Peristiwa tersebut dinamai bencana ultraviolet, pertama kali digunakan pada tahun 1911 oleh Paul Ehrenfest merujuk pada sinar ultraviolet yang memiliki gelombang elektromagnetik yang memiliki spektrum tertinggi saat itu. Dengan adanya persitiwa penting ini, ilmu fisika mengalami reformasi obyek studi dari sekadar obyek kasat mata (fisika klasik) kemudian mencangkup juga obyek tak kasat mata (fisika modern).
Bencana Ultraviolet (Ultraviolet Catastrophe)
Awal mula keanehan pada fisika eksperimental saat Lord Rayleigh dan Sir James Jeans melakukan eksperimen tentang hubungan antara Radiansi (Energi yang dipancarkan tiap satuan waktu tiap satuan luas suatu benda hitam) atau disebut intensitas radiasi benda hitam dengan frekuensi radiasi termal benda hitam. Radiasi benda hitam timbul karena benda hitam tersebut menyerap seluruh radiasi yang masuk ke dalam benda tanpa dikembalikan lagi keluar sehingga menimbulkan panas.
Lord Rayleigh dan Sir James Jeans melakukan eksperimen berdasarkan teori Distribusi Maxwell-Boltzmann tentang distribusi kecepatan molekul gas yang di panaskan dalam bejana tertutup dan kurva intensitas radiasi benda hitam Heinrich Rubens.
Eksperimen menunjukkan bahwa radiansi benda hitam mencapai nilai tertinggi pada frekuensi tertentu dan nilainya mendekati nol saat frekuensinya mendekati tak hingga. Berdasarkan teori ini, dan juga penemuan-penemuan ilmuwan terdahulu, Rayleigh-Jeans mencoba membuat rumusan matematis keadaan ini. Dalam menyusun perumusan ini, Rayleigh-Jeans memakai persamaan energi kontinyu, sesuai kesepakatan ilmuwan selama rentan waktu itu. Hasil yang didapatkan adalah:
Setelah mendapatkan hasil ini, Rayleigh-Jeans merumuskan nilai radiansi benda hitam. Hasil perumusannya adalah:
Persamaan ini menggunakan rumusan energi radiasi yang menyebar secara kontinyu.
Setelah itu, Rayleigh-Jeans mencoba membuat grafik hubungan antara radiansi dengan frekuensi radiasi. Hasilnya sangat mengejutkan, bukan hanya bagi Rayleigh-Jeans, namun juga bagi seluruh ilmuwan fisika di dunia saat itu. Pasalnya, grafik hasil rumusan matematis Rayleigh-Jeans sama sekali berbeda dengan hasil eksperimen. Nilai radiansi menurut perhitungan mencapai tak hingga ketika frekuensinya bernilai tak hingga.
Kenyataan ini sungguh sangat berpengaruh bagi paradigma ilmuwan fisika saat itu, bencana yang membuat ilmu fisika menjadi terpuruk karena apa yang diyakini dan diterapkan oleh para ilmuwan tentang konsep energi yang kontinyu tidak sepenuhnya benar.
Selama rentan saat itu dan sebelumnya para ilmuwan meyakini bahwa energi secara umum, termasuk energi pancaran cahaya, mengalir secara kontinyu. Dengan sifat kontinyuitas ini, ilmuwan meyakini bahwa persamaan energi hanya dapat dijelaskan dengan menggunakan sifat-sifat gelombang (termasuk cahaya sebagai gelombang).
Setelah kegagalan ini, para ilmuwan punya pekerjaan besar untuk merombak sebagian besar konsep yang sudah diyakini sebelumnya. Bahkan, ada suatu keputusasaan untuk mengembangkan ilmu fisika. Selain itu, mereka juga harus mencari fakta dan formula baru yang belum pernah diketahui untuk menjelaskan fenomena ini. Jika kemudian tidak ada seorangpun yang bisa menjelaskan kesalahan ini, maka riwayat fisika sebagai ilmu pengetahuan bisa dibilang tamat.
---
Sekitar tahun 1900, Kelvin Planck melalui hipotesisnya menemukan titik terang atas pemecahan bencana ultraviolet ini sekaligus menyelamatkan fisika dari keterpurukan. Melalui hipotesisnya yang dianggap sangat kontroversial saat itu, Planck menyatakan bahwa penyebaran energi dapat bersifat diskret dan dinyatakan dengan E= nhf. Melalui ini juga Planck menyatakan bahwa penyebaran energi radiasi dapat dilakukan secara diskret. Pada fenomena benda hitam, untuk memperbaiki perumusan Rayleigh-Jeans, Planck memakai persamaan energi diskret.
Sehingga di dapatkan nilai radiansi sebesar:
Hasil ini sudah sesuai dengan apa yang didapatkan melalui eksperimen. Namun perumusan energi secara diskret memunculkan pertanyaan besar: Apakah cahaya juga berlaku sebagai entitas lain selain gelombang sehingga bisa memancarkan energi secara diskret?
Pengaruh Perubahan Paradigma Ilmu Fisika
 |
(source: nuclear-power.net)
|
Ada perubahan yang sungguh luar biasa dalam ilmu fisika setelah munculnya hipotesis Planck ini dan dilanjutkan dengan penemuan para ilmuwan dengan mengembangkan hipotesis Planck. Awalnya memang sangat banyak ilmuwan yang keberatan dengan alur berpikir seperti ini, karena memang mereka harus merubah paradigm yang telah diyakini selama puluhan tahun.
Selanjutnya beberapa ilmuwan mencoba untuk membuat percobaan lain sesuai hipotesisi Planck dan ini menjadi awal pembahasan fisika kuantum. Beberapa diantaranya adalah tentang efek fotolistrik dan efek Compton. Kedua fenomena ini hanya bisa dijelaskan dengan menganggap cahaya sebagai suatu partikel. Selain itu, Einstein juga pernah mengembangkan hipotesis planck dengan membuat perumusan energi yang sangat terkenal, yaitu E = mc2 .
Teori Einstein nantinya akan membawa dampak besar bagi ilmu fisika dan kehidupan manusia secara umum. Salah satunya dampak negartif yang sangat memilukan adalah penyalahgunaan ilmu fisika yang dilakukan Amerika Serikat dengan meminta Albert Einstein membuat formulasi untuk menciptakan bom atom. Hasilnya adalah hancurnya kota Hiroshima dan Nagasaki saat Perang Dunia II.
Hipotesis Planck menjadi penghubung antara fisika klasik dengan fisika modern. Jika Planck tak pernah berpikir polar seperti ini dan hipotesisnya tak pernah ada, selamanya fisika akan bersifat klasik dan kehidupan manusia pun tidak akan berkembang. Selama rentan beberapa tahun sejak hipotesis Planck ini muncul, atau sejak adanya bencana ultraviolet, sampai saat ini banyak penemuan-penemuan yang dihasilkan oleh ilmuwan Fisika yang memberi manfaat begitu besar bagi kehidupan manusia.
Salah satu manfaat pentingnya adalah untuk penemuan dan pemanfaatan sumber energi yang digunakan manusia untuk menjalankan aktivitas sehari-hari. Contohnya adalah pemanfaatan nuklir dan cahaya matahari sebagai sumber energi listrik utama bagi manusia di masa depan. Selain itu, fisika modern juga berpengaruh bagi sebagian besar aspek kehidupan manusia, seperti dalam bidang militer dan elektonika.
Ide di luar kebiasaan telah menyelamatkan fisika sebagai ilmu pengetahuan, mengentaskan dari bencana ultraviolet. Kini fisika sebagai ilmu terus berkembang. Menyingkap tabir fenomena semesta, memudahkan kehidupan manusia, dan menunjukkan keagungan sang pencipta. []
Catatan:
Ditulispertama kali pada 23 Maret 2015. Ditulis ulang pada November 2020.