5 September 1906, seorang ilmuwan gantung diri di sebuah hotel, namanya Ludwig Bosman. Ironinya, dia bunuh diri bukan karena masalah pribadi atau masalah ekonomi. Dia bunuh diri karena percaya pada satu konsep yang pada waktu itu tidak diterima kebanyakan ilmuwan, yaitu atom.
Ya, atom yang sering kita bicarakan dalam fisika, dulu adalah sesuatu yang kontroversial. Bahkan mempercayainya, dianggap sama dengan percaya tahayul. Ya karena atom itu tidak bisa dilihat. Ya walaupun hari ini ada mikroskop khusus yang bisa mendeteksi atom, tapi bayangkan hidup 100-200 tahun yang lalu, di mana teknologi belum secanggih sekarang.
Ada orang mempercaya atom. Objek yang kecilnya keterlaluan, sampai rambut pun harus dibelah 1 juta kali untuk mendapatkan atom. Tentu akan dibilang halu.
Itulah yang dialami Ludwig Boltzmann. Boltzmann sangat percaya atom itu ada, sampai dibuli oleh ilmuwan lainnya. Keyakinan Boltzmann ini bukan tanpa alasan, karena teori atomnya bisa menjelaskan banyak fenomena, seperti suhu dan tekanan, sampai Boltzmann menemukan satu rumus yang terkenal sampai sekarang, yaitu rumus entropi. Sayangnya Boltzmann tidak kuat mental, menghadapi tantangan ilmuwan lainnya untuk membuktikan atom, sehingga dia depresi dan akhirnya bunuh diri.
Di batu nisannya tertulis rumusnya yang terkenal, rumus entropi, dimanakah adalah Konstanta Boltzmann. Ironinya guys, ketika Boltzmann bunuh diri di tahun 1906, dia tidak sadar bahwa teorinya terbukti benar. Karena sebelum dia meninggal, seorang ilmuwan muda menerbitkan sebuah makalah yang tidak bisa dibantah bahwa atom itu memang nyata.
Orang itu adalah Albert Einstein. Jadi perlu kalian tahu bahwa sebelum Einstein terkenal dengan teori relatifitasnya, dia mengawali karirnya dengan membuktikan atom. Dan menariknya, dia bisa membuktikan atom itu nyata tanpa perlu melihatnya.
Jadi bagaimana Einstein membukti atom itu nyata tanpa perlu melihatnya? ikan sesuatu yang tak terlihat? Tonton video ini sampai habis, kita bahas cerita menarik tentang atom yang mungkin jarang kalian dengar.
Karena itu guys, siapkan akalnya dan siapkan imannya, karena kita akan masuk pada kajian yang bisa membuat kalian gila. Water, Earth, Fire, Air Sebelum kita bahas tentang atom, mungkin kalian perlu tahu cerita ini. Bahwa dulu orang percaya bahwa alam ini tersusun dari 4 elemen. Air, Tanah, Api, dan Udara. Ya seperti yang ada di cerita Avatar.
Hanya saja dalam versi sebenarnya, ini bukan tentang kesaktian seseorang. Tapi ini adalah tentang bagaimana alam semesta ini tersusun. Jadi sekitar 2.500 tahun yang lalu, para filsuf Yunani sudah bertanya, dari unsur atau elemen apa alam ini tersusun? Thales berpikir bahwa elemen paling dasar adalah air, karena tidak ada yang bisa hidup tanpa air. Anaximenes berpikir berbeda, menurutnya elemen paling dasar adalah udara, karena air sendiri menurutnya perasan dari udara, terbukti air turun dari langit ketika hujan turun.
Heraklitus berpikir lain lagi, elemen paling dasar adalah api, karena api bisa mengubah segala sesuatu. Api bisa mengubah kayu jadi abu, api bisa mengubah air jadi udara, dan seterusnya. Nah ketiga argumen tersebut dibenarkan oleh Empedocles, tapi dia menambahkan tanah.
Karena tanahlah yang membuat sesuatu jadi solid, tanahlah yang membuat segala sesuatu punya bentuk. Aristoteles kemudian menyempurnakan konsep keempat elemen ini dengan menambahkan bahwa keempat elemen itu punya sifat. Air itu dingin dan basah, tanah itu dingin dan kering, udara itu panas dan basah, api itu panas dan kering.
Aristoteles juga menambahkan bahwa keempat elemen ini tidak statis, tapi bisa berubah-ubah. Air misalnya ketika dipanaskan akan berubah jadi uap, dan ketika didinginkan jadi es. Nah konsep empat elemennya Aristoteles inilah yang menjadi rujukan semua filosof pada saat itu. Tapi ada satu filosof yang agak... Yaitu Demokritus.
Dia bertentangan dengan Aristoteles. Dia berpikir bahwa kalau alam ini adalah alam materi, maka seharusnya dia tersusun dari sesuatu yang tidak berubah. Dan tidak mungkin sesuatu tidak ada batasnya. Kalau sebuah objek di zoom terus-terusan, tidak mungkin tidak ada ujungnya.
Dia pasti berhenti pada satu elemen yang tidak bisa lagi dipecah. Itulah elemen paling dasar. Dan Demokritus menyebutnya Atom.
Dari kata Atomos. yang artinya tidak bisa dibelah. Sayangnya konsep atomnya Democritus ini dianggap tidak masuk akal.
Siapa juga yang mau percaya pada sesuatu yang tidak bisa dilihat. Konsepnya Aristoteles lebih masuk akal. Sehingga konsep empat elemen ini bertahan selama berabad-abad.
Sampai ditemukannya Alchimia. Alkimia adalah cikal bakalnya kimia yang kita pelajari sekarang. Disebut alkimia karena itu serapan dari bahasa Arab. Karena yang mempopularkannya adalah ilmuwan-ilmuwan muslim di abad ke-10 dan ke-11. Mereka menemukan teknik-teknik bagaimana menggunakan alkimia.
mengubah sebuah zat jadi zat lain. Dengan cepat ilmu ini berkembang di seluruh dunia, termasuk di Eropa. Bahkan banyak orang Eropa yang terobsesi menjadi seorang alkemis. Terutama karena pada waktu itu beredar sebuah legenda tentang adanya sebuah batu yang bisa merubah sesuatu jadi emas yang disebut Philosopher's Stone. Tapi poinnya adalah ilmu alkemia ini pada akhirnya membuktikan bahwa ternyata Aristoteles salah.
Di abad 18, Joseph Priestley, seorang ahli alkimia dari Inggris, membuktikan bahwa udara bukanlah unsur utama, melainkan campuran dari unsur-unsur lain. Dia melakukan percobaan yang mungkin di antara kalian pernah mencobanya. Dia menempatkan...
Lillian menyala di dalam toples tertutup. Ternyata apinya lama-lama mati. Lalu dia memasukkan tikus di dalamnya bersama Lillian.
Tikus itu pun mati hampir bersamaan dengan matinya Lillian. Disitulah Frisley menduga bahwa pasti ada sesuatu yang berlaku. satu unsur yang diambil dari udara, yang itu dibutuhkan oleh tikus danilin untuk hidup. Berikutnya dia menempatkan tanaman di dalamnya, dan ternyata tikus danilin bisa bertahan hidup.
Artinya unsur itu bisa diproduksi oleh tanaman. Nah unsur atau elemen yang ditemukan oleh Prisley ini, yang hari ini kita sebut oksigen. Di tempat lain, Henry Cavendish membuktikan bahwa air juga bukanlah unsur utama.
Dia mereaksikan logam dengan asam. Hasilnya adalah sebuah gas yang mudah terbakar. Dan ketika dia membakar gas itu di dalam tabung, gas itu menghasilkan air yang menempel di dinding-dinding tabung.
Artinya air bukanlah unsur utama, melainkan hasil reaksi dari gas tadi dengan api. Nah gas itulah yang hari ini kita sebut hidrogen. Nah percobaan-percobaan seperti ini terus dikembangkan oleh ahli-ahli kimia lainnya, sehingga ditemukan lebih banyak lagi unsur-unsur lainnya.
Artinya gugurlah sudah konsep empat elemennya Aristoteles, tergantikan oleh unsur-unsur ini. Lalu muncullah seorang ahli alkimia yang punya pemikiran revolusioner, namanya John Dalton. John Dalton di awal abad ke-19 menemukan fakta menarik, bahwa unsur-unsur tadi bisa bergabung membentuk senyawa dengan rasio yang selalu tetap. Misalnya air selalu terbentuk dari gas hidrogen dan gas oksigen dengan rasio 2 banding 1. Maka dia pun berpikir, kalau rasionya selalu sama, Maka betapapun kecilnya jumlah air, rasionya selalu hidrogen 2, oksigen 1. Maka Dalton pun berpikir, jangan-jangan demokritus benar. Bahwa sebenarnya air itu tersusun dari atom-atom, di mana unit terkecilnya adalah 2 atom hidrogen dan 1 atom oksigen.
Sehingga itulah yang dinamakan H2O. kan John Dalton pun kembali menghidupkan konsep atomnya Democritus yang sudah lama terkubur. Dalam bukunya, John Dalton membuat daftar unsur lengkap dengan gambaran atom-atomnya dan bagaimana atom-atom itu bergabung menjadi senyawa.
Hanya saja pada saat itu, Waktu itu Dalton tidak tahu seperti apa bentuk atom, sehingga dia menggambarnya dalam bentuk bulatan-bulatan kecil yang bervariasi. Variasi itu untuk membedakan atom dari unsur yang satu dengan atom dari unsur yang lain. Walaupun atomnya Dalton bisa dibilang masih primitif, tapi setidaknya dialah yang pertama mempolopori teori atom.
Dan sejak saat itu perdebatan tentang atom pun dimulai. Apakah atom itu nyata atau tidak? Nah, untuk menjawab apakah atom itu nyata atau tidak, kita harus membahas satu persoalan penting dalam fisika, yaitu energi.
Tentu kalian pernah mendengar hukum kekekalan energi, yaitu energi tidak dapat diciptakan dan energi tidak dapat dimustahkan. Tapi energi bisa diubah ke bentuk lain. Contohnya panas.
Panas adalah salah satu bentuk energi, dan bisa diubah menjadi energi lain, yaitu gerak. Itu yang terjadi pada mesin uap. Mesin uap mengubah panas jadi gerak.
Tapi pada waktu itu ada seorang ilmuwan yang berpikir agak lain, yaitu Ludwig Boltzmann. Boltzmann berpikir, tidak mungkin panas begitu saja berubah menjadi gerak, karena gerak hanya bisa dihasilkan dari gerak lainnya. Simpelnya seperti bola bilyar. Bola bilyar yang diam hanya bisa bergerak kalau dia ditumbuk oleh bola bilyar yang lain.
Maka Boltzmann pun mengembangkan sebuah teori yang disebut teori kinetik gas. Bahwa gas atau udara pada dasarnya adalah kumpulan partikel-partikel kecil yang tak terlihat. Dan partikel-partikel ini bergerak secara acak, menumbuk kesana kemari seperti bola biliar.
Nah, kecepatan partikel-partikel ini saling bertumbukan, itulah yang kita rasakan sebagai panas. Semakin kencang partikel-partikelnya bertumbukan, semakin panas yang kita rasakan. Dan karena dia menumbuk lingkungan sekitarnya, maka semakin kencang partikelnya, semakin tinggi tekanannya. Dan ini pun bisa menjawab fenomena dalam mesin uap, atau yang paling gampang dalam mesin kendaraan. Mengapa bensin bisa menggerakkan roda?
karena bensin dibakar di dalam silinder yang menyebabkan udara di dalamnya sangat panas. Dalam kondisi panas itulah partikel-partikel bergerak sangat kencang dan menumbuk dinding silinder dan piston, sehingga piston pun terdorong dan pada akhirnya menggerakkan roda. Jadi sama seperti Dalton, Boltzmann pun berpikir bahwa pasti segala sesuatu tersusun dari atom-atom. Sayangnya, Boltzmann mendapat pertentangan dari fisikawan lainnya, termasuk rekan-rekannya sendiri. Ya karena atom itu tidak bisa dilihat, bagaimana membuktikan sesuatu yang tak terlihat?
Dan sayangnya lagi, Boltzmann ini punya masalah mental. Dia sangat mudah stres. Bahkan dia mengundurkan diri dari kampus tempatnya mengajar, demi menghindari orang-orang yang menentangnya. Beberapa tahun kemudian, Boltzmann pun didiagnosa punya penyakit bipolar, sampai dokternya menyarankan dia berhenti dari aktivitas saintifiknya.
Dan pada tahun 1906, Ludwig Boltzmann pun akhirnya bunuh diri karena depresi. Ironi ya guys, ketika dia bunuh diri, dia tidak tahu bahwa sebetulnya setahun sebelumnya, seseorang telah berhasil membuktikan atom berdasarkan teorinya. Dan orang itu adalah Albert Einstein.
I don't recall any Einstein. He's not a professor, he's a patent clerk. Patent clerk?
Di tahun 1905, awalnya Einstein bukan siapa-siapa. Dia hanya seorang karyawan di kantor patent. Tapi tiba-tiba, dia dianggap jenius karena menerbitkan 4 makalah fisika sekaligus, hanya dalam waktu 1 tahun. Dan keempat-empat makalahnya merevolusi fisika pada waktu itu.
Tidak ada yang bisa melakukannya kecuali dia orang jenius. Maka di tahun itu pun Einstein mendapat gelar Anus Mirabilis. Gelar yang sama yang diberikan kepada Newton yang artinya tahun keajaiban. Saya belum pernah melihat sesuatu seperti ini sejak Newton's Anus Mirabilis.
Dr. Lauer, apakah Anda benar-benar membandingkan Einstein dengan Sir Isaac Newton? Dua di antara empat makalahnya mungkin sudah kalian kenal, yaitu tentang teori relatifitas khusus dan rumus EMC kuadrat. Tapi ada satu makalahnya yang jarang dikenal, yaitu tentang Brownian Motion.
Brownian Motion inilah yang membuktikan bahwa atom itu ada. Apa itu Brownian Motion? Brownian motion adalah gerak acak benda kecil di dalam air.
Fenomena ini ditemukan pertama kali oleh Robert Brown di tahun 1827. Robert Brown bukan orang fisika, dia ahli tanaman. Ketika dia menaburkan serbuk sari di atas air dan memperhatikannya menggunakan mikroskop, dia melihat sesuatu yang aneh. Butiran serbuk sari itu bergerak-gerak seolah-olah mereka hidup. Awalnya dia mengira serbuk sari itu memang hidup.
Tapi setelah diperhatikan, makhluk hidup tidak bergerak seperti itu. Pasti ada sebab lain yang menyebabkannya bergerak. Nah fenomena aneh ini tidak bisa terjawab selama 80 tahun sampai Einstein membuat makalah ini.
Menurut Einstein dalam makalahnya, Brownian motion tidak mungkin terjadi kecuali air itu sendiri adalah partikel-partikel yang lebih kecil dari butiran serbuk sari. Analoginya seperti dalam model berikut. Kapas putih ini bergerak karena dia dikepung oleh bola-bola kecil yang bergetar dan jumlahnya sangat banyak.
Atau yang lebih jelas bisa kalian lihat dalam animasi berikut. Nah kalau bola-bola kecilnya disembunyikan, maka kalian akan melihat seolah-olah bola putihnya bergerak sendiri. Itulah yang terjadi pada serbuk sari. Jadi pada dasarnya Einstein menggunakan teori kinetiknya Boltzmann untuk memecahkan fenomena Brownian Motion. Sekaligus membuktikan bahwa atom atau molekul itu memang ada.
Tapi kalian perlu tahu guys, bahwa argumen Einstein ini tidak berarti. Tidak sekedar asumsi, dia membuktikannya secara matematis. Bahkan dengan rumusannya, dia bisa menghitung berapa ukuran atom sekaligus berat atomnya.
Bagaimana caranya? Disinilah cerdiknya Einstein. Dia menggunakan rumus yang sebetulnya sudah dikenal ilmuwan-ilmuwan sebelumnya, yaitu tentang dinamika fluida. Jadi Einstein bisa mengambil ekwasi dari dunia yang tidak bisa kita lihat dan menggabungkannya dengan hal-hal yang bisa kita lihat. Dengan menghitung kekentalan air, temperatur, termasuk seberapa jauh serbuk salinya bergerak, dia bisa menghitung berapa ukuran dan berat molekul air.
Ini sama seperti kalian menghitung berat pingguin dengan menghitung seberapa jauh bongkahan esnya bergerak ketika pingguin itu meluncur. Walaupun argumennya Einstein pada saat itu sebatas teori, Tapi pada tahun 1908, teori Einstein ini terbukti lewat eksperimen oleh Jan Perin. Yang membuat Jan Perin mendapatkan hadiah Nobel.
Dan konsep atom pun akhirnya diterima. Yaitulah sedikit cerita tentang atom guys. Tentu ceritanya akan lebih panjang kalau kita masuk ke struktur atomnya, di mana di dalamnya ada elektron, proton, dan neutron.
Tapi setidaknya dari konten ini, kalian tahu dari mana konsep atom itu muncul, dan bagaimana konsep atom itu akhirnya diterima. Pelajarannya adalah, tidak selamanya sebuah akibat ditimbulkan oleh sebab yang terlihat, tapi akibat bisa ditimbulkan oleh sebab yang tak terlihat.