Michael Faraday: Nasib Baik atau Kerja Keras?

Penulis: Amelia Adam

Saintis datang daripada latar belakang yang pelbagai. Sukar untuk mencari aspek tertentu dalam latar belakang atau perwatakan mereka yang menjamin kejayaan dalam sains. Ada yang suka menyendiri (introvert), ada pula peramah (extrovert). Ada yang mesra dan mudah dibawa berbincang, ada pula yang tidak mesra dan suka bertelingkah. Perkahwinan mereka ada yang bahagia, ada juga yang gagal. Pendidikan mereka ada yang formal, ada juga yang tidak. Ada yang mempunyai mentor, ada juga yang tidak. Ada yang menubuhkan sekolah untuk meneruskan kerja mereka, ada pula yang bekerja seorang diri.

Namun, saintis-saintis hebat sekurang-kurangnya mempunyai dua persamaan: mereka semua bekerja keras, ada kalanya secara obsesif, dan dengan hanya sedikit pengecualian, mereka datang daripada latar kelas pertengahan. Kecenderungan untuk menjadi ‘workaholic’ adalah sifat yang biasa ditemui dalam kalangan orang yang mencapai kejayaan luar biasa. Saintis hidup dalam dunia sosial yang merangkumi keseluruhan kelas pertengahan, daripada rendah hingga tinggi, tetapi jarang berada di luar lingkungan itu. Pengecualian paling menonjol ialah Michael Faraday (1791 – 1867), yang lahir di kawasan setinggan di London.

Michael Faraday ialah seorang fizikawan dan ahli kimia Inggeris. Beliau dilahirkan pada 22 September 1791 di London. Ayah Faraday, James, ialah seorang tukang besi yang menghidap penyakit kronik sehingga hampir tidak mampu menyara keluarga. Di usia tuanya, Faraday tergingat kembali bahawa pada tahun 1801, ketika kegawatan ekonomi, makanan mingguannya hanyalah sebuku roti. Tentang pendidikannya pula, beliau memberitahu sahabat dan penulis biografinya, Henry Bence Jones, bahawa: “ia hanyalah pendidikan paling asas, terdiri daripada sedikit kemahiran membaca, menulis dan mengira di sebuah sekolah harian biasa. Masa di luar sekolah pula saya habiskan di rumah dan di jalanan.”

Namun, kesusahan hidup dalam kemiskinan itu diimbangi oleh sokongan keluarga yang utuh. Ibu Faraday, Margaret, menurut penulis biografinya Pearce Williams, “adalah tulang belakang keluarga”. Beliau berjimat dengan apa yang ada untuk menyediakan keperluan, serta memberi anak lelakinya itu sokongan emosi.

Meskipun ketabahan dan kekuatan diri Faraday dibentuk oleh kesusahan hidup, sokongan keluarga, dan pegangan agama, beliau mungkin tidak akan berada dalam lipatan sejarah jika tidak kerana mempunyai dua lagi kelebihan: nasib baik yang luar biasa dalam beberapa detik penting hidupnya, serta personalitinya beliau seorang yang sangat bersemangat. Nasib baik pertamanya adalah apabila pada usia 14 tahun, beliau menjadi pembantu kepada George Riebau, seorang penjilid buku dan penjual buku. Riebau, seorang pelarian Perancis, menyukai sikap rajin Faraday dan menggalakkannya membaca buku-buku di kedai tersebut. Faraday berkata kepada Bence Jones: “Semasa menjadi pembantunya, saya gemar membaca buku-buku sains yang berada di tangan saya, dan antara yang saya paling suka ialah Conversations in Chemistry oleh Jane Marcet dan tulisan mengenai elektrik dalam Encyclopaedia Britannica.” Itulah permulaan secara tidak terancang kepada pendidikan sains Faraday.

Namun, buku sahaja tidak mencukupi. Faraday mula menghadiri kuliah malam, termasuk empat siri kuliah oleh Humphry Davy di Royal Institution di London. Davy adalah antara saintis paling masyhur pada zaman itu dan penceramah yang sangat digemari. Faraday menulis secara naif kepada Davy untuk memohon pekerjaan. Nasib baik terbesar Faraday ialah Davy menerimanya pertama sebagai penulis salinan, kemudian sebagai pembantu makmal di Royal Institution. Faraday kekal di situ sepanjang kerjayanya dan akhirnya menggantikan Davy sebagai tokoh utama dalam makmal dan dewan kuliah institusi tersebut.

Gereja, keluarga, persahabatan, serta naungan Humphry Davy ialah kekuatan luaran yang membuka jalan untuk Faraday. Sama pentingnya ialah kekuatan dalaman dirinya yang luar biasa. John Tyndall menulis: “Di sebalik kelembutannya, tersimpan panasnya sebuah gunung berapi. Beliau seorang yang penuh emosi; namun melalui disiplin diri yang tinggi, beliau menukar api itu menjadi tenaga, bukan membiarkannya terbazir dalam kemarahan sia-sia.” Memang diperlukan sebuah “gunung berapi terkawal” untuk mendaki perjalanan hidupnya yang panjang, sukar dan penuh cabaran.

Perjalanan Kerjaya di Royal Institution: Elektrokimia

Kerja awal Faraday di Royal Institution, semasa Davy masih aktif, adalah dalam bidang kimia. Kertas kajian pertamanya, Analysis of Native Caustic Lime of Tuscany, diterbitkan pada tahun 1816 ketika beliau berusia 25 tahun. Menjelang 1820, beliau telah menjadi ahli kimia berpengalaman dan mendapat permintaan tinggi untuk khidmat analisis kimia. Pada dekad 1820-an juga, beliau banyak membantu kewangan institusi dengan menjalankan ratusan analisis kimia. Kita boleh mengiktiraf Faraday sebagai pengasas sains elektrokimia. Beliau bukan sahaja mencadangkan hukum asas elektrokimia, tetapi juga memperkenalkan istilah-istilah elektrokimia, seperti “elektrolit,” “elektrod,” “katod,” “anod,” “kation,” “anion” dan “ion.” Faraday mendapat bantuan dalam penciptaan istilah-istilah ini daripada William Whewell dari Trinity College, Cambridge.

Tidak lama selepas itu, beliau menjalankan siri kajian penting lain dalam elektrokimia, bidang yang diwarisi daripada minat Davy. Dalam eksperimen asasnya, arus elektrik daripada bateri dialirkan melalui air, lalu gas hidrogen dan oksigen dibebaskan pada dua elektrod. Tindak balas kimia ini ialah penguraian air (H₂O) kepada hidrogen (H₂) dan oksigen (O₂).

Perjalanan Kerjaya di Royal Institution: Elektrostatik & Elektromagnetisme

Daripada elektrokimia, Faraday beralih pada tahun 1837 kepada elektrostatik. Beliau berpendapat berdasarkan bukti elektrokimia bahawa apabila dua jasad bercas elektrik mempengaruhi satu sama lain, kesannya bukan sahaja bergantung kepada cas itu sendiri, tetapi juga pada medium di antara kedua-dua jasad. Beliau mereka sebuah alat yang kini dikenali sebagai “kapasitor.” Ia terdiri daripada dua sfera tembaga sepusat yang diasingkan secara elektrik dengan penebat daripada shellac. Alat itu boleh dibuka, dan ruang antara dua sfera boleh diisi dengan bahan penebat yang berbeza sama ada gas, cecair, atau pepejal.

Faraday mula menumpukan kajiannya kepada bidang utama: elektrik dan elektromagnetisme. Di sinilah beliau dikenali sebagai ahli eksperimen terhebat abad ke-19. Sebelum ini, François Arago dan André-Marie Ampère telah menunjukkan bahawa gegelung dawai berbentuk heliks yang membawa arus elektrik akan menjadi magnet, iaitu “elektromagnet.” Dalam siri eksperimen pada tahun 1831, Faraday mengkaji hubungan antara elektrik dengan magnet melalui gegelung dawai. Beliau menemui kesan yang dinamakan “aruhan elektromagnet” (atau magneto-elektrik). Aruhan berlaku antara dua gegelung dawai yang dililit pada gelang besi, satu dilalui arus elektrik lalu bertindak sebagai elektromagnet, manakala satu lagi disambungkan kepada dawai kuprum yang melintasi jarum kompas.

**Eksperimen aruhan elektromagnet (electromagnetic induction) pertama Faraday.**
**Dari Henry Bence Jones, The Life and Letters of Faraday (London: Longmans, Green, 1870).**

Eksperimen itu mempunyai implikasi praktikal yang jelas, tetapi Faraday tidak mengeksploitasinya. Eksperimen itu menunjukkan bahawa untuk menghasilkan elektrik, apa yang diperlukan hanyalah magnet dan gegelung dawai. Mesin yang kini kita panggil dinamo atau penjana elektrik dibina berasaskan prinsip ini. Tahun 1830-an merupakan tempoh paling produktif Faraday.

Eksperimen Faraday menunjukkan bahawa kuasa magnet boleh dipetakan dalam ruang sekeliling magnet dengan menaburkan serbuk besi di atas sehelai kertas. Serbuk itu akan tersusun sepanjang “garisan kuasa” magnet. Faraday berpendapat bahawa daya antara kutub magnet disebarkan sepanjang garisan itu. Pada tahun 1849, William Thomson memperkenalkan istilah penting “medan” bagi keseluruhan rangkaian garisan kuasa Faraday.

**Garis daya magnet yang dilakar oleh serbuk besi halus. Dari plat IV karya Michael Faraday, Experimental Researches in Electricity (London: Taylor and Francis, 1855)**

Faraday mengembangkan konsep ini bukan sahaja untuk medan magnet, tetapi juga medan elektrik dan kegravitian. Walaupun tiada cara seumpama serbuk besi untuk menggambarkan garisan kuasa elektrik atau graviti, beliau beranggapan ia tetap wujud, memenuhi ruang meskipun ruang itu kosong antara jasad yang bersaling tindak. Faraday berpandangan bahawa ruang dipenuhi oleh medan yang terdiri daripada garisan kuasa medan elektrik dijana oleh cas elektrik, medan magnet oleh kutub magnet dan medan kegravitian oleh jasad berjisim. Sesuatu jasad lain boleh memberi tindak balas kepada medan tersebut, tetapi bukan dari jauh secara langsung. Sebaliknya, tindak balas itu adalah setempat, bergantung kepada keadaan medan di lokasi jasad itu berada.

Matahari, sebagai contoh, boleh dikatakan menghasilkan suatu medan kegravitian yang tersebar, dengan keamatannya berkurang apabila jarak bertambah. Bumi “merasai” medan graviti ini secara setempat, tepat di lokasinya dan bertindak balas dengan bergerak secara mempercepat ke arah Matahari. Menurut huraian ini, Matahari menghantar ‘mesej tarikan’nya kepada Bumi melalui medan, bukannya mempengaruhi Bumi dari jauh melalui ruang kosong. Bumi tidak perlu “mengetahui” bahawa wujudnya Matahari sejauh 150 juta km. Ia hanya “mengetahui” bahawa terdapat medan kegravitian di tempat ia berada. Medan ini, walaupun hampir sehalus konsep ether, boleh dikatakan memiliki realiti fizikal. Ia mengisi ruang, mengandungi tenaga dan kehadirannya menyingkirkan kewujudan vakum sebenar. Maka, kita perlu berpuas hati dalam mendefinisikan “vakum” dalam penggunaan harian sebagai kawasan yang bebas daripada jirim, tetapi tidak bebas daripada medan.

Teori Faraday dianggap heretical dan tidak popular dalam kalangan rakan sezamannya. Williams menulis: “Reaksi terhadap konsep garisan kuasa bukan sekadar acuh tak acuh, tetapi benar-benar bersifat permusuhan, terutama apabila Faraday cuba meluaskannya kepada graviti. The Athenaeum mencadangkan supaya beliau kembali ke Royal Institution dan mengulang kaji matematik peringkat sekolah menengah sebelum sekali lagi berani menyelam ke ‘lautan dalam’ fizik Laplace.” Teori Faraday ditentang kerana ia bersifat merevolusikan dan juga kerana beliau tidak menggunakan bahasa matematik yang canggih, sebagaimana dijangkakan oleh ahli teori sezamannya. Selain daripada aritmetik asas, Faraday tidak mempunyai latar matematik; kaedah matematiknya tidak jauh beza dengan Galileo. Pada zamannya, hal itu mungkin suatu kelebihan dari segi kreativiti. Konsep medan lahir daripada “minda yang sangat asli, minda yang tidak pernah terikat dengan formula,” tulis seorang ahli teori medan terkemuka abad ke-20, Albert Einstein. Tetapi bagi audiens Faraday, fizik teori mesti berbentuk fizik matematik.

Tuah & Kejatuhan

“Faraday amat sesuai dengan Royal Institution, dan Royal Institution juga amat sesuai dengan Faraday; sebenarnya tiada tempat lain dalam dunia sains Britain ketika itu yang memungkinkan Faraday berkembang,” tulis Geoffrey Cantor. Faraday menduduki tiga ruang di institusi tersebut: tingkat atas, tingkat bawah, dan ruang bawah tanah. Tingkat atas menempatkan apartmen keluarga Faraday, yang mereka diami sehingga beliau bersara pada tahun 1862. Tingkat bawah pula menempatkan bilik awam, perpustakaan dan dewan kuliah; manakala ruang bawah tanah ialah makmal. Sejak 1826 hingga bersara, Faraday menyampaikan siri kuliah untuk khalayak awam yang beliau namakan Friday Evening Discourses.

Faraday menyandang pelbagai jawatan penting seepanjang kerjayanya di Royal Institution. Jawatan-jawatan itu ialah Pembantu Makmal (1813–1826), Pengarah Makmal (1825–1867), Fullerian Professor of Chemistry yang pertama (1833–1867) dan Superintendent of the House (1852–1867).

Faraday melalui satu titik perubahan dalam hidupnya pada tahun 1841 hingga 1845, ketika beliau sedang pulih daripada masalah kesihatan. Menjelang 1845, beliau hampir pulih dan kembali ke makmal, mengkaji kesan magnet terhadap cahaya. Pada waktu yang sama, beliau memulakan siri kajian yang akhirnya gagal, namun kegagalannya sama menarik dengan kejayaan orang lain. Terinspirasi oleh kaitan yang ditemuinya antara pelbagai daya, beliau berharap dapat menyatukan graviti dalam rangkaian tersebut. Dalam buku catatan makmalnya, beliau menulis: “Graviti. Pasti daya ini boleh dihubungkan secara eksperimen dengan elektrik, kemagnetan dan daya-daya lain, supaya semuanya saling berkaitan dalam tindak balas dan kesan seimbang.” Faraday adalah orang pertama dalam barisan panjang fizikawan terkemuka yang berusaha mencari teori yang menyatukan graviti dengan kuasa-kuasa lain. Bertahun-tahun kemudian, Einstein juga cuba namun akhirnya gagal membina teori kesatuan medan yang merangkumi kedua-dua graviti dan elektromagnetisme.

Michael Faraday ialah fizikawan dan ahli kimia yang menceburi sains dari jalan luar biasa. Rasa ingin tahu dan peluang yang terhidang dimanfaatkan Faraday, disertai oleh keberanian dan kerja keras berterusannya, menjadikan beliau sebagai seorang ahli eksperimen terkemuka. Memang beliau bernasib baik, tetapi nasib baik tidak akan memberikan faedah jangka panjang jika Faraday membiarkan dirinya kekal berada di zon selesa.

Rujukan: