Sejarah Fisika Modern

Sejarah fisika dimulai pada tahun sekitar 2400 SM, ketika kebudayaan

Harappan menggunakan suatu benda untuk memperkirakan dan menghitung sudut

bintang di angkasa. Sejak saat itu fisika terus berkembang sampai ke level
sekarang. Perkembangan ini tidak hanya membawa perubahan di dalam bidang
dunia benda, matematika dan filosofi namun juga, melalui teknologi, membawa
perubahan ke dunia sosial masyarakat. Revolusi ilmu yang berlangsung terjadi
pada sekitar tahun 1600 dapat dikatakan menjadi batas antara pemikiran purba
dan lahirnya fisika klasik. Dan akhirnya berlanjut ke tahun 1900 yang
menandakan mulai berlangsungnya era baru yaitu era fisika modern. Di era ini
ilmuwan tidak melihat adanya penyempurnaan di bidang ilmu pengetahuan,
pertanyaan demi pertanyaan terus bermunculan tanpa henti, dari luasnya galaksi,
sifat alami dari kondisi vakum sampai lingkungan subatomik.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. Namun, tidak berhasil menerangkan fenomena-fenomena tersebut. Karena itu para ahli fisika mencari ilmu dan model-model lain yang baru. Dengan didapatnya teori-teori baru yang daat menerangkan fenomena-fenomena mikroskopis itu, maka fisika telah memperluas ilmu ke arah yang lebih jauh lagi. 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.
Seperti kata Newton dalam Makna Fisika Baru dalam Kehidupan:
...menciptakan teori baru bukan berarti merobohkan gudang tua untuk dibangun gedung pencakar langit diatasnya. Ini lebih seperti mendaki gunung, makin ke atas makin luas pandangannya, makin menemukan hubungan antara titik awal pendakian dengan hal-hal disekelilingnya yang ternyata sangat kaya raya dan tak terduga sebelumnya. Namun titik awal tersebut tetap ada dan dapat dilihat, meskipun tampak lebih kecil dari pemandangan luas yang kita peroleh dari hasil perjuangan mengatasi rintangan selama mendaki ke atas.
Pada tahun 1900, Max Planck memperkenalkan ide bahwa energi dapat dibagi-bagi menjadi beberapa paket atau kuanta. Ide ini secara khusus digunakan untuk menjelaskan sebaran intensitas radiasi yang dipancarkan oleh benda hitam. Pada tahun 1905, Albert Einstein menjelaskan efek fotoelektrik dengan menyimpulkan bahwa energi cahaya datang dalam bentuk kuanta yang disebut foton. Pada tahun 1913, Niels Bohr menjelaskan garis spektrum dari atom hidrogen, lagi dengan menggunakan kuantisasi. Pada tahun 1924, Louis de Broglie memberikan teorinya tentang gelombang benda.

Teori-teori di atas, meskipun sukses, tetapi sangat fenomenologikal: tidak ada penjelasan jelas untuk kuantisasi. Mereka dikenal sebagai teori kuantum lama. Frase "Fisika kuantum" pertama kali digunakan oleh Johnston dalam tulisannya Planck's Universe in Light of Modern Physics (Alam Planck dalam cahaya Fisika Modern).
Mekanika kuantum modern lahir pada tahun 1925, ketika Werner Karl Heisenberg mengembangkan mekanika matriks dan Erwin Schrödinger menemukan mekanika gelombang dan persamaan Schrödinger. Schrödinger beberapa kali menunjukkan bahwa kedua pendekatan tersebut sama.

Heisenberg merumuskan prinsip ketidakpastiannya pada tahun 1927, dan interpretasi Kopenhagen terbentuk dalam waktu yang hampir bersamaan. Pada 1927, Paul Dirac menggabungkan mekanika kuantum dengan relativitas khusus. Dia juga membuka penggunaan teori operator, termasuk notasi bra-ket yang berpengaruh. Pada tahun 1932, Neumann Janos merumuskan dasar matematika yang kuat untuk mekanika kuantum sebagai teori operator.

Pada 1927, percobaan untuk menggunakan mekanika kuantum ke dalam bidang di luar partikel satuan, yang menghasilkan teori medan kuantum. Pekerja awal dalam bidang ini termasuk Dirac, Wolfgang Pauli, Victor Weisskopf dan Pascaul Jordan. Bidang riset area ini dikembangkan dalam formulasi elektrodinamika kuantum oleh Richard Feynman, Freeman Dyson, Julian Schwinger, dan Tomonaga Shin'ichirō pada tahun 1940-an. Elektrodinamika kuantum adalah teori kuantum elektron, positron, dan Medan elektromagnetik, dan berlaku sebagai contoh untuk teori kuantum berikutnya. Interpretasi banyak dunia diformulasikan oleh Hugh Everett pada tahun 1956. Teori Kromodinamika kuantum diformulasikan pada awal 1960-an. Teori yang kita kenal sekarang ini diformulasikan oleh Polizter, Gross and Wilzcek pada tahun 1975. Pengembangan awal oleh Schwinger, Peter Higgs, Goldstone dan lain-lain. Sheldon Lee Glashow, Steven Weinberg dan Abdus Salam menunjukan secara independen bagaimana gaya nuklir lemah dan elektrodinamika kuantum dapat digabungkan menjadi satu gaya lemah elektro.

Mekanika kuantum sangat berguna untuk menjelaskan apa yang terjadi di level mikroskopik, misalnya elektron di dalam atom. Atom biasanya digambarkan sebagai sebuah sistem di mana elektron (yang bermuatan listrik negatif) beredar seputar nukleus (yang bermuatan listrik positif). Menurut mekanika kuantum, ketika sebuah elektron berpindah dari energi level yang lebih tinggi (misalnya n=2) ke energi level yang lebih rendah (misalnya n=1),

energi berupa sebuah cahaya partikel, foton, dilepaskan:
E= hv
di mana
E adalah energi (J),
h adalah tetapan Planck, h = 6,63 x 10-34 (Js)
v adalah frekuensi dari cahaya (Hz).

Dalam spektrometer masa, telah dibuktikan bahwa garis-garis spektrum dari atom yang di-ionisasi tidak kontinu; hanya pada frekuensi/panjang gelombang tertentu garis-garis spektrum dapat dilihat. Ini adalah salah satu bukti dari teori mekanika kuantum.