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)

*