Fisika adalah ilmu alam yang mempelajari materi dan gerak serta tingkah lakunya melalui ruang dan waktu dan yang mempelajari entitas terkait energi dan kekuatan. Fisika adalah salah satu disiplin ilmu yang paling mendasar, dan tujuan utamanya adalah untuk memahami bagaimana alam semesta berperilaku.
Fisika adalah salah satu disiplin akademis tertua dan, melalui masuknya astronomi, mungkin yang tertua. Selama dua milenium terakhir, fisika, kimia, biologi, dan cabang-cabang matematika tertentu merupakan bagian dari filsafat alam, tetapi selama revolusi ilmiah pada abad ke-17, ilmu-ilmu alam ini muncul sebagai upaya penelitian yang unik dalam hak mereka sendiri. Fisika berpotongan dengan banyak bidang penelitian interdisipliner, seperti biofisika dan kimia kuantum, dan batas-batas fisika tidak didefinisikan secara kaku. Ide-ide baru dalam fisika sering menjelaskan mekanisme fundamental yang dipelajari oleh ilmu-ilmu lain dan menyarankan jalan baru penelitian dalam disiplin akademik seperti matematika dan filsafat.
Kemajuan dalam fisika sering memungkinkan kemajuan dalam teknologi baru. Sebagai contoh, kemajuan dalam pemahaman elektromagnetisme dan fisika nuklir secara langsung mengarah pada pengembangan produk-produk baru yang telah secara dramatis mengubah masyarakat modern, seperti televisi, komputer, peralatan rumah tangga, dan senjata nuklir; kemajuan dalam termodinamika menyebabkan perkembangan industrialisasi; dan kemajuan dalam mekanika mengilhami pengembangan kalkulus.
Fisika terkait dengan kimia dalam sebanyak reaksi kimia pada dasarnya bersifat elektromagnetik. Kimia berkaitan dengan biologi melalui bio-kimia. Fisika atau aktivitas manusia lainnya (lukisan, balet) memang penting di bidang ekonomi jika mereka mendatangkan laba untuk seseorang. Fisika dan psikologi? Belum, meskipun Penrose mengusulkan basis mekanika kuantum untuk kesadaran.
Hubungan Fisika dan Teknologi
Beberapa bidang fisika digunakan dalam teknologi. Teknologi adalah aplikasi sains; dan itu termasuk pembangunan jalan, komunikasi, penerbangan dan teknologi medis, antara lain. Pemindai ultrasound, tabung sinar-X, dan stetoskop yang digunakan di rumah sakit adalah contoh penerapan fisika dalam teknologi medis.
Hubungan fisika dengan kimia
Ilmu yang mungkin paling dipengaruhi oleh fisika adalah kimia. Secara historis, hari-hari awal kimia hampir seluruhnya berhubungan dengan apa yang sekarang kita sebut kimia anorganik, kimia zat yang tidak terkait dengan makhluk hidup. Analisis yang cukup diperlukan untuk menemukan keberadaan banyak elemen dan hubungan mereka — bagaimana mereka membuat berbagai senyawa yang relatif sederhana yang ditemukan di bebatuan, bumi, dll. Kimia awal ini sangat penting untuk fisika. Interaksi antara dua ilmu itu sangat hebat karena teori atom dibuktikan sebagian besar oleh eksperimen dalam kimia.
Teori kimia, yaitu, dari reaksi itu sendiri, dirangkum untuk sebagian besar dalam bagan periodik Mendeleev, yang memunculkan banyak hubungan aneh di antara berbagai elemen, dan itu adalah kumpulan aturan tentang substansi mana yang dikombinasikan dengan
yang, dan bagaimana, itu merupakan kimia anorganik. Semua aturan ini pada prinsipnya dijelaskan oleh mekanika kuantum, sehingga kimia teoretis pada kenyataannya adalah fisika. Di sisi lain, harus ditekankan bahwa penjelasan ini pada prinsipnya. Kami telah membahas perbedaan antara mengetahui aturan permainan catur, dan bisa bermain. Jadi kita mungkin tahu aturannya, tapi kita tidak bisa bermain dengan baik. Ternyata sangat sulit untuk memprediksi dengan tepat apa yang akan terjadi dalam reaksi kimia tertentu; Namun demikian, bagian paling dalam dari teori kimia harus berakhir dalam mekanika kuantum.
Ada juga cabang fisika dan kimia yang dikembangkan oleh kedua ilmu bersama, dan yang sangat penting. Ini adalah metode statistik yang diterapkan dalam situasi di mana ada hukum mekanis, yang secara tepat disebut mekanika statistik. Dalam berbagai situasi kimia, sejumlah besar atom terlibat, dan kita telah melihat bahwa atom-atom bergetar dengan cara yang sangat acak dan rumit.
Jika kita bisa menganalisis setiap tabrakan, dan dapat mengikuti secara detail gerakan setiap molekul, kita mungkin berharap untuk mengetahui apa yang akan terjadi, tetapi banyak angka yang diperlukan untuk melacak semua molekul ini melebihi kapasitas komputer yang sangat besar. , dan tentu saja kapasitas pikiran, bahwa penting untuk mengembangkan metode untuk menghadapi situasi rumit semacam itu. Mekanika statistik, kemudian, adalah ilmu tentang fenomena panas, atau termodinamika.
Kimia anorganik adalah, sebagai ilmu, yang pada intinya berkurang pada apa yang disebut kimia fisik dan kimia kuantum; kimia fisik untuk mempelajari tingkat di mana reaksi terjadi dan apa yang terjadi secara terperinci (Bagaimana molekul-molekulnya menabrak? Potongan mana yang terbang dulu?, dll.), dan kimia kuantum untuk membantu kita memahami apa yang terjadi dalam hukum fisika.
Cabang kimia lainnya adalah kimia organik, zat kimia yang terkait dengan makhluk hidup. Untuk sementara waktu diyakini bahwa zat-zat yang terkait dengan makhluk hidup begitu luar biasa sehingga mereka tidak dapat dibuat dengan tangan, dari bahan anorganik. Ini sama sekali tidak benar — mereka sama saja dengan zat-zat yang dibuat dalam kimia anorganik, tetapi susunan atom yang lebih rumit terlibat.
Kimia organik jelas memiliki hubungan yang sangat erat dengan biologi yang memasok zat-zatnya, dan untuk industri, dan lebih jauh lagi, banyak kimia fisik dan mekanika kuantum dapat diterapkan pada organik maupun senyawa anorganik. Namun, masalah utama kimia organik tidak dalam aspek-aspek ini, melainkan dalam analisis dan sintesis zat-zat yang terbentuk dalam sistem biologis, pada makhluk hidup. Hal ini menyebabkan tanpa terasa, secara bertahap, menuju biokimia, dan kemudian ke biologi itu sendiri, atau biologi molekuler.
Hubungan fisika dengan astronomi
Astronomi lebih tua dari fisika. Faktanya, ia memulai fisika dengan menunjukkan kesederhanaan yang indah dari gerakan bintang dan planet, yang pemahamannya adalah awal dari fisika. Tetapi penemuan yang paling luar biasa dalam semua astronomi adalah bahwa bintang-bintang terbuat dari atom-atom yang sama seperti yang ada di bumi.1 Bagaimana ini dilakukan? Atom membebaskan cahaya yang memiliki frekuensi tertentu, sesuatu seperti timbre alat musik, yang memiliki nada atau frekuensi suara tertentu. K
etika kita sedang mendengarkan beberapa nada yang berbeda kita dapat membedakan mereka, tetapi ketika kita melihat dengan mata kita pada campuran warna, kita tidak dapat mengatakan bagian-bagian dari mana itu dibuat, karena mata tidak sedekat telinga dalam hal ini. koneksi. Namun, dengan spektroskop kita dapat menganalisis frekuensi dari gelombang cahaya dan dengan cara ini kita dapat melihat sangat banyak atom yang berada di bintang yang berbeda. Faktanya, dua unsur kimia ditemukan pada bintang sebelum mereka ditemukan di bumi. Helium ditemukan di matahari, dari mana namanya, dan technetium ditemukan di bintang-bintang keren tertentu. Ini, tentu saja, memungkinkan kita untuk membuat kemajuan dalam memahami bintang-bintang, karena mereka terbuat dari jenis atom yang sama yang ada di bumi.
Sekarang kita tahu banyak tentang atom, terutama mengenai perilaku mereka di bawah kondisi suhu tinggi tetapi tidak memiliki kepadatan yang sangat besar, sehingga kita dapat menganalisis dengan mekanika statistik perilaku substansi bintang.
Meskipun kita tidak dapat mereproduksi kondisi di bumi, menggunakan hukum fisik dasar yang sering kita dapat katakan dengan tepat, atau sangat erat, apa yang akan terjadi. Jadi itu adalah fisika yang membantu astronomi. Aneh seperti kelihatannya, kita memahami distribusi materi di bagian dalam matahari jauh lebih baik daripada kita memahami bagian dalam bumi. Apa yang terjadi di dalam bintang lebih baik dipahami daripada yang bisa diduga dari kesulitan harus melihat titik kecil cahaya melalui teleskop, karena kita dapat menghitung apa yang harus dilakukan atom di bintang dalam kebanyakan situasi.
Salah satu penemuan paling mengesankan adalah asal-muasal energi bintang-bintang, yang membuat mereka terus menyala. Salah satu pria yang menemukan ini sedang keluar bersama pacarnya pada malam setelah dia menyadari bahwa reaksi nuklir harus terjadi di bintang-bintang untuk membuat mereka bersinar. Dia berkata, “Lihatlah betapa cantiknya bintang-bintang bersinar!” Dia berkata, “Ya, dan saat ini aku adalah satu-satunya pria di dunia yang tahu mengapa mereka bersinar.” Dia hanya menertawakannya. Dia tidak terkesan dengan satu-satunya orang yang, pada saat itu, tahu mengapa bintang-bintang bersinar. Yah, itu menyedihkan sendirian, tapi begitulah adanya di dunia ini.
Ini adalah “pembakaran” nuklir hidrogen yang memasok energi matahari; hidrogen diubah menjadi helium. Selanjutnya, pada akhirnya, pembuatan berbagai unsur kimia berlangsung di pusat-pusat bintang, dari hidrogen. Hal-hal yang kami buat, telah “dimasak” sekali, di bintang, dan dimuntahkan. Bagaimana kami bisa tahu? Karena ada petunjuk. Proporsi dari berbagai isotop — berapa banyak C12, berapa banyak C13, dll., adalah sesuatu yang tidak pernah diubah oleh reaksi kimia, karena reaksi kimia sangat sama untuk keduanya.
Proporsi murni hasil reaksi nuklir. Dengan melihat proporsi isotop di bara yang dingin dan mati di mana kita berada, kita dapat menemukan seperti apa tungku itu di mana barang-barang yang kita buat terbentuk. Tungku itu seperti bintang-bintang, dan sangat mungkin bahwa unsur-unsur kita “dibuat” di bintang-bintang dan diludahkan dalam ledakan yang kita sebut novae dan supernova. Astronomi sangat dekat dengan fisika sehingga kita akan mempelajari banyak hal astronomi saat kita berjalan.
Hubungan fisika dengan biologi
Ada hubungan awal yang menarik antara fisika dan biologi di mana biologi membantu fisika dalam penemuan konservasi energi, yang pertama kali ditunjukkan oleh Mayer sehubungan dengan jumlah panas yang diambil dan diberikan oleh makhluk hidup.
Jika kita melihat proses biologi hewan hidup lebih dekat, kita melihat banyak fenomena fisik: sirkulasi darah, pompa, tekanan, dll. Ada saraf: kita tahu apa yang terjadi ketika kita menginjak batu tajam, dan itu entah bagaimana informasi lain pergi dari kaki ke atas. Sangat menarik bagaimana itu terjadi. Dalam penelitian mereka tentang saraf, para ahli biologi telah sampai pada kesimpulan bahwa saraf adalah tabung yang sangat halus dengan dinding kompleks yang sangat tipis; melalui dinding ini pompa sel ion, sehingga ada ion positif pada ion luar dan negatif di bagian dalam, seperti sebuah kapasitor.
Sekarang membran ini memiliki properti yang menarik; jika “pembuangan” di satu tempat, yaitu, jika beberapa ion mampu bergerak melalui satu tempat, sehingga tegangan listrik berkurang di sana, pengaruh listrik itu membuat dirinya terasa pada ion di lingkungan, dan itu mempengaruhi membran sedemikian rupa sehingga memungkinkan ion melalui titik-titik tetangga juga. Hal ini pada gilirannya mempengaruhi lebih jauh, dll., Sehingga ada gelombang “penetrasi” dari membran yang mengalir di serat ketika “bersemangat” di salah satu ujungnya dengan menginjak batu tajam.
Gelombang ini agak analog dengan urutan panjang domino vertikal; jika yang akhir ditepikan, yang satu mendorong yang berikutnya, dll. Tentu saja ini hanya akan mengirimkan satu pesan kecuali domino diatur lagi; dan juga di sel saraf, ada proses yang memompa ion secara perlahan keluar lagi, untuk mendapatkan saraf siap untuk dorongan berikutnya. Jadi kita tahu apa yang kita lakukan (atau setidaknya di mana kita berada). Tentu saja efek listrik yang terkait dengan impuls saraf ini dapat dijemput dengan instrumen listrik, dan karena ada efek listrik, jelas fisika efek listrik memiliki pengaruh besar dalam memahami fenomena tersebut.
Efek sebaliknya adalah bahwa, dari suatu tempat di otak, sebuah pesan dikirimkan bersama saraf. Apa yang terjadi pada ujung saraf? Di sana saraf bercabang menjadi benda-benda kecil yang bagus, terhubung ke struktur dekat otot, yang disebut endplate. Untuk alasan yang tidak benar-benar dipahami, ketika impuls mencapai ujung saraf, paket kecil dari bahan kimia yang disebut asetilkolin ditembak mati (lima atau sepuluh molekul pada suatu waktu) dan mereka mempengaruhi serat otot dan membuatnya berkontraksi — betapa sederhananya. ! Apa yang membuat kontrak otot? Otot adalah jumlah yang sangat besar dari serat yang berdekatan, mengandung dua zat yang berbeda, myosin dan actomyosin, tetapi mesin di mana reaksi kimia yang disebabkan oleh asetilkolin dapat memodifikasi dimensi otot belum diketahui. Dengan demikian proses fundamental dalam otot yang membuat gerakan mekanis tidak diketahui.
Biologi adalah bidang yang sangat luas sehingga ada tuan rumah dari masalah-masalah lain yang tidak dapat kita sebutkan sama sekali — masalah tentang bagaimana visi bekerja (apa yang cahaya lakukan di mata), bagaimana cara kerja pendengaran, dll. (Cara di mana pemikiran bekerja kita akan dibahas nanti di bawah psikologi.) Sekarang, hal-hal yang berkaitan dengan biologi yang baru saja kita bahas adalah, dari sudut pandang biologis, benar-benar tidak mendasar, di dasar kehidupan, dalam arti bahwa bahkan jika kita memahaminya kita masih tidak akan memahami kehidupan diri. Untuk mengilustrasikan: orang-orang yang mempelajari syaraf merasa pekerjaan mereka sangat penting, karena bagaimanapun Anda tidak dapat memiliki hewan tanpa saraf. Tetapi Anda dapat memiliki hidup tanpa saraf.
Tumbuhan tidak memiliki saraf atau otot, tetapi mereka bekerja, mereka hidup, sama saja. Jadi untuk masalah mendasar biologi, kita harus melihat lebih dalam; ketika kita melakukannya, kita menemukan bahwa semua makhluk hidup memiliki banyak karakteristik yang sama. Fitur yang paling umum adalah bahwa mereka terbuat dari sel, di dalam masing-masing mesin yang kompleks untuk melakukan hal-hal secara kimia. Dalam sel tumbuhan, misalnya, ada mesin untuk mengambil cahaya dan menghasilkan glukosa, yang dikonsumsi dalam gelap untuk menjaga tanaman tetap hidup. Ketika tanaman dimakan, glukosa itu sendiri menghasilkan serangkaian reaksi kimia yang sangat berkaitan erat dengan fotosintesis (dan efek sebaliknya dalam gelap) pada tumbuhan.