Mata kuliah Fisika Modern (FI2204) merupakan mata
kuliah wajib prodi Fisika ITB semester genap yang biasa diambil di tingkat 2.
Dari namanya, mata kuliah ini pasti gak asing di telinga teman-teman karena
istilah “fisika modern” sudah digunakan sejak zaman kalian duduk di bangku SMA.
Waktu TPB pun materinya sudah sedikit dicicip dan pada matkul ini, materinya
akan lebih diperdalam. Matkul ini memberikan wawasan yang sangat baru pada
fenomena fisika yang sudah-sudah karena gagasan-gagasan pada fisika modern
banyak sekali yang kontradiktif/bertentangan dengan pengetahuan fisika yang
sudah dipelajari sebelumnya. Jika ditinjau secara historis, fisika modern
merupakan fisika yang berkembang pada awal abad ke-20. Pada masa tersebut,
“revolusi fisika” terjadi secara besar-besaran dengan munculnya para jagoan
fisika seperti Albert Einstein, Niels Bohr, Erwin Schrӧdinger, Max Planck, dan masih
banyak lagi. Yap, dengan mengikuti matkul ini, diharapkan pola pikir dan
gagasan teman-teman diperbaharui karena matkul ini akan menjadi modal untuk
matkul-matkul wajib di tingkat berikutnya.
Di awal perkuliahan, tentunya akan ada pengantar. Di
pengantar ini, teman-teman akan diajak untuk berpindah konsep dari fisika
klasik ke fisika modern. Banyak eksperimen yang hasilnya gak bisa dijelaskan
dengan fisika klasik. Alhasil, gagasan baru banyak bermunculan dan lahirlah
fisika modern. Hal ini bukan berarti fisika klasik salah, tetapi tidak cocok
untuk diterapkan pada fenomena tertentu. Ketika meninjau suatu hal yang kecepatannya
sangat tinggi (mendekati kecepatan cahaya), kita harus beralih ke teori
relativitas khusus. Ketika meninjau suatu hal yang mikroskopis (sangat kecil,
seukuran atom), kita harus beralih ke teori kuantum. Ketika meninjau sistem
yang sangat besar massa dan ukurannya (misalnya planet), kita harus beralih ke
teori relativitas umum. Matkul ini nantinya akan membahas teori relativitas
khusus (bagian gampangnya) dan pengantar teori kuantum. Bagian susah dari
relativitas khusus dan relativitas umum gak disajikan di sini (bisa klenger
nanti mahasiswa), tapi disajikan di matkul lain. Buku yang digunakan adalah Modern Physics, 3rd edition
karya Kenneth S. Krane dan sering juga mencuplik dari Modern Physics for Scientist and Engineers, 4th edition
karya Stephen T. Thornton dan Andrew Rex. Matkul ini matematikanya gampang,
tapi pemahanam konsepnya yang sulit. Jadi, siap-siap menggali konsep secara
mendalam ya teman-teman.
Sekarang, kita bahas materi untuk setengah semester
pertama. Yang pertama adalah teori relativitas khusus. Jadi, teori ini adalah
teori yang digagaskan oleh Einstein yang sangat radikal dengan fisika klasik.
Inti dari teori ini adalah pengukuran waktu tidak sama di setiap kerangka;
waktu bukanlah hal yang absolut! Hal ini akan menyebabkan efek dilasi waktu dan
kontraksi panjang, adanya penjumlahan kecepatan relativistik, dan definisi
energi-momentum yang baru. Efek-efek ini baru dirasakan jika sistem yang
ditinjau kecepatannya mendekati kecepatan cahaya. Yang sulit dari materi ini
adalah bagaimana membayangkannya karena bertentangan dengan fenomena di
kehidupan sehari-hari. Yang kedua adalah sifat partikel dari gelombang. Nah,
ini juga sangat baru konsepnya karena cahaya yang biasa kita kenal sebagai
gelombang elektromagnetik ternyata juga merupakan partikel yang disebut foton.
Banyak perisitwa yang menyatakan sifat partikel dari cahaya antara lain efek
fotolistrik, hamburan Compton, dan radiasi termal. Peristiwa yang tadi
disebutkan gak bisa dijelaskan dengan fisika klasik, jadi butuh gagasan baru.
Yang ketiga adalah sifat gelombang dari partikel. Kalau gelombang bisa jadi
partikel, partikel juga bisa jadi gelombang, begitulah singkatnya gagasan de
Broglie yang melandasi dualisme gelombang-partikel. Gagasan ini dibuktikan
dengan beberapa eksperimen seperti difraksi elektron oleh kisi kristal,
percobaan Davisson-Germer, dan lain-lain. Materi ini membahas juga tentang
paket gelombang yang biasa digunakan sebagai representasi suatu partikel dan
fenomena dispersi gelombang (yang bagian ini agak sulit). Yang keempat adalah
perkembangan teori atom. Di sini, dibahas teori atom mulai dari model Thomson,
model Rutherford, sampai model Bohr. Model Thomson (atom kue kismis) ternyata
memiliki kekurangan dan digantikan dengan model Rutherford. Ternyata model Rutherford
juga punya kekurangan dan digantikan oleh model Bohr. Pada model Bohr ini,
muncullah konsep kuantisasi ruang dan energi. Dari kata “kuantisasi” inilah
muncul istilah “kuantum.” Model Bohr juga ternyata ada kekurangan dan
digantikan oleh teori yang sampai sekarang masih bertahan yaitu mekanika
gelombang oleh Schrӧdinger.
Lanjut ke materi untuk setengah semester berikutnya.
Yang kelima adalah persamaan Schrӧdinger. Nah, di materi ini bakal
banyak ketemu sama matematika nih, tapi jauh lebih gampang dari fismat kok. Di
sini, partikel pada suatu sistem direpresentasikan sebagai fungsi gelombang. Dengan
menyelesaikan persamaan Schrӧdinger,
akan diperoleh fungsi gelombang dari partikel dan energinya. Probabilitas dan
nilai ekspektasi dari posisi partikel dapat ditentukan dari fungsi gelombang
ini. Untuk kemudahan, sistem yang ditinjau adalah 1 dimensi. Sistem yang
ditinjau antara lain sumur potensial tak hingga, sumur potensial berhingga,
potensial tangga, potensial penghalang, dan osilator harmonik. Dari materi ini,
akan terlihat bahwa ternyata partikel dapat berada pada daerah dengan energi
kinetik negatif! Konsep baru lainnya adalah ternyata kita gak bisa menentukan
lokasi partikel secara eksak, hanya probabilitasnya saja. Yang keenam adalah
atom Hidrogen. Bagian ini juga cukup banyak matematikanya. Atom Hidrogen
dibahas dengan meninjau persamaan Schrӧdinger 3 dimensi pada koordinat
bola dengan potensial Coulomb (1 elektron dan 1 proton). Akan diperoleh solusi
radial dan angular. Penurunannya gak akan digodok banyak-banyak karena bakal
ketemu lagi di fisika kuantum semester 5. Istilah momentum sudut orbital dan
spin elektron akan muncul (teman-teman bakal teringat sama 4 bilangan kuantum
di kimia SMA). Fenomena efek Zeeman (atom dalam medan magnet) dan struktur
halus juga akan dibahas. Terakhir, yang ketujuh adalah atom berelektron banyak.
Akan ada prinsip baru yaitu prinsip eksklusi Pauli untuk elektron dalam
menempati suatu tingkat energi. Transisi elektron di dalam atom akan ditinjau
yang nantinya dapat ditunjukkan dengan melihat spektrum optik dan X-ray yang
dipancarkan atom. Interaksi antara atom dengan elektron luar dan foton juga
dipelajari. Di akhir materi, akan dijelaskan tentang penjumlahan momentum sudut
orbital dan spin (yang ini cukup pusing).
Bagaimana dosen pengajar untuk matkul ini? Kebetulan
saya diajar oleh Pak Daniel Kurnia (biasa dipanggil Pak DK) jadi saya akan
menceritakan tentang pengalaman belajar dengan beliau. Pak DK adalah dosen yang
gaya bahasanya sangat sederhana, pelan, dan jelas. Dosen yang satu ini
perhatian banget sama mahasiswanya. Jadi, penilaiannya pasti baik deh. Pak DK
cukup strict dengan ketelatan
(usahakan banget jangan telat ya) dan gamau ada yang terlalu berisik di kelas
(apalagi HP bunyi itu Pak DK paling anti, hahaha). Kalau tidur gak masalah,
yang penting ga ganggu teman-teman lainnya. Pak DK lebih banyak mengajar secara
verbal (berbicara) dibandingkan menulis di papan tulis jadi sering ngantuk deh.
Kalau ada konsep baru yang sulit diterima nalar karena kontradiktif, biasanya
beliau akan berkata “terima saja dengan iman.” Materi dari buku tidak semuanya
dibahas, jadi teman-teman harus bisa bener-bener mandiri di sini. Setiap mau
masuk bab baru, akan diberi tugas resume tentang bab tersebut. Ini membantu
biar ketika masuk kelas, pengetahuan kita ga kosong-kosong banget. Pernah
wacana akan kuis, tapi ternyata tidak ada hahaha. Saran saya, sering-seringlah
bertanya di dalam kelas atau ketika kelas selesai. Beliau orang yang sangat
bisa diajak diskusi dan terbuka untuk semua mahasiswa.
Sekian review
dari saya, maaf bila kebanyakan yah. Semoga dengan ini, ada motivasi untuk
belajar fisika modern secara serius karena bakal digunakan kembali di matkul
tingkat selanjutnya (fisika kuantum, fisika termal, fisika inti, fisika zat
padat, eksperimen fisika).
Penulis: Misael (FI15)
0 komentar:
Post a Comment