Untuk memahami alam semesta, para astronom menggunakan hukum fisika untuk membangun teori dan model yang dapat diuji

Astronomi memiliki warisan yang kaya yang berasal dari mitos dan legenda kuno. Berabad-abad yang lalu, langit dianggap dihuni oleh setan dan pahlawan, dewa dan dewi. Fenomena astronomi dijelaskan sebagai hasil dari kekuatan supranatural dan intervensi ilahi.

Jalan peradaban sangat dipengaruhi oleh realisasi mendalam yaitu "Alam semesta dapat dipahami". Kesadaran ini adalah salah satu karunia besar datang kepada kita semenjak Yunani kuno. Para astronom Yunani menemukan bahwa dengan mengamati langit dan dengan hati-hati memikirkan apa yang mereka lihat, mereka dapat belajar sesuatu tentang bagaimana alam semesta beroperasi. Sebagai contoh, di zaman dahulu mereka mengukur ukuran Bumi dan mampu memahami serta memprediksi gerhana tanpa menarik kekuatan gaib. Ilmu pengetahuan modern adalah warisan langsung dari upaya intelektual para perintis Yunani kuno ini.

Metode Ilmiah

Seperti seni, musik, atau aktivitas kreatif manusia lainnya, sains memanfaatkan intuisi dan pengalaman. Tetapi pendekatan yang digunakan oleh para ilmuwan untuk mengeksplorasi realitas fisik berbeda dari bentuk lain dari upaya intelektual karena didasarkan pada pengamatan, logika, dan skeptisme secara mendasar. Pendekatan ini, yang disebut metode ilmiah, mengharuskan gagasan kita tentang dunia di sekitar kita konsisten dengan apa yang sebenarnya kita amati.

Metode ilmiahnya kira-kira seperti ini: Seorang ilmuwan yang mencoba memahami beberapa fenomena yang diamati mengajukan sebuah hipotesis, yang merupakan kumpulan gagasan yang tampaknya menjelaskan apa yang diamati. Dalam mengembangkan hipotesis inilah para ilmuwan paling kreatif, imajinatif, dan intuitif. Tetapi hipotesis mereka harus selalu setuju dengan pengamatan dan eksperimen yang ada, karena perbedaan dengan apa yang diamati menyiratkan bahwa hipotesis itu salah. (Pengecualiannya adalah jika ilmuwan berpikir bahwa hasil yang ada salah dan dapat memberikan bukti kuat untuk menunjukkan bahwa mereka salah.) Ilmuwan kemudian menggunakan logika untuk mengetahui implikasi hipotesis dan membuat prediksi yang dapat diuji. Hipotesis ada di atas dasar yang kuat hanya setelah ia secara akurat memperkirakan hasil eksperimen atau pengamatan baru. (Dalam praktiknya, para ilmuwan biasanya melalui langkah-langkah ini dengan cara yang kurang linier daripada yang telah plengdut.com jelaskan.)

"Hipotesis, model, teori, dan hukum adalah bagian penting dari cara pengetahuan ilmiah"

Para ilmuwan menggambarkan kenyataan dari segi model, yang merupakan hipotesis yang telah bertahan dalam tes observasional atau eksperimental. Model memberi tahu kita tentang sifat dan perilaku beberapa objek atau fenomena. Contoh yang tidak asing adalah model atom, yang digambarkan oleh para ilmuwan sebagai elektron yang mengorbit inti atom. Contoh lain adalah model yang memberi tahu kita tentang kondisi fisik (misalnya, suhu, tekanan, dan kerapatan) di bagian dalam Matahari (Gambar 1). Model yang dikembangkan dengan baik menggunakan matematika — salah satu alat paling kuat untuk berpikir logis — untuk membuat prediksi terperinci. Sebagai contoh, model interior Matahari yang berhasil harus menggambarkan nilai-nilai suhu, tekanan, dan kerapatan pada setiap kedalaman di dalam Matahari, serta hubungan antara jumlah-jumlah ini. Untuk alasan ini, matematika adalah salah satu alat paling penting yang digunakan oleh para ilmuwan.

Gambar 1 Bintang Kita, Matahari: Matahari adalah bintang yang khas. Diameternya sekitar 1,39 juta kilometer (sekitar satu juta mil), dan suhu permukaannya sekitar 5500 ° C (10.000 ° F). Model ilmiah terperinci dari Matahari memberi tahu kita bahwa ia menarik energinya dari reaksi termonuklir yang terjadi di pusatnya, di mana suhunya sekitar 15 juta derajat Celcius. (NSO / AURA / NSF)

Susunan hipotesis terkait dapat disatukan menjadi deskripsi yang konsisten tentang alam yang disebut teori. Contoh adalah teori bahwa planet-planet bergerak dalam orbitnya di sekitar Matahari oleh gaya gravitasi Matahari (Gambar 2). Tanpa model dan teori tidak ada pemahaman dan tidak ada sains, hanya kumpulan fakta.

Plengdut Note:

Dalam bahasa sehari-hari kata "teori" sering digunakan untuk mengartikan ide yang terlihat bagus di atas kertas, tetapi tidak ada hubungannya dengan kenyataan. Namun dalam sains, teori yang baik adalah teori yang menjelaskan realitas dengan sangat baik serta dapat diterapkan untuk menjelaskan pengamatan baru. Contoh yang sangat baik adalah teori gravitasi, yang dirancang oleh ilmuwan Inggris Isaac Newton pada akhir 1600-an untuk menjelaskan orbit enam planet yang dikenal pada waktu itu. Ketika para astronom abad-abad berikutnya menemukan planet-planet Uranus dan Neptunus dan planet kerdil Pluto, mereka menemukan bahwa planet-planet ini juga bergerak sesuai dengan teori Newton. Teori yang sama menggambarkan gerakan satelit di sekitar Bumi serta orbit planet di sekitar bintang lain.

Bagian penting dari teori ilmiah adalah kemampuannya untuk membuat prediksi yang dapat diuji oleh ilmuwan lain. Jika prediksi diverifikasi dengan observasi, itu mendukung teori dan menyarankan bahwa itu mungkin benar. Jika prediksi tidak diverifikasi, teorinya perlu dimodifikasi atau diganti sepenuhnya. Sebagai contoh, sebuah teori lama menyatakan bahwa Matahari dan planet-planet mengorbit di sekitar Bumi yang diam. Teori ini menyebabkan prediksi tertentu yang dapat diperiksa dengan observasi. Pada awal 1600-an ilmuwan Italia Galileo Galilei menggunakan salah satu teleskop pertama untuk menunjukkan bahwa prediksi ini tidak benar. Sebagai akibatnya, teori tentang Bumi yang stasioner ditolak, akhirnya digantikan oleh gambar modern yang ditunjukkan pada Gambar 2 di mana Bumi dan planet-planet lain mengorbit Matahari.

Gambar 2 Planet-planet yang Mengorbit Matahari Contoh teori ilmiah adalah gagasan bahwa Bumi dan planet-planet mengorbit Matahari akibat gaya tarik gravitasi matahari. Teori ini diterima secara universal karena membuat prediksi yang telah diuji dan dikonfirmasi oleh pengamatan. (Detlev Van Ravenswaay / Science Photo Library)

Gagasan yang tidak dapat diuji dengan observasi atau eksperimen tidak memenuhi syarat sebagai teori ilmiah. Contohnya adalah gagasan bahwa ada seorang pria kecil yang tinggal di lemari es Anda yang menyalakan atau mematikan lampu di dalam ketika Anda membuka dan menutup pintu. Pria kecil itu tidak terlihat, tidak berbobot, dan tidak mengeluarkan suara, jadi Anda tidak dapat mendeteksi keberadaannya. Meskipun ini adalah ide yang lucu, itu tidak dapat diuji dan tidak dapat dianggap sebagai sains.

Skeptisisme adalah bagian penting dari metode ilmiah. Hipotesis baru harus mampu bertahan dari pengawasan ketat ilmuwan lain. Semakin radikal hipotesis, semakin skeptisisme dan evaluasi kritis yang akan diterima dari komunitas ilmiah, karena aturan umum dalam sains adalah bahwa klaim luar biasa memerlukan bukti luar biasa. Itulah sebabnya para ilmuwan pada umumnya tidak menerima klaim bahwa orang telah diculik oleh alien dan dibawa naik UFO. Bukti yang disajikan untuk klaim-klaim ini lemah, bekas, dan tidak dapat diverifikasi.

Pada saat yang sama, para ilmuwan harus berpikiran terbuka. Mereka harus bersedia untuk membuang ide-ide lama jika ide-ide ini gagal untuk lolos dengan pengamatan dan eksperimen baru, asalkan data baru telah lolos dari evaluasi. (Jika sebuah pesawat ruang angkasa alien benar-benar mendarat di Bumi, para ilmuwan akan menjadi yang pertama menerima bahwa alien ada - asalkan mereka dapat melihat dengan jelas pesawat ruang angkasa dan penghuninya.) Itulah sebabnya validitas pengetahuan ilmiah selalu bersifat sementara. Ketika Anda membaca postingan plengdut ini, Anda akan menemukan banyak contoh di mana pengamatan baru telah mengubah pemahaman kita tentang Bumi, planet-planet, Matahari dan bintang-bintang, dan bahkan struktur alam semesta.

Teori-teori yang secara akurat menggambarkan cara kerja realitas fisik memiliki pengaruh signifikan terhadap peradaban. Sebagai contoh, mendasarkan kesimpulannya sebagian pada pengamatan tentang bagaimana planet mengorbit Matahari, Isaac Newton menyimpulkan seperangkat prinsip dasar yang menggambarkan bagaimana semua benda bergerak. Prinsip-prinsip teoretis ini, bekerja sama baiknya di Bumi seperti halnya di sudut paling jauh di alam semesta. Mereka mewakili deskripsi lengkap dan koheren pertama kita tentang perilaku alam semesta fisik. Mekanika Newton memiliki aplikasi praktis langsung dalam konstruksi mesin, bangunan, dan jembatan. Bukan kebetulan bahwa Revolusi Industri mengikuti keras kemajuan teoretis dan matematis yang diilhami oleh astronomi.

Mekanika Newton dan teori fisik lainnya telah teruji oleh waktu dan terbukti memiliki validitas yang besar dan umum. Teori-teori yang terbukti seperti ini secara kolektif disebut sebagai hukum fisika. Para astronom menggunakan hukum-hukum ini untuk menafsirkan dan memahami pengamatan mereka terhadap alam semesta. Hukum yang mengatur cahaya dan hubungannya dengan materi adalah sangat penting, karena satu-satunya informasi yang dapat kita kumpulkan tentang bintang dan galaksi yang jauh adalah cahaya yang kita terima dari mereka. Dengan menggunakan hukum-hukum fisika yang menggambarkan bagaimana benda menyerap dan memancarkan cahaya, para astronom telah mengukur suhu Matahari dan bahkan mempelajari dari apa Matahari itu dibuat. Dengan menganalisis cahaya bintang dengan cara yang sama, mereka telah menemukan bahwa Matahari kita sendiri adalah bintang yang agak biasa dan bahwa alam semesta yang teramati dapat mengandung miliaran bintang seperti halnya Matahari.

Teknologi dalam Sains

Bagian penting dari sains adalah pengembangan alat baru untuk penelitian dan teknik observasi baru. Sebagai contoh, sampai baru-baru ini semua yang kita ketahui tentang alam semesta yang jauh didasarkan pada cahaya tampak. Para astronom akan mengintip melalui lingkup tele untuk mengamati dan menganalisis cahaya bintang yang terlihat. Namun, pada akhir abad kesembilan belas, para ilmuwan telah mulai menemukan bentuk-bentuk cahaya yang tidak terlihat oleh mata manusia: sinar X, sinar gamma, gelombang radio, gelombang mikro, dan radiasi ultraviolet dan inframerah.

Dalam beberapa tahun terakhir para astronom telah membangun teleskop yang dapat mendeteksi bentuk cahaya yang tidak terlihat (Gambar 3). Instrumen-instrumen ini memberi kita pandangan tentang alam semesta yang sangat berbeda dari apa pun yang dapat dilihat mata kita. Pandangan-pandangan baru ini telah memungkinkan kita untuk melihat melalui atmosfer planet-planet yang jauh, untuk mempelajari gas tipis namun sangat luar biasa yang mengelilingi Matahari kita, dan bahkan untuk mengamati sistem tata surya baru yang terbentuk di sekitar bintang-bintang yang jauh. Dibantu oleh teleskop teknologi tinggi, para astronom saat ini menjalankan program pengamatan yang cermat dan analisis logis yang dimulai ribuan tahun yang lalu oleh para pendahulu Yunani kuno mereka.

Gambar 3 Sebuah Teleskop di Luar Angkasa Karena mengorbit di luar atmosfer Bumi dalam ruang hampa udara, Hubble Space Telescope (HST) dapat mendeteksi tidak hanya cahaya tampak tetapi juga sinar ultraviolet dan inframerah dekat yang berasal dari bintang dan galaksi yang jauh. Bentuk-bentuk cahaya tak terlihat ini diserap oleh atmosfer kita dan karenanya sulit atau tidak mungkin dideteksi dengan teleskop di permukaan bumi. Foto HST ini diambil oleh awak pesawat ulang-alik Columbia setelah misi perbaikan pada tahun 2002. (NASA)