Sains, Bagian ke-5

Ngunandiko.117

Sains

(Ilmu Pengetahuan)

Bagian ke-5

a.   Teori Evolusi (The Theory of Evolution)

Teori tentang kehidupan tanaman dan hewan yang berkembang dari bentuk sederhana ke bentuk yang lebih maju disebut “teori evolusi”. Selama abad ke-18 dan awal abad ke-19, beberapa ahli biologi telah mengajukan “teori evolusi” tersebut. Dan yang terkenal  adalah teori Jean Baptiste Lamarck (1744-1829).

 Jean-Baptiste-Lamarck percaya bahwa ada satu garis utama (suatu deret ber-skala) dari kehidupan organisme-hidup, yang membentang dari yang paling sederhana sampai yang paling kompleks. Lamarck percaya bahwa    setiap hewan memiliki sifat yang cenderung bergerak terus menerus ke arah yang lebih baik. Kecenderungan itu adalah kekuatan internal yang menyebabkan evolusi berjalan dari suatu bentuk ke bentuk baru.

Untuk menjelaskan adanya organisme yang menyimpang dari garis utama  evolusi,  Lamarck mendefinisikan mekanisme kedua yaitu dampak dari lingkungan yang menciptakan berbagai perubahan dalam  organisme. Perubahan melalui mekanisme kedua ini disebut sebagai sifat-turunan (the inheritance of acquired characteristics). Hal ini oleh para ahli biologi sesudahnya dianggap sebagai kunci dari evolusi Lamarck.

Sedikit ilmuwan yang dapat menerima teori evolusi Lamarck ini, para ilmuwan umumnya lebih menerima teori yang diusulkan oleh ilmuwan Inggris Charles-Darwin. Teori Darwin ini dipublikasikan pada tahun 1859 dalam sebuah buku “The Origin of Species”. Sesungguhnya pada saat yang sama, sebuah teori yang sangat mirip dikemukakan oleh ahli biologi Inggris Alferd R. Wallace (1823 - 1913), namun pada umumnya teori Darwin yang lebih memperoleh perhatian.

Teori Darwin menekankan pentingnya seleksi alam dalam suatu evolusi ke spesies baru organisme. Menurut teori Darwin, ada sedikit perbedaan – dalam hal mempertahankan keberadaan –  pada  setiap jenis organisme. Perbedaan itu adalah dalam hal kemampuan mempertahankan keberadaan ; ada organisme yang  dapat menghasilkan lebih banyak, dan organisme yang lebih baik dalam hal bertahan hidup.

Alam akan memilih organisme yang dirinya dilengkapi dengan lebih baik untuk melanjutkan keberadaannya (keberadaan spesies itu) -- kemampuan menyesuaikan terhadap perubahan. Secara bertahap suatu spesies yang teripilih akan berkembang karakteristiknya  sebagai spesies baru. Darwin mengajukan sejumlah besar bukti untuk membuktikan teorinya. Bukti-bukti Itu dan argumen-nya menyebabkan teorinya diterima oleh sebagian besar ahli biologi pada akhir abad ke-19.

b.   Teori baru tentang materi (New Theories of Matter).

Dengan diperkenalkannya ilmu kimia yang baru, para ilmuwan mulai mempelajari secara detail bagaimana senyawa kimia itu terbentuk. Para ilmuwan menemukan bahwa setiap kali membuat “senyawa kimia” yang sama, diperlukan “elemen kimia” dengan porsi yang sama pula. Misalnya, air selalu mengandung porsi hidrogen dan oksigen yang sama. Pengamatan-pengamatan (observations) seperti itu telah membawa ilmuwan kimia Inggris, John Dalton, mengusulkan teori tentang struktur materi.

Teori Dalton tersebut menyatakan bahwa semua materi terdiri dari partikel- partikel kecil, yang disebut atom. Setiap unsur memiliki satu jenis atom yang sama. Tiap-tiap atom suatu unsur berbeda satu dengan yang lain dalam :

• ukuran ;
• berat ; dan
• cara bergabung dengan atom unsur lain.

Seperti diketahui setiap atom unsur, dengan suatu cara tertentu, dapat bergabung dengan atom unsur lainnya.

Teori atom Dalton tersebut, kemudian ditambah dan diubah oleh banyak ilmuwan lain. Meskipun berbeda dalam banyak hal dari teori Dalton yang asli, namun teori baru tersebut dimulai dari ide-ide  John Dalton tahun 1803.

c.    Tabel Periodik (The Periodic Table).

Pada abad ke-19, ilmu kimia membuat langkah besar. Studi tentang gas telah jauh maju, dan sejumlah teori baru dikembangkan ; semuanya itu membantu menjelaskan seluk beluk reaksi kimia.

Sekitar pertengahan abad ke-19 seorang ahli kimia dari Rusia, Dimitri I. Mendeleev (1834-1907), menyusun daftar(table) elemen berdasar urutan berat atom-nya, dari yang paling ringan sampai ke yang paling berat. Dalam daftar itu, Mendeleev melihat bahwa karakteristik dari elemen (unsur) diulangi secara reguler dalam periode tertentu. Misalnya : jika setiap unsur kedelapan (dalam daftar) dikombinasikan dengan cara yang sama dengan unsur lain tertentu dan membentuk senyawa, maka senyawa yang terbentuk akan mirip satu dengan yang lain.

Mendeleev menyusun daftar (table) semua unsur yang dikenal pada waktu itu. Mendeleev menempatkan unsur-unsur yang memiliki banyak karakteristik yang sama dalam kolom yang sama berdasar urutan berat atom-nya. Tampak ada kekosongan dalam tabel itu, namun menurut Mendeleev akan ada unsur yang mengisi kekosongan itu, dan diramalkan unsur itu akan ditemukan. Mendeleev  juga mampu memperkirakan seperti apa unsur baru itu.  Ternyata  beberapa tahun kemudian beberapa unsur memang ditemukan.

Daftar Mendeleev itu disebut sebagai “Tabel Periodik Unsur (Periodic Table of Elements)”. Beberapa perubahan telah dibuat, namun para ahli kimia masih menggunakannya sampai hari ini.

d.   Kimia Organik (Organic Chemistry)

Studi mengenai senyawa dari organisme hidup menjadi cabang penting dari ilmu kimia di abad ke-19. Bidang ini disebut sebagai bidang “kimia organik”. Pada awalnya lingkup bidang “kimia organik” hanya zat kimia yang ditemukan dalam  makhluk hidup saja. Namun kemudian para ahli kimia  menemukan, bahwa lingkup bidang “kimia organik” meliputi pula zat kimia kompleks yang atom- atomnya juga ditemukan dalam bahan anorganik, atau bahan yang tak ditemukan dalam mahluk hidup.

Dua ahli kimia Jerman, Friedrich Wohler (1800 - 1882) dan Justus von Liebig (1803 - 1873), menguraikan susunan zat organik dengan jelas, Wohler menunjukkan bahwa beberapa bahan kimia organik dapat dibentuk di laboratorium. Eksperimen semacam ini merupakan sumbangan yang sangat besar bagi ilmu kedokteran dan fisiologi, dan juga bagi bidang pertanian (argiculture) a.l dengan ditemukannya pupuk baru. Semuanya itu merupakan sebuah awal dari pemahaman terhadap bahan kimia pada makhluk hidup.

e.   Cahaya (The Nature of Light)

Pada saat yang sama (yaitu abad ke-18 dan ke-19) para ahli kimia juga memperoleh kemajuan besar dalam memahami sifat materi atom, sedangkan ilmuwan lain mempelajari sifat cahaya.

Pada masa Isaac Newton, para ilmuwan berpikir bahwa cahaya terdiri dari partikel-partikel kecil. Namun kemudian para ilmuwan berpendapat bahwa cahaya adalah sejenis gelombang. Seorang ilmuwan Inggris, Thomas Young (1773 - 1829), dan seorang ilmuwan Perancis, Agustin Jean Fresnel (1788 - 1827), yang bekerja secara independen, menunjukkan bahwa jalannya cahaya adalah seperti jalannya gelombang.

Teori gelombang cahaya seperti itu menimbulkan persoalan yang serius, karena  “gelombang” harus berjalan melalui materi. Sebagai contoh, ketika kerikil jatuh ke dalam kolam air, maka gelombang berjalan melalui air. Jika cahaya adalah gelombang yang berjalan, maka gelombang itu berjalan melalui materi apa?

Para ilmuwan abad ke-19 menjawab pertanyaan itu dengan mengatakan bahwa ruang itu berisi zat ringan, zat seperti gas (gaslike), yang disebutnya sebagai “ether”. Mereka mengatakan bahwa gelombang cahaya berjalan lewat ruang ether tersebut, hal itu dipercaya sampai abad ke-20.

f.    Elektricity dan Gelombang Elektomagnetik (Electricity and Electromagnetic Waves).

Teori gelombang cahaya segera memiliki efek pada aspek lain seperti pada ilmu fisika, sifat listrik dan magnet

Pada tahun 1831 ilmuwan Inggris Michael Faraday menemukan cara menghasilkan arus listrik dari kumparan kawat (coil of wire) dan magnet. Faraday menunjukkan bahwa suatu arus listrik bisa menghasilkan arus listrik lain, fenomena ini disebut induksi electromagnetic. Penemuan induksi electromagnetic ini membawa Faraday ke penemuan generator listrik, generator listrik itu (a generator  is a device that converts mechanical energy to electrical energy for use in an external circuit. Sources of mechanical energy include steam turbines, gas turbines, water turbines, internal combustion engines and even hand cranks. The first electromagnetic generator, the Faraday    disk, was built in 1831) kemudian pada tahun 1832 dikembangkan oleh Hippolyte Pixil (1808–1835), seorang pembuat peralatan dari Perancis dan dapat menghasilkan arus listrik dalam jumlah besar dan murah.

Dalam mencoba menjelaskan daya tarik magnet dan induksi elektromagnetik, Faraday mengajukan teori medan gaya (theory of a field of force). Faraday  mengatakan bahwa ether itu terdiri dari "medan  kekuatan”, yang kekuatannya bekerja sampai pada jarak tertentu, seperti daya tarik magnet.

Kemudian ilmuwan Inggris James Clerk Maxwell (1831-1879), mengambil ide-ide Faraday tentang teori medan gaya itu, dan mengembangkannya menjadi teori gelombang electromanetic. Maxwell mempersatukan beberapa ide tentang cahaya dengan teori gelombang electromagmetic. Teori baru ini menyatakan bahwa cahaya adalah salah satu jenis gelombang elektromagnetik. Semua gelombang elektromagnetik berjalan pada kecepatan yang sama sekitar 186.000 mil (300.000 km) per detik. Perbedaan antara jenis-jenis gelombang elektromagnetik adalah dalam hal panjang gelombang.

g.   Hukum ketetapan energi ( The Law of Conservation of Energy)

Selama bertahun-tahun para ilmuwan merasa bahwa ada hubungan antara berbagai bentuk (jenis) energi ; antara energi panas, cahaya, listrik, magnet, mekanik dan energi kimia. Tapi para ilmuwan itu belum dapat menemukan bagaimana hubungan secara pasti antar energi-energi tersebut.

Para ilmuwan mencoba menjelaskan bagaimana panas (energi panas)  menghasilkan energi mekanik.   Pengembangan “mesin uap” di akhir tahun 1700-an menunjukkan bahwa panas dapat diubah menjadi energi mekanik.

Studi mengenai perubahan energi ini, pada 1840 menghasilkan hukum yang disebut sebagai “hukum kekekalan energi”.  Hukum ini menyatakan bahwa : “energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lain, tetapi  energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan”. Jumlah energi adalah tetap sama..

7. SAINS ABAD KE-20

Abad ke-19 telah ditutup dengan penemuan-penemuan penting antara lain sebagai berikut :

• Pada tahun 1896 fisikawan Perancis Henri Becquerel (1852-1908) menemukan uranium yang memancarkan gelombang energi atau radiasi ;
• Pada tahun 1898 ilmuwan suami dan istri Marie Curie (1867-1934) dan Pierre Curie (1850-1906)—Polish-born French physicist menemukan dua unsur lain yaitu radium dan polonium, yang juga memancarkan gelombang energi atau radiasi.

Aktivitas memancarkan gelombang energi atau radiasi oleh Curie dinamakan radioaktivitas (radioactivity) ;  radioactivity is the process by which the nucleus of an unstable atom loses energy by emitting radiation.

a.   Ilmu fisika dan kimia (Physics and Chemistry).

Ilmuwan fisika Amerika kelahiran Jerman Albert Einstein (1879 - 1955) menunjukkan bahwa materi itu dapat dianggap sebagai suatu bentuk energi. Materi dapat diubah menjadi energi oleh fisi nuklir (nuclear fision) atau fusi nuklir (nuclear fusion) . Fisi nuklir, atau membelah atom, telah dibuktikan oleh ledakan  bom atom dan operasi reaktor nuklir.

Panas dipancarkan oleh atom selama fisi di ruang reaktor nuklir untuk menghasilkan sejumlah energi listrik. Fusi (fusion), atau bergabungnya dua inti atom, menghasilkan energi yang sangat kuat seperti yang dilepaskan oleh bom termonuklir  (hidrogen).

Para ilmuwan terus berusaha menemukan cara untuk menggunakan fusi nuklir yang terkendali untuk menyediakan listrik yang sangat dibutuhkan. Energi fisi tidak seperti energi fusi, energi fisi (fision) akan menghasilkan sejumlah besar limbah radioaktif yang berbahaya.

Pada tahun 1900 ilmuwan Jerman Max Planck (1858-1947) mengemukakan teori “kuantum energi”. Teori ini menyatakan bahwa energi, atau radiasi elektromagnetik, terpancar (given off) dan diserap dalam bentuk bundel-bundel yang sangat kecil. Planck menggunakan nama "quanta" (kuanta) untuk bundel-bundel  tersebut "Quanta" adalah bentuk jamak dari "kuantum". Beberapa tahun kemudian, Albert Einstein meverifikasi teori Planck tersebut bahwa cahaya adalah semacam energi, yang berjalan sebagai kuanta (yang sekarang disebut foton).

Pada tahun 1911 ilmuwan Inggris Ernest Robert Rutherford (1871-1937) menunjukkan bahwa atom bukanlah partikel terkecil dari materi. Atom terdiri dari inti dengan muatan listrik positif dan elektron dengan muatan listrik negatif yang mengelilingi inti.

Fisikawan Denmark Niels Bohr (1885 - 1962) memberi informasi lebih lanjut. Menurut Bohr energi atom hanya dapat dilepaskan sebagai quanta, dan Bohr  menggambarkan bahwa inti atom dilingkari oleh elektron yang  menempati tempat (shell) tetap tertentu, atau orbit. Energi dari sumber di luar atom dapat membuat elektron bergeser dari satu shell ke shell yang lain. Ketika elektron bergeser ke shell yang lain, maka akan melepas atau menyerap energi.

Para ilmuwan menemukan bahwa partikel atom bergerak dalam gerakan seperti gelombang. Studi tentang gerakan ini, disebut sebagai “mekanika kuantum”, mekanika kuantum ini membantu memahami adanya energi dalam atom. Akibat pemahaman seperti itu, maka mulai abad ke-20  ilmu fisika berubah secara drastis

Sama pentingnya dengan ilmu fisika modern adalah perkembangan teori relativitas Albert Einstein. Karya Albert Einstein tersebut mengemukakan  ide-ide baru tentang bagaimana cahaya, waktu, ruang, massa, gerak dan gravitasi terkait.

• Bagian pertama ; Teori khusus (yang dapat diringkas dalam rumus matematika) ; bahwa energi dan massa dapat diubah satu dengan yang lain.
• Bagian kedua ; Teori umum yang menyatakan bahwa kehadiran massa menyebabkan distorsi (kurva) terhadap ruang (space), distorsi ini menghasilkan kekuatan yang dikenal sebagai gravitasi.

Bagian kedua dari teori relativitas Einstein (Teori umum) ini memiliki dampak signifikan terhadap astronomy astrofisika (astronomy astrophysics) yaitu studi tentang benda di ruang angkasa. Studi ini memberi dasar untuk mempelajari lebih lanjut tentang bintang dan planet dengan melakukan analisa atas  energi yang dipancarkan oleh bintang dan planet yang ada di ruang angkasa.

Sejak tahun 1931 telah diketahui bahwa berbagai jenis benda alam di ruang angkasa (space) menghasilkan sinyal radio. Studi tentang gelombang radio (radio astronomi) telah menambah pengetahuan tentang alam semesta itu, terutama karena gelombang radio dapat dideteksi dari jarak yang lebih jauh daripada gelombang cahaya.

Teleskop radio telah dapat mengungkapkan berbagai objek seperti “quasar” (a compact region surrounding a supermassive black hole and emitting enormous amounts of electromagnetic energy) dan “pulsar” (a highly magnetized, rotating neutron star that emits a beam of electromagnetic radiation).

Dengan menggunakan instrumen khusus tersebut, para astronom dapat menyelidiki adanya “black holes” di ruang angkasa, black hole diyakini adalah bintang yang terbakar.

Peristiwa-peristiwa tersebut semuanya dapat dijelaskan oleh teori Einstein tentang hubungan energi dan materi.

Sebuah cabang baru dari ilmu fisika adalah fisika benda padat (solid state of physics) yang menitik-beratkan studinya pada sifat-sifat benda padat. Pemahaman baru tentang bagaimana benda padat mengirimkan energi memiliki andil pada pengembangan berbagai jenis perangkat seperti komputer, radio transitor, sel-surya, dan laser.

Sementara itu, ilmu kimia juga memperoleh keuntungan dari pengetahuan baru tentang materi dan energi itu a.l sbb :

• Pengembangan metode untuk menemukan struktur  molekul, terutama struktur molekul senyawa pada materi hidup ;
• Pengembangan bahan baru terutama plastik dan serat sintetis,
• Penemuan metode untuk menghasilkan obat dan obat-obatan baru ;

Pengembangan dan penemuan-penemuan tersebut telah mengubah kehidupan kita dalam banyak hal.

b.   Biologi (biology).

Hukum tentang keturunan (the Laws of Heredity) ditemukan oleh seorang Austria, Gregor Mendel pada pertengahan 1800-an, dan ditemukan kembali pada tahun 1900. Hukum Mendel itu menjelaskan bagaimana karakteristik yang diturunkan oleh orang  ke keturunannya. Karya ilmuwan lain menjelaskan bagaimana karakteristik yang berbeda bisa muncul pada pribadi-pribadi dan bagaimana perbedaan tersebut diturunkan.

Mikroskop elektron, dikembangkan di tahun 1930-an, alat itu memiliki kemampuan yang kuat untuk memperbesar pengelihatan terhadap sel dan benda-benda mikroskopis lainnya.

Pada tahun 1952 ahli kimia Amerika, Linus Pauling (1901 - 1994) menemukan bahwa molekul protein memiliki bentuk spiral (helix) ; pada tahun 1953 ahli biokimia Amerika, James Watson (1928 - ....) dan ahli biokimia Inggris, Francis Crick (1916 - 2004) menemukan bahwa materi genetik yang membentuk kromosom adalah organisme hidup dalam bentuk helix ganda. Zat kimia ini disebut sebagai asam dioxyribonucleic (DNA), lewat DNA perpindahan karakteristik dari orang ke keturunannya dikontrol. Molekul-molekul seperti rantai panjang DNA yang membawa "kode genetik" adalah sebagai urutan empat senyawa kimia. Urutan itu dapat dipandang sebagai "surat" di mana informasi genetik dikodekan. Bentuk helix ganda berfungsi sebagai semacam patern kimia yang mengontrol pembuatan gen. Gen, pada gilirannya, mengendalikan karakteristik tertentu seperti warna mata pada hewan atau bentuk daun pada tanaman.

Para ilmuwan telah menemukan cara untuk mengubah informasi genetik yang tersimpan dalam molekul DNA. Bidang ini merupakan bidang baru dari kegiatan penelitian (researh), dan disebut sebagai rekayasa genetika, atau splicing gen.

Untuk sementara Ngunandiko akan mengakhiri bahasan dan renungan mengenai Sains sampai disini. Bahasan dan renungan mengenai Sains abad ke-20, Sains abad ke--21, dan lain-lain akan dilanjutkan pada kesempatan lain. Semoga bermanfaat.

*

Modern science says: 'The sun is the past, the earth is the present, the moon is the future.' From an incandescent mass we have originated, and into a frozen mass we shall turn. Merciless is the law of nature, and rapidly and irresistibly we are drawn to our doom. (Nikola-Tesla)

*

SAINS, Bagian ke-4

Ngunandiko.116

Sains

(Ilmu Pengetahuan)

Bagian ke-4

4.   ABAD SAINS EKSPERIMENTAL.

Pada abad ke-18, yang sering disebut sebagai “Abad Sains Experimental”

,  sebagian besar ilmu dan ide-ide ilmiah (theory) dari abad ke-17 telah menjadi mapan. (Catatan : experiments are conducted to be able to predict phenomenons ; an experiment is constructed to be able to explain some kind of causation. Experimental research is important to society -- it helps us to improve our everyday lives). Sumbangan  terbesar abad ke-18  terhadap sains  adalah di ilmu fisika khususnya dalam hal studi gas. Pada masa itu instrumen-instrumen ilmiah baru dikembangkan dan yang lama disempurnakan. Timbangan (pengukur berat benda), barometer, pompa udara, dan  mesin-mesin listrik baru ditemukan. Semuanya itu, banyak yang masih digunakan sampai pada saat ini. Ilmu fisika di bidang panas (heat) dan di bidang listrik (electricity) juga telah berlangsung dengan kemajuan pesat. Walaupun studi di bidang panas telah berkembang, namun pada waktu itu tidak ada metode yang baik yang telah ditemukan untuk mempelajari dan mengukur panas.

a.   Percobaan dengan panas (Experiments with Heat)

Dalam rangka melakukan eksperimen di bidang panas. ilmuwan abad ke-16 meng-andai-kan bahwa panas adalah  suatu cairan, yang disebut sebagai “kalori”. Ilmuwan-ilmuwan itu berpikir bahwa cairan (panas) mengalir dari tubuh (body) yang panas ke tubuh yang dingin, dan ilmuwan- ilmuwan itu menciptakan suatu instrumen untuk mengukur aliran panas tersebut.

Joseph-Black Skotlandia (1728 - 1799) melakukan satu eksperimen yang brilian untuk mengukur aliran panas tersebut. Black menemukan bahwa jenis bahan yang berbeda memerlukan jumlah panas yang berbeda agar dapat menaikkan derajat (suhu) dengan jumlah yang sama ; untuk menaikkan suhu sejumlah air (misalnya 1 kg air) dibutuhkan sejumlah panas, maka untuk menaikkan suhu yang sama dari benda yang berbeda (misalnya  1 kg air-raksa) dibutuhkan sejumlah panas yang berbeda. Jadi untuk menaikan suhu 1 (satu) kg air dengan 1 (satu) derajat berbeda dengan jumlah panas yang dibutuhkan untuk menaikan suhu 1 (satu) kg air-raksa dengan 1 (satu) derajat  . Black sebut jumlah panas yang dibutuhkan untuk menaikan suhu 1 (satu) kg  zat dengan 1 (satu) derajat sebagai “kapasitas panas suatu zat”, yang juga disebut sebagai “panas spesifik” suatu zat (substance).

Black menemukan kemampuan suatu benda menahan panas. Black tahu  ada sejumlah panas yang dibutuhkan untuk mengubah zat cair menjadi gas, seperti ketika air berubah menjadi uap. Black mempunyai bukti bahwa untuk menghasilkan gas dari cairan tidak selalu ada perubahan suhu. Panas tampaknya "tersembunyi" atau diserap oleh benda (substance) pada saat  cairan (benda cair) berubah menjadi gas, hal itu karena suhu (termometer) tidak terpengaruh. Black menyebut panas semacam itu adalah “panas laten”. Penelitian lebih lanjut tentang panas laten ini dilakukan oleh Pierre Simon Laplace (1749 - 1827) dan Antoine Lavoisier (1743 – 1794), kedua ilmuwan Perancis itu melakukan pengukuran secara lebih cermat tentang “panas laten” dan “panas spesifik” tersebut.

b.   Percobaan listrik (Experiments with Electricity)

Satu bidang fisika yang diteliti oleh para ilmuwan abad ke-18, yang  hampir tidak dikenal oleh para ilmuwan abad ke 17, adalah “listrik”. Orang Yunani kuno -- Thales of Miletus (624 - 546 SM) --  sudah tahu bahwa ketika benda yang disebut “amber” digosok, maka benda itu akan menarik bahan-bahan tertentu. Pada awal abad ke-17, William Gilbert telah menunjukkan bahwa sifat itu  juga dimiliki oleh kaca, lilin, sulfur, dan batu mulia. Gilbert memberi nama   kemampuan menarik tersebut sebagai “listrik”, hal itu berdasarkan  kata Yunani “amber”. Pada saat itu tidak ada eksperimen yang sukses yang telah dilakukan tentang “listrik” sampai ditemukan cara menghasilkan listrik yang lebih daripada amber bisa hasilkan.

Otto-von-Guericke (1602 - 1686) dari Jerman telah menciptakan  salah satu mesin pertama yang menghasilkan listrik. Guericke memasang bola belerang pada suatu poros. Ketika poros itu berputar, maka bola itu juga lkut berputar. Jenis materi tertentu yang ditempatkan pada lingkup putaran itu menjadi bermuatan listrik. (Ini jenis listrik yang disebut sebagai listrik statis)

Sepanjang abad ke-18, para peneliti telah menemukan banyak hal tentang listrik statis. Mereka menemukan bahwa listrik dapat dilhantarkan, atau dibawa, oleh zat tertentu. Zat-ini disebut penghantar (conductor). Zat yang tidak dapat menghantarkan listrik disebut isolator (insulator).

Salah satu teori listrik yang paling penting di abad ke-18 telah dikembangkan oleh Benjamin Franklin, seorang negarawan (stateman) dan ilmuwan Amerika. Sebagai bagian dari ketertarikannya pada listrik, Frankin melakukan percobaan dengan layang-layang, di mana ia menunjukkan bahwa percikan listrik dan petir adalah fenomena yang sama.

c.    Penemuan arus listrik (Discovery of the Electric Current)

Menjelang akhir abad ke-18, ilmuwan Italia Luigi Galvani (1737-1798) melihat sesuatu yang aneh. Ketika Galvani menyentuh otot kaki katak        ( the muscles of dead frogs' legs) dengan sepotong besi,  otot-otot itu bergerak bersama-sama (berkedut). Galvani menyimpulkan bahwa otot-otot hewan memiliki beberapa bentuk listrik di dalamnya, kesimpulan itu ternyata keliru.

Beberapa tahun setelah percobaan Galvani, ilmuwan Italia yang lain—Alessandro Volta (1745 – 1827) memberi penjelasan tentang bergeraknya (berkedut) otot-otot kaki katak itu. Volta  menunjukkan bahwa otot kaki katak itu telah bertindak sebagai penghantar listrik dan memang benar apa yang telah ditemukan oleh Galvani. Dua logam yang berbeda kontak satu dengan yang lain adalah sumber listrik baru. Ketika dua logam masing-masing kontak dengan otot kaki katak, maka listrik mengalir melalui mereka, melalui otot (ada aliran listrik arus listrik)

Volta melanjutkan eksperimen dengan arus listrik itu. Pertama Volta menciptakan baterai listrik, baterai itu terbuat dari dua logam yang berbeda dan konduktor cair. Baterai itu disebut “volta pile”. Para ilmuwan menggunakan “volta pile” untuk melakukan serangkaian percobaan pada berbagai bahan kimia. Para ilmuwan berkesimpulan bahwa listrik dapat digunakan untuk membentuk senyawa kimia, ini adalah bidang ilmu yang baru, dan disebut sebagai elektrokimia (electrochemistry). Seluruh rangkaian penelitian baru yang berasal dari studi elektrokimia, secara bertahap menyebabkan adanya pemahaman tentang sifat alami suatu benda (matter).

5.   REVOLUSI KIMIA  (THE CHEMICAL REVOLUTION).

Ilmu astronomi dan ilmu pesawat (mechanic) telah jauh berkembang selama revolusi ilmiah di abad ke-17, ilmu kimia  jauh tertinggal. Sebagaimana diketahui ilmu kimia memiliki hubungan yang kuat dengan tradisi lama tentang pembuatan logam (metalworking) dan obat-obatan (medicine). Sementara itu para ahli kimia tidak menindaklanjuti percobaan tentang udara dan gas yang telah dilakukan oleh sejumlah ahli kimia Inggris. Sebaliknya, para ahli kimia malah terlibat dengan teori baru yang tampaknya untuk  menjawab masalah yang sangat penting berkaitan dengan “industri logam” dan “pembakaran”.

Salah satu masalah kunci dari ilmu kimia pada saat itu adalah yang  berkaitan dengan konversi (converting) bijih logam (metallic ore) menjadi logam murni (refined metal).  Penggunaan panas dan api dalam proses ini adalah yang dinamakan pembakaran (combustion). Ahli kimia dari abad ke-18 dengan hati-hati mempelajari fenomena ini. Teori yang dikembangkannya tentang hal itu disebut sebagai “teori phlogiston”.

Teori yang diusulkan untuk menjelaskan (yang telah jelas bagi sebagian besar pengamat) adalah ketika suatu logam dibakar, maka ada “sesuatu” yang keluar dari logam itu.  “Sesuatu” itu disebut “Phlogiston”. Misalnya ketika merkuri dibakar dan berubah menjadi bubuk merah, maka “pholgiston” telah keluar.

Tetapi ternyata percobaan membuktikan bahwa setelah suatu logam dibakar hasilnya lebih berat daripada logam asli itu sendiri. Pembakaran suatu logam dan “sesuatu” telah dibebaskan dari logam itu, tetapi hasil pembakaran-nya lebih berat daripada logam asli itu sendiri adalah suatu peristiwa yang tidak mungkin terjadi. Peristiwa seperti itu menunjukkan kegagalan teori phlogiston, dan kemudian teknik-teknik baru dengan analisis kimia dikembangkan.

Dua hal penting yang diketahui atau ditemukan  sebelum revolusi kimia itu berlangsung dengan sukses adalah sbb :

• Ditemukan-nya cara untuk memisahkan dan mengumpulkan berbagai jenis gas yang ada di udara dan gas yang dihasilkan dari bahan yang terbakar. Hal itu berarti peneliti menemukan cara untuk mengenali perbedaan antara gas di udara seperti oksigen, nitrogen, karbon dioksida, dll ; dan gas-gas yang dihasilkan  dari pembakaran.
• Diketahui dan dikembangkan-nya cara untuk melakukan analisa terhadap bahan-bahan.

Ahli kimia pertama yang mengembangkan cara (metode) memproduksi gas (carbon dioksida) dan mengidentifikasinya adalah Joseph Black. Sedangkan ahli kimia Inggris, Henry Cavendish (1731 - 1810), adalah yang  pertama kali menemukan gas  hidrogen. Ahli kimia Inggris lainnya, Joseph Priestly (1733 – 1804), menemukan gas oksigen tapi tidak memahami pentingnya arti gas oksigen itu dalam pembakaran. Beberapa bulan setelah penemuan Priestly ahli kimia Perancis, Antoine Lavoisier (1743 – 1794), juga dapat membuat gas oksigen, dan mengenali arti penting dari gas oksigen itu.

a.   Antoine Lavoisier

Penemuan-penemuan baru di kimia di abad ke-18 itu disusun oleh Antoine Lavoisier menjadi sebuah teori kimia baru. Serangkaian percobaan (experiment) yang dilakukan oleh Lavoisier membuktikan bahwa ketika suatu zat terbakar dibutuhkan oksigen. Hasil percobaan Lavoisier ini menjukkan kekeliruan dari teori phlogiston. Teori-baru tentang pembakaran, yang menyatakan bahwa bahwa pembakaran adalah kombinasi dari zat dengan oksigen terbukti benar (Rapid chemical reaction of two or more substances with a characteristic liberation of   heat and light ; it is commonly called burning. The burning of a fuel such as wood, coal, oil, natural gas etc in air is a familiar example of combustion). 

Selain membuktikan bahwa pembakaran itu adalah kombinasi dari zat dengan oksigen, Lavoisier juga telah melakukan  banyak percobaan. Pada tahun 1789 buku “Traite Elementaire de Chimie (Unsur Kimia)” diterbitkan. Dalam buku tersebut Lavoisier menjelaskan sistem baru kimia. Lavoisier  mengidentifikasi sejumlah zat (substance) sebagai unsur kimia, yang merupakan dasar dari semua kombinasi kimia. Lavoisier menggunakan nama baru untuk zat (substance), dan istilah baru untuk menggambarkan berlangsungnya atau terjadinya kombinasi kimia.

b.   Pelopor revolusi kimia.

Lavoisier telah melakukan  banyak percobaan, pada tahun 1789 diterbitkan buku “Traite Elementaire de Chimie (Unsur Kimia)”. Dalam buku tersebut Lavoisier menjelaskan sistem baru kimia itu, misalnya :

• pembakaran itu adalah kombinasi dari zat (substance) dengan oksigen ;
• unsur-unsur kimia merupakan dasar dari semua kombinasi kimia ; dan
• lain-lain hasil percobaannya.

Dengan banyaknya percobaan-percobaan yang fundamental tersebut, maka Antoine Lavoisier dapat disebut sebagai “Pelopor Revolusi Kimia”.

6.   Sains pada abad ke-19 (Science in the 19 century)

Biologi adalah satu-satunya sains (major science) yang gagasan utamanya, pada awal abad ke-19, belum mengalami perubahan. Seperti diketahui sains di fisika dan di kimia telah mengalami perubahan sbb :

• Newton telah memberikan dasar-dasar bagi fisika ; dan
• Lavoisier telah memberi satu set hukum baru di bidang kimia.

Sementara itu penelitian dan  pengamatan terhadap mahluk hidup masih belum banyak mengalami kemajuan, masih terdiri dari serangkaian  bidang ilmu yang terpisah satu dengan yang lain. Namun kemudian penemuan dan teori yang berhubungan dengan studi makhluk hidup yang terpisah itu, bergabung secara bersama-sama menjadi satu ilmu yang besar yang disebut biologi.

Penemuan dan teori yang semula terpisah tersebut (tiga bidang) adalah sebagai berikut :

• Teori teori sel, yang tumbuh dari pengamatan bahwa makhluk hidup terbuat dari unit-unit kecil yang disebut sel ;
• Makhluk hidup hanya diproduksi oleh makhluk hidup lainnya. Dengan kata lain, hidup hanya datang dari kehidupan ; dan
• Teori evolusi, yang menjelaskan bagaimana jenis yang berbeda dari tanaman dan hewan (mahluk hidup) datang dan kemudian berubah..

a.   Teori cell (The Cell Theory)

Di abad ke-17, ketika Robert Hooke (1635 – 1703) melakukan pengamatan pertama terhadap struktur sel tanaman melalui mikroskop, para ilmuwan telah membuat studi mikroskopis tentang pertumbuhan tanaman dan hewan. Pada abad ke-18 dan ke-19 dengan lensa mikroskop yang lebih baik, teknik yang lebih baik, dan kerja  mikroskop yang telah dikembangkan, maka dimungkinkan adanya terobosan dalam studi struktur mikroskopis dari makhluk hidup.

Robert Brown (1773 - 1858), seorang ahli botani Inggris, pada tahun 1881 mengamati bahwa hampir semua sel tumbuh-tumbuhan mengandung tubuh kecil, yang ia sebut inti (nucleus). Seorang ahli  zoologi dari Cekoslowakia, Johannes Purkinje (1787 - 1869), menemukan bahwa tubuh hewan juga terdiri dari sel-sel, dimana sel-sel itu terdiri dari inti-inti sel (nuclei).

Langkah akhir dalam pembentukan teori sel dilakukan oleh dua ilmuwan Jerman, yaitu Matthias Schleiden (1804 - 1881) dan Theodore Schwann (1810-1882). Mereka menyatakan bahwa sel dengan inti adalah dasar dari struktur semua makhluk hidup. Mereka juga menyatakan bahwa proses kehidupan seperti : tumbuh, makan dan bernapas (respiration) berlangsung di dalam setiap sel hidup. Kemudian pada abad ke-19, para peneliti menunjukkan bahwa semua sel baru dibentuk oleh pembelahan (fission) atau pembagian (division) satu “sel ibu" menjadi dua "sel anak".

b.   Louis Pasteur.

Karya ilmuwan Perancis Louis Pasteur pada tahun 1850 telah mendekatkan sebuah kontroversi panjang tentang asal usul kehidupan. Dalam serangkaian percobaan Pasteur menunjukkan bahwa kehidupan hanya datang dari kehidupan, dan makhluk hidup tidak dapat muncul dari substansi yang tidak hidup seperti: udara dan tanah.

Louis Pasteur

Pasteur membuka era baru bagi penelitian dengan menunjukkan bahwa banyak penyakit yang disebabkan oleh mikro-organisme (makhluk hidup yang hanya dapat dilihat melalui mikroskop). Dampak dari studi Pasteur ni menyebabkan banyak  proses yang kurang dipahami hubungannya satu dengan yang lain menjadi dapat dipahami misalnya-hubungan proses terbentuknya  anggur dan bir, membusuknya bahan, dan terjadinya infeksi pada hewan dan manusia. Pemahaman ini merubah total pendapat orang tentang kebersihan (cleanlyness). Semuanya itu terkait dengan pengembangan teknik baru dalam melakukan kontrol terhadap mikro-organisme.

Misalnya, Pasteur telah menunjukkan bahwa panas akan membunuh atau menghambat pertumbuhan mikroorganisme. Jadi anggur dan susu yang aman (tidak terganggu oleh pertumbuhan micro-organisme) bisa diproduksi melalui pemanasan dengan cara yang khusus. Proses ini disebut “pasteurisasi” untuk menghormati Pasteur.

Pengakuan bahwa mikro-organisme (kuman) menyebabkan infeksi,  membawa teknik antiseptik dalam pengobatan dan operasi. Teknik-teknik tersebut secara tajam telah mengurangi tingkat kematian di antara orang-orang yang menjalani operasi, dan terjadinya infeksi di rumah-rumah sakit berkurang.

Dalam studi mereka dari bagian yang mikro-organisme bermain di disaese, scienctists menemukan bahwa disaese penyebab mikro-organisme menghasilkan racun, atau zat beracun. jaringan sehat, pada gilirannya, menghasilkan zat yang disebut anti racun, yang memerangi racun. Sebagai hasil dari penemuan ini cara ditemukan untuk melindungi seseorang terhadap banyak penyakit dengan inokulasi.

c.    Teori Evolusi (The Theory of Evolution)

Teori yang berhubungan dengan bagaimana kehidupan tanaman dan hewan berkembang (dari bentuk sederhana ke bentuk yang lebih maju) disebut teori evolusi. Beberapa ahli biologi telah mengajukan teori evolusi selama abad ke-18 dan awal abad ke-19. Yang paling terkenal  adalah teori Jean Baptiste Lamarck (1744-1829).

Lamarck percaya bahwa ada satu baris utama ( skala) dari organisme hidup, yang membentang dari yang paling sederhana sampai yang paling kompleks. Setiap hewan, Lamarck percaya, setiaphewan memiliki perilaku yang cenderung bergerak terus menerus ke arah perbaikan. Itu adalah kekuatan internal yang menyebabkan evolusi berjalan lambat dari suatu bentuk ke bentuk baru (bersambung).

*

Science knows no country, because knowledge belongs to humanity, and is the torch which illuminates the world. Science is the highest personification of the nation because that nation will remain the first which carries the furthest the works of thought and intelligence. (Louis Pasteur)

*