boleh jadi sisi yang tadi itu juga yang muncul (terlihat) dan salah satu sisinya yang lain tertutu. Tetapi, jika kita terus melakukan lemparan uang itu sampai banyak sekali, maka kita akan memperoleh frekuensi munculnya gambar hampir sama dengan frekuensi munculnya angka. Dengan kata lain, peluang menemukan angka dan gambar adalah setengah. Demikian juga materi memiliki sifat gelombang dan partikel dan sifat yang satu dengan yang lain saling komplementer.

3. Prinsip Kausalitas

Prinsip kausalitas sering juga diartikan sebagai hukum sebab-akibat. Fisikawan meyakini (mengimani, religiositas) bahwa sebuah akibat muncul karena ada penyebabnya. Hal ini mengimplikasikan bahwa sebuah akibat tidak mungkin mendahului sebab. Dengan kata lain, sebab muncul terlebih dahulu baru kemudian timbul akibat. Dalam mempelajari dan merumuskan hukum-hukum alam, fisikawan selalu menguji fenomena alam, hukum-hukum, konsep-konsep, dan teori-teori yang ada atau telah dirumuskannya apakah sesuai dengan prinsip kausalitas (hukum sebab-akibat). Fisika klasik dan Teori Relativitas (khusus dan umum) mengadopsi prinsip kausalitas tersebut secara konsisten. Karena prinsip kausalitas ini juga, orang sering menyebutkan fisika sebagai ilmu eksata-empiris dan bersifat deterministik.

Jika hukum, konsep, atau teori fisika yang dirumuskan melanggar hukum sebab-akibat termasuk keharusan bahwa sebab terlebih dahulu ada baru kemudian muncul akibat, maka harus dijelaskan dan dicari penjelasan mengapa terjadi pelanggaran prinsip kausalitas tersebut. Fisika (Mekanika) kuantum tidak mengadopsi prinsip kausalitas secara konsistem dalam perumusannya. Mekanika kuantum mengadopsi konsep peluang (kebolehjadian) sebagai konsekuensi salah satu postulat  (asas) mekanika kuantum yang menyebutkan bahwa setiap sistem fisis direpresentasikan oleh sebuah fungsi gelombang.

Dalam mekanika  kuantum, sebagai konsekuensi berlakunnya konsep peluang, ada kemungkinan (kebolehjadian) suatu akibat mendahului sebab. Memang pada alam mikroskopik ada teramati beberapa gejala (fenomena) fisis yang tidak tunduk pada hukum sebab-akibat. Demikian juga beberapa fenomena fisis seperti gejala radioaktivitas, efek Compton, efek fotolistrik, dualisme gelombang-partikel materi dan spectrum garis yang dipancarkan atom tidak dapat dijelaskan oleh fisika (mekanika) klasik. Kehadiran konsep peluang dalam mekanika kuantum mengakibatkan mekanika kuantum bersifat indeterministik. Sifat indeterministik mekanika kuantum itu yang menjadi alasan utama Einstein tidak menerima sepenuhnya konsep mekanika kuantum yang dirumuskan oleh Bohr dan kawan-kawannya merupakan perdebatan paling seru antar ilmuan sepanjang sejarah  perjalanan dan perkembangan ilmu pengetahuan. Perdebatan tersebut tidak hanya menyangkut fenomena dan hukum fisika tetapi sampai menyentuh sisi terdalam filsafat dan religiusitas manusia, dengan ungkapan Tuhan tidak bermain dadu di alam semesta (Einstein) dan jawaban Bohr yang mengatakan Tuhan memang tidak bermain dadu, tetapi Ia kadang-kadang melempar dadunya ke tempat yang tidak kita ketahui.

Dari perdebatan tersebut kita dapat simpulkan bahwa Eisntein dan Bohr  (keduannya fisikawan sekaligus filusuf) mengakui eksistensi dan kehadiran serta campur tangan Tuhan (bukan hanya sebagai Causa Primasaja) dalam alam semesta dan tentunnya juga dalam kehidupan manusia sebagai bagian yang tidak terpisahkan dari alam semsesta itu sendiri. Pengakuan dan ungkapan yang elegan dan jujur dari seorang ilmuan terhadap kaitan ilmu dan agama dalam kehidupan ini dinyatakan oleh Einstein dengan kalimat agama tanpa ilmu buta dan ilmu tanpa agama pincang.

4. Prinsip Kovariansi

Prinsip kovariansi digagas oleh Einstein dalam usahanya memberikan landasan (asas, postulat) untuk merumuskan teori relativitas khusus. Einstein meyakini bahwa eter yang dianggap sebagai medium rambat cahaya itu tidak ada. Jadi cahaya yang dipancarkan dari matahari sampai ke atmosfer bumi melewati ruang yang hampa. Satu-satunya yang dapat dijadikan patokan dalam pengukuran kecepatan cahaya oleh seorang pengamat adalah kerangka acuan yang relatif tetap terhadap pengamat.

Prinsip kovaris ini mengatakan bahwa hukum-hukum fisika harus kovarian (bentuknya tetap) untuk semua kerangka acuan inersial yang digunakan untuk merumuskan hukum-hukum fisika. Sebagai implikasi prinsip kovariansi itu adalah bahwa semua kerangka acuan ekuivalen.

Penerapan prinsip kovariansi itu dalam mekanika dan postulat kecepatan cahaya yang mengatakan bahwa kecepatan tetap untuk semua kerangka acuan serta ruang dimesi empat (ruang Minkowski) menimbulkan berbagai konsekuensi yang sama sekali berbeda dengan persepsi manusia sebelumnya. Sebagai contoh, muncul konsep kesetaraan massa dan energi, simultanitas, kontraksi panjang, dan sebagainya. Teori realtivitas khusus itu tidak saja berlaku di lingkungan fisika, astrofisika, kosmologi dan ilmu-ilmu sosial, tetapi juga memberikan banyak masukan bagi filsafat. Sebagai contoh, jika kita bertanya pada seseorang apakah dia sudah menjadi orang yang berhasil dalam hidupnya. Maka hampir dapat dipastikan jawabannya yang diberikan (kalau dia sehat dan normal) adalah kata relatif. Demikian juga jika kita bertanya kepada seseorang yang kita jumpai di Malioboro dan kita bertanya apakah kota Yogyakarta cukup aman dan nyaman, hampir pasti jawaban setiap orang dengan kata relatif.

5. Prinsip Ekuivalensi

Dalam teori relativitas umum, Einstein tidak menjadikan kerangka acuan dan kecepatan cahaya sebagai patokan dalam formulasi teori relativitas umum. Prinsip kovariansi masih tetap dipertahankan dan ditambah prinsip ekuivalensi yang berisi dua buah postulat yaitu:

a. Semua sistem koordinat sama baiknya untuk merumuskan hukum-hukum fisika,

b. Persamaan fisika harus berbentuk tensor dan dinyatakan dalam ruang dimensi empat Riemann (Rosser, 1964; Carmeli, 1982).

Berbagai implikasi logis dari teori prinsip-prinsip (postulat) relativitas umum muncul seperi cahaya jika melewati medan gravitasi yang sangat kuat akan mengambil lintasan melengkung (tidak lurus), massa gravitasional sama dengan massa inersia, pertambahan perihelion planet setiap mengitasi matahari, dan sebagainya.

Itu tadi sedikit artikel tentang 5 Prinsip Dalam Fisika: Korespondensi, Komplementaritas, Simetri, Kovariasi, Ekuivalensi. Semoga dapat bermanfaat. Sekian dan sampai jumpa pada artikel selanjutnya. Terimakasih atas kunjuangannya dan jangan lupa untuk di share.

                                         

Sumber : Damanik, Asan. 2009. Pendidikan Sebagai Pembentukan Watak Bangsa Sebuah Refleksi Konsteptual-Kritis dari Sudut Pandang Fisika. Yogyakarta : Penerbit Universitas Sanata Dharma.