Teori Sains

Hukum dan Teori Ilmiah Yang Harus Anda Ketahui

Hukum dan Teori Ilmiah Yang Harus Anda Ketahui – Para ilmuwan memiliki banyak alat yang tersedia untuk mereka ketika mencoba menggambarkan bagaimana alam dan alam semesta bekerja secara luas. Seringkali mereka meraih hukum dan teori terlebih dahulu.

Hukum dan Teori Ilmiah Yang Harus Anda Ketahui

thebigvantheory – 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 dalam ruang hampa.

Melansir howstuffworks, Sebuah teori ilmiah sering berusaha untuk mensintesis tubuh bukti 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, tetapi teori tersebut mewakili sesuatu yang mendasar tentang cara kerja alam.

Baca juga : Kontroversi Teori Sains Dulu dan Sekarang

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 yang mungkin ingin Anda pelajari, bahkan jika Anda tidak menemukan diri Anda, katakanlah, sering mengoperasikan mikroskop elektron . Kita akan mulai dengan ledakan dan beralih ke hukum dasar alam semesta, sebelum mencapai evolusi . Terakhir, kita akan membahas beberapa materi utama, menyelidiki bidang fisika kuantum.

Teori Big Bang

Jika Anda ingin mengetahui satu teori ilmiah, buatlah 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.

Hukum Ekspansi Kosmik Hubble

Mari kita tetap bersama Edwin Hubble sebentar. Sementara tahun 1920-an menderu dan Depresi Hebat berlalu, Hubble melakukan penelitian astronomi yang inovatif. Hubble tidak hanya membuktikan bahwa ada galaksi lain selain Bima Sakti , ia juga menemukan bahwa galaksi-galaksi ini menjauh dari galaksi kita, sebuah gerakan yang disebutnya resesi .

Untuk mengukur kecepatan pergerakan galaksi ini, Hubble mengusulkan Hukum Ekspansi Kosmik Hubble, alias hukum Hubble, sebuah persamaan yang menyatakan: kecepatan = H × jarak . Velocity mewakili kecepatan resesi galaksi; H adalah konstanta Hubble, atau parameter yang menunjukkan tingkat di mana alam semesta mengembang; dan jarak adalah jarak galaksi dari galaksi yang dibandingkan.

Konstanta Hubble telah dihitung pada nilai yang berbeda dari waktu ke waktu, tetapi nilai yang diterima saat ini adalah 70 kilometer/detik per megaparsec, yang terakhir adalah satuan jarak di ruang intergalaksi [sumber: Putih ]. Untuk tujuan kita, itu tidak begitu penting. Yang paling penting adalah bahwa hukum Hubble menyediakan metode ringkas untuk mengukur kecepatan galaksi dalam kaitannya dengan kecepatan kita sendiri. Dan mungkin yang paling penting, hukum menetapkan bahwa alam semesta terdiri dari banyak galaksi, yang pergerakannya dapat ditelusuri kembali ke big bang.

Hukum Kepler tentang Gerak Planet

Selama berabad-abad, para ilmuwan bertempur satu sama lain dan dengan para pemimpin agama tentang orbit planet, terutama tentang apakah mereka mengorbit matahari kita. Pada abad ke-16, Copernicus mengajukan konsep kontroversialnya tentang tata surya heliosentris, di mana planet-planet berputar mengelilingi matahari — bukan Bumi. Tetapi Johannes Kepler, yang membangun di atas pekerjaan yang dilakukan oleh Tyco Brahe dan yang lainnya, membutuhkan landasan ilmiah yang jelas untuk pergerakan planet-planet.

Tiga hukum gerak planet Kepler — terbentuk pada awal abad ke-17 — menggambarkan bagaimana planet mengorbit matahari. Hukum pertama, kadang-kadang disebut hukum orbit , menyatakan bahwa planet-planet mengorbit matahari secara elips. Hukum kedua, hukum luas , menyatakan bahwa garis yang menghubungkan planet ke matahari mencakup luas yang sama selama periode waktu yang sama. Dengan kata lain, jika Anda mengukur area yang dibuat dengan menggambar garis dari Bumi ke matahari dan melacak pergerakan Bumi selama 30 hari, area tersebut akan tetap sama di mana pun Bumi berada dalam orbitnya saat pengukuran dimulai.

Yang ketiga, hukum periode , memungkinkan kita untuk menetapkan hubungan yang jelas antara periode orbit planet dan jaraknya dari matahari. Berkat hukum ini, kita tahu bahwa planet yang relatif dekat dengan matahari, seperti Venus, memiliki periode orbit yang jauh lebih singkat daripada planet yang jauh, seperti Neptunus.

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, tidak peduli 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 × [(m 1 m 2 )/r 2 ]

F adalah gaya gravitasi antara dua benda, diukur dalam Newton. M 1 dan m 2 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 m 2 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 .

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 suatu 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 di 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.

Hukum Termodinamika

Fisikawan dan novelis Inggris CP Snow pernah berkata bahwa seorang non-ilmuwan yang tidak mengetahui hukum kedua termodinamika seperti seorang ilmuwan yang tidak pernah membaca Shakespeare [sumber: Lambert ]. Pernyataan Snow yang sekarang terkenal 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 membongkar ini sedikit. Dengan mengatakan Anda tidak bisa menang, Snow berarti 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 menghasilkan kerja, Anda harus memasok panas, meskipun dalam hal apa pun selain sistem tertutup sempurna, sebagian panas pasti hilang 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.