7 Hukum dan Teori Ilmiah Populer Yang Harus Anda Ketahui Saat Ini

Baik kita meluncurkan pesawat ulang-alik atau coba menemukan planet lain yang mirip Bumi, kita mengandalkan hukum dan teori ilmiah untuk memandu kita. 10 Hukum dan Teori Ilmiah Yang Harus Anda Ketahui Saat Ini

Para ilmuwan memiliki banyak alat yang tersedia untuk mereka ketika mencoba menggambarkan bagaimana alam dan alam semesta bekerja secara luas. Seringkali mereka menentukan hukum dan teori terlebih dahulu. Apa bedanya? Hukum ilmiah sering kali dapat direduksi menjadi pernyataan matematis, seperti E = mc², itu adalah pernyataan spesifik berdasarkan data empiris, dan kebenarannya umumnya terbatas pada serangkaian kondisi tertentu. Misalnya, dalam kasus E = mc², c mengacu pada kecepatan cahaya di dalam ruang hampa.

10 Hukum dan Teori Ilmiah Populer Yang Harus Anda Ketahui Saat Ini

Sebuah teori ilmiah sering berusaha untuk mensintesis bukti fisik atau pengamatan fenomena tertentu. Ini umumnya — meskipun tidak selalu — pernyataan yang lebih besar dan dapat diuji tentang bagaimana alam beroperasi. Anda tidak bisa serta merta mereduksi teori ilmiah menjadi pernyataan atau persamaan yang bernas (Arti kata bernas), tetapi teori itu mewakili sesuatu yang mendasar tentang cara kerja alam.

Baik hukum maupun teori bergantung pada elemen dasar metode ilmiah, seperti menghasilkan hipotesis, menguji premis itu, menemukan (atau tidak menemukan) bukti empiris, dan menghasilkan kesimpulan. Akhirnya, ilmuwan lain harus mampu mereplikasi hasil jika eksperimen ditakdirkan untuk menjadi dasar hukum atau teori yang diterima secara luas.

Dalam artikel ini, kita akan melihat 10 hukum dan teori ilmiah populer yang mungkin anda ketahui dan mungkin ingin Anda pelajar.

1. Teori Big Bang

Jika Anda ingin mengetahui satu teori ilmiah, pilihlah teori itu yang menjelaskan bagaimana alam semesta sampai pada keadaannya saat ini. Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Edwin Hubble, Georges Lemaitre dan Albert Einstein, antara lain, teori big bang mendalilkan bahwa alam semesta dimulai hampir 14 miliar tahun yang lalu dengan peristiwa ekspansi besar-besaran. Pada saat itu, alam semesta terbatas pada satu titik, meliputi semua materi alam semesta. Gerakan asli itu berlanjut hari ini, karena alam semesta terus mengembang ke luar.

Teori big bang mendapat dukungan luas dalam komunitas ilmiah setelah Arno Penzias dan Robert Wilson menemukan radiasi latar gelombang mikro kosmik pada tahun 1965. Dengan menggunakan teleskop radio, kedua astronom tersebut mendeteksi kebisingan kosmik, atau statis, yang tidak menghilang seiring waktu. Berkolaborasi dengan peneliti Princeton Robert Dicke, pasangan ini mengkonfirmasi hipotesis Dicke bahwa big bang asli meninggalkan radiasi tingkat rendah yang dapat dideteksi di seluruh alam semesta.

2. Prinsip Daya Apung Archimedes

Setelah dia menemukan prinsip daya apungnya, cendekiawan Yunani kuno Archimedes diduga berteriak "Eureka!" dan berlari telanjang melalui kota Syracuse. Penemuan itu sangat penting. Ceritanya Archimedes membuat terobosan besar ketika dia melihat air naik saat dia masuk ke bak mandi [sumber: Quake].

Menurut prinsip daya apung Archimedes, " gaya yang bekerja pada, atau gaya apung, suatu benda yang terendam atau terendam sebagian sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut ". Prinsip semacam ini memiliki jangkauan aplikasi yang sangat luas dan sangat penting untuk perhitungan kepadatan, serta merancang kapal selam dan kapal laut lainnya.

3. Hukum Termodinamika

Fisikawan dan novelis Inggris C.P. Snow pernah berkata bahwa seorang non-ilmuwan yang tidak mengetahui hukum kedua termodinamika seperti seorang ilmuwan yang tidak pernah membaca Shakespeare. Pernyataan Snow yang sekarang terkenal itu dimaksudkan untuk menekankan pentingnya termodinamika dan perlunya non-ilmuwan untuk mempelajarinya.

Termodinamika adalah studi tentang bagaimana energi bekerja dalam suatu sistem, apakah itu mesin atau inti bumi. Itu dapat direduksi menjadi beberapa hukum dasar, yang dengan cerdik diringkas oleh Snow sebagai berikut:

Anda tidak bisa menang.
Anda tidak bisa mencapai titik impas.
Anda tidak bisa keluar dari permainan.

Mari kita telisik ini sedikit lagi. Dengan mengatakan Anda tidak bisa menang, Snow mengartikan bahwa karena materi dan energi adalah kekal, Anda tidak bisa mendapatkan satu tanpa melepaskan beberapa yang lain (yaitu, E=mc²). Ini juga berarti bahwa agar mesin dapat bekerja, Anda harus memasok panas, diluar sistem mesin (alat dll) tertutup sempurna, sebagian panas yang dihasilkan pasti ada sebagian yang keluar ke dunia luar, yang kemudian mengarah ke hukum kedua.

Pernyataan kedua — Anda tidak dapat mencapai titik impas — berarti bahwa karena entropi yang terus meningkat, Anda tidak dapat kembali ke keadaan energi yang sama. Energi yang terkonsentrasi di satu tempat akan selalu mengalir ke tempat yang lebih rendah konsentrasinya.

Akhirnya, hukum ketiga — Anda tidak dapat keluar dari permainan — mengacu pada nol mutlak, suhu teoretis serendah mungkin, diukur pada nol Kelvin atau (minus 273,15 derajat Celcius dan minus 459,67 derajat Fahrenheit). Ketika suatu sistem mencapai nol mutlak, molekul menghentikan semua gerakan, artinya tidak ada energi kinetik, dan entropi mencapai nilai serendah mungkin. Tetapi di dunia nyata, bahkan di relung ruang, mencapai nol mutlak tidak mungkin — Anda hanya bisa sangat dekat dengannya.

4. Hukum Gravitasi Universal

Kita mungkin menerima begitu saja sekarang, tetapi lebih dari 300 tahun yang lalu Sir Isaac Newton mengajukan ide revolusioner: bahwa dua benda, berapa pun massanya, mengerahkan gaya gravitasi terhadap satu sama lain. Hukum ini diwakili oleh persamaan yang banyak ditemui siswa sekolah menengah di kelas fisika. Ini berjalan sebagai berikut:

F = G × [(m1m2)/r2]

F adalah gaya gravitasi antara dua benda, diukur dalam Newton. M1 dan m2 adalah massa kedua benda, sedangkan r adalah jarak antara keduanya. G adalah konstanta gravitasi, angka yang saat ini dihitung menjadi 6,672 × 10-11 N m2 kg-2 [sumber: Weisstein].

Manfaat hukum gravitasi universal adalah memungkinkan kita menghitung tarikan gravitasi antara dua benda. Kemampuan ini sangat berguna ketika para ilmuwan, katakanlah, berencana untuk menempatkan satelit di orbit atau memetakan arah bulan.

5. Hukum Gerak Newton

Selama kita berbicara tentang salah satu ilmuwan terbesar yang pernah hidup, mari kita beralih ke hukum terkenal Newton lainnya. Tiga hukum geraknya membentuk komponen penting fisika modern. Dan seperti banyak hukum ilmiah, mereka agak elegan dalam kesederhanaannya.

Hukum pertama dari ketiga hukum tersebut menyatakan bahwa suatu benda yang bergerak akan tetap bergerak kecuali jika ada gaya luar yang bertindak. Untuk bola yang menggelinding di lantai, gaya luar itu bisa berupa gesekan antara bola dan lantai, atau bisa juga balita yang menendang bola ke arah lain.

Hukum kedua menetapkan hubungan antara massa benda (m) dan percepatannya (a), dalam bentuk persamaan F = m×a. F mewakili gaya, diukur dalam Newton. Ini juga merupakan vektor, artinya memiliki komponen arah. Karena percepatannya, bola yang menggelinding melintasi lantai memiliki vektor tertentu, arah perjalanannya, dan diperhitungkan dalam menghitung gayanya.

Hukum ketiga agak bernas dan harus akrab bagi Anda: Untuk setiap tindakan ada reaksi yang sama dan berlawanan. Artinya, untuk setiap gaya yang diterapkan pada suatu benda atau permukaan, benda tersebut mendorong kembali dengan gaya yang sama.

6. Prinsip Ketidakpastian Heisenberg

Teori relativitas Einstein yang lebih luas memberi tahu kita lebih banyak tentang bagaimana alam semesta bekerja dan membantu meletakkan dasar bagi fisika kuantum, tetapi juga memperkenalkan lebih banyak kebingungan ke dalam ilmu teoretis. Pada tahun 1927, pengertian bahwa hukum alam semesta, dalam beberapa konteks, fleksibel, menyebabkan penemuan terobosan oleh ilmuwan Jerman Werner Heisenberg.

Dalam mendalilkan Prinsip Ketidakpastian, Heisenberg menyadari bahwa tidak mungkin untuk secara bersamaan mengetahui, dengan tingkat presisi yang tinggi, dua sifat partikel. Dengan kata lain, Anda dapat mengetahui posisi elektron dengan tingkat kepastian yang tinggi, tetapi tidak dengan momentumnya dan sebaliknya.

Niels Bohr kemudian membuat penemuan yang membantu menjelaskan prinsip Heisenberg. Bohr menemukan bahwa elektron memiliki kualitas partikel dan gelombang, sebuah konsep yang dikenal sebagai dualitas gelombang-partikel, yang telah menjadi landasan fisika kuantum. Jadi ketika kita mengukur posisi elektron, kita memperlakukannya sebagai partikel pada titik tertentu dalam ruang, dengan panjang gelombang yang tidak pasti. Ketika kita mengukur momentumnya, kita memperlakukannya sebagai gelombang, artinya kita dapat mengetahui amplitudo panjang gelombangnya tetapi tidak mengetahui lokasinya.

7. Teori Relativitas Umum

Teori relativitas umum Albert Einstein tetap menjadi penemuan penting dan esensial karena secara permanen mengubah cara kita memandang alam semesta. Terobosan besar Einstein adalah dengan mengatakan bahwa ruang dan waktu tidak mutlak dan bahwa gravitasi bukan hanya gaya yang diterapkan pada suatu benda atau massa. Sebaliknya, gravitasi yang terkait dengan massa apa pun melengkungkan ruang dan waktu (sering disebut ruang-waktu) di sekitarnya.

Untuk mengkonseptualisasikan ini, bayangkan Anda bepergian melintasi Bumi dalam garis lurus, menuju ke timur, mulai dari suatu tempat di Belahan Bumi Utara. Setelah beberapa saat, jika seseorang menunjukkan dengan tepat posisi Anda di peta, Anda sebenarnya berada di timur dan jauh di selatan dari posisi awal Anda. Itu karena bumi itu melengkung. Untuk melakukan perjalanan langsung ke timur, Anda harus memperhitungkan bentuk Bumi dan memiringkan diri sedikit ke utara. (Pikirkan tentang perbedaan antara peta kertas datar dan bola dunia.)

Ruang hampir sama. Misalnya, bagi penumpang pesawat ulang-alik yang mengorbit Bumi, itu bisa terlihat seperti mereka sedang melakukan perjalanan pada garis lurus melalui ruang angkasa. Pada kenyataannya, ruang-waktu di sekitar mereka dilengkungkan oleh gravitasi Bumi (seperti halnya dengan objek besar dengan gravitasi besar seperti planet atau lubang hitam), menyebabkan keduanya bergerak maju dan tampak mengorbit Bumi.

Teori Einstein memiliki implikasi luar biasa bagi masa depan astrofisika dan kosmologi. Ini menjelaskan anomali kecil yang tak terduga di orbit Merkurius, menunjukkan bagaimana cahaya bintang membelok dan meletakkan dasar teoretis untuk lubang hitam.