albert-einstein


Oleh:

Azhar Abu Talib  & Nurisya Mohd Shah

“Ia memerlukan sentuhan seorang yang mempunyai kepintaran luar biasa dan juga keberanian yang hebat untuk bergerak menongkah arus pemikiran”.

Demikian antara ungkapan ahli fizik teragung Albert Einstein yang telah mengubah pandangan manusia tentang alam semesta. Jika dahulu manusia melihat segala kejadian alam dengan mudah tetapi segalanya berubah selepas penemuan fizik terhebat Albert Einstein.

Sebelum menjadi terkenal, Albert Einstein merupakan seorang kerani di pejabat paten di Switzerland. Hobinya merenung fenomena alam di masa lapang selepas waktu bekerja dan juga sewaktu zaman remajanya telah berjaya menghasilkan sebuah karya agung fizik untuk abad ini. Beliau bukan sahaja mengilhamkan teori baru, tetapi sama sekali mengubah pandangan kita terhadap alam semesta.

Kehidupan beliau di waktu kecil adalah seperti kanak-kanak biasa, Cuma beliau seorang yang amat pemalu. Menurut pakar sejarah, kecenderungan Einstein dalam sains fizikal bermula ketika beliau berumur empat atau lima tahun yang mana beliau telah dihadiahkan sebuah kompas.walaupun umurnya begitu muda, Einstein sangat tertarik dengan kompas tersebut kerana jarumnya sentiasa menunjuk ke arah utara walaupun  kompas tersebut diterbalikkan. Dia percaya pada ketika itu bahawa ada sesuatu yang tidak dapat dilihat yang menyebabkan kompas itu kelihatan sedemikian. Sejak dari itu, Einstein asyik bertanya di dalam mindanya kenapa, mengapa dan bagaimana ia boleh terjadi.

Pada tahun 1905, tahun yang dikenali serata dunia sebagai ’annus mirabilis’ (tahun keajaiban), Einstein berjaya menghasilkan beerapa siri penemuan saintifik yang mengegarkan dunia. Penemuan pertama beliau, seperti yang terkandung dalam tulisan ilimiahnya yang bertajuk ”Penyiasatan Awal Berkenaan Penghasilan dan Transformasi Cahaya’melibatkan perubahan konsep tentang cahaya.

Sebelum ini pakar-pakar sains amat yakin bahawa cahaya adalah bersifat gelombang. Pada waktu itu, saintis telah mengkaji satu fenomena alam yang membingungkan mereka. Mereka mendapati apabila cahaya disinarkan ke atas sekeping logam nipis, elektron (zarah yang membawa arus elektrik) berjaya dihasilkan. Apa yang membingungkan pakar-pakar ini ialah, cahaya tersebut mempunyai warna-warna yang sama. Contohnya, cahaya berwarna merah, tetapi bila pancarannya ditingkatkan, mereka mendapati elektron yang dihasilkan  telah bertambah dari segi jumlah tetapi kelajuan elektron yang dilepaskan tetap sama. Tetapi apabila cahaya yang berlainan warna pula digunakan, contohnya warna biru, mereka dapati kelajuan elektron yang dilepaskan meningkat. Dengan erti kata lain, kelajuan elektron yang dihasilkan dari pancaran cahaya ke atas sekeping logam bergantung pada warna cahaya yang disinarkan dan bukan peningkatan pancarannya.

Penemuan ini amat mengelirukan saintis pada zaman itu kerana model cahaya yang bersifat gelombang tidak dapat memberi penjelasan yang baik terhadap persoalan mengapa halaju elektron berkait rapat dengan warna cahaya yang disinarkan. Di sinilah bermulanya peranan saintis yang disegani bernama Albert Einstein. einstein_580x Beliau mempelopori idea di mana cahaya bukan sahaja memiliki sifat gelombang tetapi juga memiliki sifat zarah. Dengan menggabungkan konsep yang dikemukakan oleh Max Planck, seorang saintis Jerman, tentang radiasi bahan yang dipanaskan, iaitu Pemalar Planck, h, (Planck Constant) Einstein berjaya menghuraikan misteri cahaya.

Tenaga yang dihasilkan oleh cahaya, menurut Einstein adalah berkadar terus dengan Pemalar Planck dan frekuensi cahaya (warna cahaya) tersebut yang kini dikenali sebagai kesan –cahaya elektrik (fotoelektrik). Dengan penemuan inilah, pada tahun 1921 beliau teah dianugerahkan hadiah Nobel Fizik, hadiah teragung dalam bidang sains. Disebabkan penemuan inilah, seabad kemudian kita berjaya menghasilkan lampu, kamera digital, mesin fotokopi dan pelbagai alatan lain yang berkaitan dengan penggunaan cahaya.

Einstein tidak berhenti di situ sahaja, pada tahun yang sama Einstein juga telah berjaya memberikan gambaran tentang pergerakan rawak zarah kecil di dalam cecair. Penemuan ini yang dinamakan ‘Gerakan Brown’ pertama kali ditemui oleh seorang ahli botani Robert Brown, yang mana beliau mendapati debunga yang dikaji beliau bergerak, seoalh-olah menari dalam cecair di bawah mikroskop. Penemuan ini menarik minat Einstein untuk mengkajinya lantas, menulis tesis kedoktorannya mengenai pergerakan Brown. Einstein dalam tulisan beliau yang berjudul ‘ Pergerakan Zarah Kecil di dalam Cecair Seperti Yang diperhatikan Dalam Teori Kinetic –Molekular Haba’, berjaya memberi penerangan tentang pergerakan rawak di dalam cecair adalah disebabkan oleh pelanggaran antara molekul air dan zarah tersebut.

Pelanggaran ini adalah disebabkan oleh teori kinetik cecair yang menyatakan bahawa molekul cecair tersebut sentiasa bergerak. Biarpun moleul cecair itu kecil, tetapi jumlahnya yang banyak menyebabkan zarah yang berada dalam cecair itu seolah-olah bergerak secara magis. Secara matematik, proses tersebut dikenali sebagai Proses Wiener. Jurutera kini menggunakan teknik ini untuk menghasilkan alat penapisan yang lebih berkesan dengan menggunakan tenaga yang hampir sama dengan kerja penapisan. Denganmeletakkan satu halangan yang dicondongkan, para jurutera telah menghasilkan alat penapis yang mengeksploitasikan Pergerakan Brown berkenaan. Ia juga digunakan dalam industri perubatan di mana bacteria dan virus boleh ditapis mengikut kepelbagaian saiz.


Teori Relativiti

Antara penemuan Einstein yang kini masih lagi menjadi buah mulut para saintis, novelis, pencetak kemeja-T dan orang ramai yang berminat ialah Teori Kerelatifan. Pada tahun 1905, teori relaitiviti yang dikemukakan ini lebih dikenali sebagai Teori Kerelatifan Khas. Ini kerana model teori belum lagi mengambil kira daya tarikan antara dua objek iaitu graviti. Teori Kerelatifan Khas, wujud kerana ahli fizik pada waktu itu dan beberapa ratus tahun sebelum itu percaya bahawa, hukum fizik adalah tetap dan tidak bergantung pada pergerakan sesuatu bingkai rujukan.

Konsep ini telah diusulkan oleh Galileo Galilei seawal tahun 1632  dalam makalahnya yang berjudul “Di mana Kedudukan Pusat Alam Semesta ?”. Model yang sama juga digunakan oleh Newton dalam pembentukan teori mekanikal beliau. Walaubagaimanapun teori ini tergugat dengan kehadiran Teori Elektromagnetik di abad ke-19.

Mengikut persamaan Teori Elektromagnetik, James Clark Maxwell telah membuktikan radiasi elektromagnetik bergerak dalam ruang kosong (seperti angkasa lepas) seperti gelombang. Gelombang selalunya mempunyai perantaraan untuk bergerak seperti air dan udara-untuk ombak dan bunyi. Pada waktu itu, perantara di dalam ruang kosong itu dikenali sebagai Ether ( udara di atas udara). Maxwell juga telah menunjukkan bahawa halaju cahaya serta radiasi elektromagnetik yang lain ialah 300 juta meter sesaat berbanding (relatif) dengan seseorang yang tidak bergerak di dalam ruang ether. Tetapi di dalam dunia ether pula, seseorang yang bergerak akan mendapati halaju cahaya akan berubah.

Teori ini disangkal apabila pelbagai kajian dijalankan oleh ahli fizik pada waktu itu mengesahkan bahawa halaju cahaya tidak berubah samada sumber cahaya itu bergerak ataupun tidak. Untuk menyesuaikan penemuan terbaru itu, dengan sistem fizik mekanik (mekanik Newton) yang lama, Einstein mencadangkan Teori Kerelatifan Khas (Special Relativity). Dengan makalah yang berjudul ‘Berkenaan Elektrodinamik Jasad Bergerak’, Einstein sekali lagi mengegarkan dunia. Teori ini mengubah paradigma terhadap konsep ruang dan masa. Masa dan ruang adalah pembolehubah dalam teori yang terbaru ini dan bukan lagi penentu yang pasif.

Secara umumnya, Teori Kerelatifan Khas seoalah-olah suatu mainan perasaan sahaja dan tidak mempunyai aplikasi yang lain. Tetapi di abad ke 20 ini, segala pengukuran perlu mempunyai kejituan yang tinggi dan jurutera serta saintis perlu mengambil kira kesan Teori Kerelatifan Khas.  Jika dibandingkan dengan manusia biasa seperti kita, Teori Kerelatifan Khas Einstein berjaya menggabungkan konsep tenaga dan jisim dalam karyanya yang berjudul “Apakah Inersia Suatu Jasad Bergantung Pada Muatan Tenaganya?” Di dalam penulisan inilah Einstein telah mengabadikan namanya dalam dunia fizik dengan persamaannya yang terkenal iaitu E=mc2, formula yang terkenal pada masa kini. Teori inilah yang membuatkan kemajuan pemikiran manusia telah maju setapak di hadapan malahan mungkin lebih jauh lagi dari jangkauan.

Penulisan Einstein untuk tahun-tahun berikutnya lebih tertumpu kepada Teori Relativiti Umum ( General Relativity)  dan Teori Segalanya ( Theory of Everything) yang menggabungkan semua teori daya fizik yang wujud. Teori Relativiti Umum  adalah berkenaan penggabungan Teori Kerelatifan Khas dengan daya graviti. Apa yang menarik tentang teori ini adalah, perubahan tentang konsep daya penarik graviti yang sedia ada. Mengikut teori ini, graviti wujud kerana ruang yang wujud di sekeliling tenaga (jisim) melengkung disebabkan oleh kewujudan tenaga itu. Oleh itu, pergerakan sesuatu jasad mengikut lengkungan tersebut seolah-olah ditarik oleh sesuatu daya yang dikenali sebagai daya penarik graviti.

Einstein meninggal dunia sebelum dapat menggabungkan segala teori daya fizik yang wujud. Ahli fizik sekarang yang kini menjadi pewaris harta intelek Einstein sedang berusaha untuk meneruskan perjuangan beliau untuk menghasilkan Teori Segalanya (TOE). Yang pasti ialah, 100 tahun selepas tahun keajaiban Einstein, hidup kita kini telah berubah sama sekali. Seperti yang pernah diungkapkan oleh Newton, ”jikalau aku dapat melihat dengan lebih jauh, ia adalah kerana aku berdiri di bahu gergasi’. (merujuk kepada saintis-saintis agung sebelum beliau) Einstein ialah salah seorang gergasi itu bagi generasi kini dan yang pastinya kemajuan yang kita kecapi sekarang adalah kesan terhadap pemahaman dan imaginasi beliau yang amat mendalam tentang hukum alam.

Azhar Abu Talib : Penyelidik di MIMOS Berhad

Nurisya Mohd Shah : Penuntut PhD dalam bidang fizik Matematik di Concordia University, Montreal, Canada. Blog beliau boleh dikunjungi di http://mylambda.wordpress.com/

Nota editor //: Artikel ini tersiar di dalam sisipan ESTIDOTMY Mei 2005 sempena World Year of Physics. Kami mengucapkan ribuan terima kasih kepada penulis kerana membenarkan artikel ini disiarkan kembali di MajalahSains.Com

Share on Facebook