KEHIDUPAN NIELS BOHR & KARYA-KARYANYA

KEHIDUPAN NIELS BOHR & KARYA-KARYANYA
oleh: arif fadholi wahid assyafi'i

Niels Bohr lahir pada tanggal 7 Oktober 1885 di Copenhagen. Ia berasal dari keluarga Denmark yang terpandang. Ayahnya Christian Bohr adalah guru besar fisiologi di Universitas Copenhagen, dan hampir memenangkan hadiah nobel untuk karyanya mengenai sifat atau reaksi kimia sistem pernapasan. Christian Bohr adalah penggemar sepak bola fanatik, yang gigih memperkenalkan olah raga populer ini di Denmark. Sedangkan Ibu Neil Bohr, Ellen, adalah keturunan Yahudi, yang keluarganya sangat terkenal dalam lingkaran politik dan perbankan.
Meski bernama kristen ’Christian’ (yang berarti orang kristen), Bohr senior tidak percaya pada agama. Keluarga Bohr kental dengan suasana intelektual, liberal, dan progresif. Dari semua laporan dikatakan bahwa keluarga Bohr terkenal toleran, penuh pengertian, dan menyenangkan.
Dari masa kecil yang hampa ke masa muda yang lemah lembut, Neils Bohr tumbuh menjadi anak muda yang pendiam dan kurang agresif. Foto-fotonya pada periode ini menunjukan Neils Bohr sebagai sosok jangkung berpakaian rapi, namun kelihatan bodoh, dengan kerah baju yang kaku dan ekspresi muka yang malu-malu. Ia memiliki pipi yang gemuk serta bibir yang tebal dan besar. Pandangan bersalah tampak terlintas di matanya yang kecil. Bicaranya tersendat-sendat, dan kelakuannya hampir tidak menunjukkan bahwa ia cerdas. Lain halnya pada saat ia berada di sekolah. Di sekolah, ia pintar (tetapi tidak brilian) dan sangat ingin menunjukkan kekuatanya ketika berkelahi. Niels Bohr segera terkenal karena kekuatannya yang sadis, dan cemerlang dalam bidang olah raga. Ayahnya amat bangga ketika Neils Bohr terpilih menjadi anggota tim sepak bola sekolah. Niels Bohr juga sangat tertarik pada sains, mengikuti jejak ayahnya.
Namun hal yang paling penting dalam kehidupan Niels Bohr adalah adiknya, Harald, yang bergabung dengan Niels di Gammelholm Gymnasium yang sangat terkenal di Copenhagen. Keduanya tidak dapat dapat dipisahkan, kedua bersaudara ini tampak telah menyesuaikan diri satu sama lain dengan kepekaan dan pemahaman psikologis yang luar biasa. Mereka memilih jurusan yang berbeda. Harald lebih menyukai matematika, sedangkan Niels Bohr fisika.
Bohr mempunyai kakak perempuan yaitu Jenny. Jenny meneruskan studinya di Universitas Copenhagen dan Oxford. Setelah itu ia kembali ke Denmark dan menjadi guru yang membangkitkan semangat, yang terkenel ramah. Berita yang sungguh menyedihkan adalah ia menderita gangguan syaraf dikemudian hari. Penyakit psikologis yang diderita Jenny tersebut tidak dapat disembuhkan. Akhirnya, jenny meninggal di sebuah rumah sakit jiwa propinsi.
Pada tahun 1903, dua bersaudara ini masuk Universitas Copenhagen. Tahun-tahun itu adalah saat-saat yang menggairahkan dan mengasyikan. Abad baru tengah dimulai, dan dunia sedang berada diambang perubahan yang sangat besar. Pada tahun yang sama, taksi pertama kali muncul di jalanan Copenhagen. Di Amerika, Wright bersaudara melakukan penerbangan pertama, dan Maria Curie menerima hadiah nobel untuk penemuan radioktivitas.
Pada tahun 1907, selama tahun terakhir di sekolah, Niels Bohr menerima medali emas dari Royal Danish Academy Of Sciences And Letters. Penghargaan itu diberikan untuk esainya yang membahas tentang tekanan permukaan air. Niels Bohr menyelesaikan percobaan ini disela-sela waktu belajarnya untuk menghadapi ujian akhir. Pecobaan ini hampir saja tidak memenuhi tenggat waktu yang ditetapkan oleh academi. Dalam eksperimen itu, Niels Bohr membuat analisa yang tepat mengenai vibrasi dalam sebuah semburan air. Semua eksperimen ini disusun dan dilakukan oleh Bohr sendiri, dan membutuhkan semburan air dengan radius rata-rata di bawah satu milimeter. Untuk menghasilkan semburan semacam ini, ia membutuhkan beberapa tabung kaca panjang yang ukurannya sama dengan tampang lintang eliptik, yang ia tiup sendiri. Kecepatan air dalam semburan diukur dengan ’memenggal’ semburan itu dua kali pada titik yang sama pada interval tertentu, kemudian mengukur panjang segmen atau bagian yang dipotong itu dengan alat fotografis. Vibrasi (gelombang yang terbentuk pada permukaan air) juga diukur dengan fotografis.
Pada tahun 1909, Niels Bohr memulai tesis doktoralnya. Tesis ini merupakan karya teoritis murni, tanpa masukan eksperimental apapun dari sang penulis, yang akhirnya menghasilkan kesimpulan yang menggemparkan dunia. (Niels Bohr dengas jelas memutuskan bahwa karya eksperimental yang menggemparkan dunia paling baik diserahkan kepada seorang yang lebih ahli). Judul tesis Niels Bohr adalah ’An Investigation Into The Electron Theory Of Metals’ (Studier Over Metallernes Electron Theori). Dalam tesisnya, Bohr menolak pandangan Mach yang ekstrem. Tidak hanya bahwa atom itu ada, melainkan juga bahwa kita pada akhirnya harus mulai memahami atom itu sendiri.
Nama atom sendiri berasal dari kata Yunani ’atomos’, yang berarti ’tidak dapat dibagi’. Kemudian pada tahun 1897, ahli fisika Inggris, J.J Thomson menemukan elektron, partikel sub-atomik yang pertama kali berhasil diketahui. Elektron mempunyai muatan listrik negatif. Tampak seolah-olah atom mempunyai struktur internal. Thomson mengatakan bahwa atom seperti kue bola, bermuatan listrik positif, dan berisi sejumlah elektron yang menyerupai kismis yang jumlahnya memadai untuk menetralkan muatan ini. Menurut teori elektron logam, sebuah logam dapat digambarkan sebagai sebuah gas atau kabut elektron di tengah-tengah kisi ion bermuatan positif. Sedangkan Bohr berpendapat sebagai berikut: teori electron logam dapat memberikan penjelasan yang memuaskan tentang hampir semua sifat (qualities) logam. Satu-satunya kesulitan adalah teori ini mulai tidak dapat dipercaya ketika mencoba menerangkan peran kuantitas dalam perilaku logam.
Setelah Bohr menyelesaikan tesisnya pada tahun 1911, ia pergi ke Cambridge untuk belajar bersama J.J. Thomson (penemu elektron). Menurut hukum fisika klasik, elektron memancarkan energi secara terus-menerus ketika mengorbit, dan energi ini terdapat hanya dalam satu pita spektrum. Selain itu, ketika elektron memancarkan energi dengan cara ini, elektron itu akan lenyap (collapsed) ke dalam inti atom dalam hitungan kurang dari satu nano-detik (10-9 detik). Jadi fisika klasik tidak dapat menjelaskan apa yang sedang terjadi. Sedangkan menurut model Bohr, dalam keadaan stasioner elektron tidak memancarkan energi. Energi hanya dipancarkan ketika elekton melompat dari orbit tinggi ke orbit yang lebih rendah. (Dari energi akan diserap ketika elektron melompat dari orbit rendah ke orbit yang lebih tinggi). Jadi tidak hanya struktur atom, perilaku partikel-partikel sub-atomiknya pun tampak sesuai dengan teori kuantum.
Bohr memulai karyanya tentang struktur atom pada tahun 1912 setelah pindah dari Cambridge ke Universitas Manchester untuk bekerja dengan Rutherford. Pada akhir semester musim panas Bohr meninggalkan Manchester menuju Denmark. Dua tahun sebelumnya adiknya, Harald, menjadi dosen matematika di Universitas Gottingen, yang reputasinya di bidang matematika tidak ada duanya.
Niels Bohr kembali ke Copenhagen di musim panas tahun 1912 dan menikah dengan Margarethe. Setelah pernikahannya, Bohr ditunjuk sebagai dosen junior di Universtas Copenhagen, tetapi masih menjalin hubungan dekat dengan Manchester.
Pada bulan Maret 1913 Rutherford menerima versi akhir tulisan Niels Bohr. Tulisan itu akhirnya diterbitkan di Philosophical Magazine tanpa ada pengurangan sedikit pun, dan membuat sensasi. Bohr mengemukakan bahwa teori kuantum adalah cara atom bekerja. Bohr berusaha keras dengan menggunakan karya teoritis yang rumit dalam usaha memperluas rencananya, yaitu dari satu struktur atom tertentu menjadi skema umum semua struktur atom. Dengan teoritis yang dibuat berdasarkan struktur atom kuantumnya telah menghasilkan kemajuan spektakuler dalam sains fisika sub-atomik yang baru.
Dan pada tahun 1916, ketika armada Jerman dan Inggris bersiap untuk saling berperang di lepas pantai Jutland, keluarga Bohr melakukan perjalanan pulang yang sangat berbahaya menyeberangi Laut Utara. Margarethe saat itu sedang hamil dan beberapa bulan kemudian anak pertama Bohr dilahirkan di Copenhagen tepat pada waktunya. Bohr yang ateis menamai anaknya Christian, mengikuti nama ayahnya yang ateis. Pada tahun yang sama Bohr menjadi profesor fisika di Universitas Copenhagen.
Pada tahun 1918 Intitut For Teoritisk Fysik (Institut Fisika Teori) mulai dibangun pamerintah Denmark dan Bohr diangkat sebagai direkturnya. Dana awal untuk mendirikan disediakan oleh Carlsberg. Bohr sendiri terpaksa mencari dana untuk institut barunya, sebelum akhirnya dibuka pada tahun 1921.
Kemudian pada tahun 1922, Niels Bohr menerima penghargaan tertinggi, yaitu hadiah nobel dalam bidang fisika. Karena penemuannya yaitu unsur nomor 72 yang diberi nama Hafnium (mengikuti versi bahasa latin dari Kobenhavn). Inilah tahun-tahun bermutu tinggi untuk hadiah Nobel Fisika. Selama 7 tahun, mulai dari tahun 1918, hadiah ini telah dimenangkan oleh Plank, Einstein, Bohr, Millikan, dan Hertz. Namun tidak semuanya untuk karya besar. Tahun 1919 hadiah itu dimenangkan oleh Nazi Jerman dari ’sains Yahudi’, seperti: relativitas, teori kuantum, fisika nuklir, dan karya lain secara rasial dianggap rendah.
Model struktur atom Bohr tidak dapat menjelaskan efek yang aneh (anomalous) pada spektra pancaran atom. Model ini saat itu telah benar-benar dikembangkan. Model ini telah dapat menunjukkan susunan umum elektron di sekitar nukleus dalam atom yang lebih rumit (yaitu atom yang mempunyai lebih dari satu elektron dalam hidrogen). Elektron-elektron itu disusun dalam orbit tetap yang berbeda-beda di sekitar nukleus. Di temukan juga bahwa orbit-orbit tetap ini pecah menjadi kelompok yang terpisah. Tiap-tiap kelompok disebut ’kulit’ atau lapisan. Misalnya, ditemukan bahwa dalam setiap atom, lapisan inti (inner layer) terdiri hanya satu orbit. Lapisan berikutnyna terdiri dari empat orbit. Tapi menurut Bohr, orbit inti (inner orbits) seharusnya menjadi semakin dikelilingi elektron. (Agar energi dapat dipancarkan, sebuah elektron harus melompat ke orbit pusat atau inti). Namun karena alasan tertentu, orbit pusat/inti tidak jadi dikelilingi elektron. Masalah ini akan dipecahkan oleh Pauli pada tahun 1924.
Pada tahun 1924, Pauli menunjukkan bahwa masing-masing orbit tetap dapat menampung tidak lebih dari 2 elektron. Ketika orbit tersebut terisi, elektron berikutnya ditolak dan harus diberikan kepada salah satu orbit lainnya dalam lapisan tersebut. Jika tidak ada lagi orbit yang dapat menampung elektron tersebut di dalam lapisan itu, elektron itu akan ditolak lebih jauh dan harus menempati orbit kosong di lapisan yang lebih luar berikutnya. Inilah yang Pauli namakan sebagai Prinsip Larangan (Exclusion Prinsiple).
Ketika Heisenberg membuat mekanika matriksnya tahun 1925, Schodinger segera mencemoohnya dan menghasilakan alternatifnya sendiri yaitu mekanika gelombang.
Pada akhir tahun 1930-an, Niels Bohr mengajukan sebuah model yang menggambarkan susunan inti atom, dan bagaimana inti atom itu bekerja. Gambaran teoritisnya membantu menjernihkan banyak gagasan yang bertentangan, yang muncul sebagai akibat adanya perkembangan pesat teknik eksperimen. Disini sekali lagi, ia memandang perilaku nuklir dalam kerangka mekanika kuantum. Bohr melihat nukleus sebagai terdiri dari sekelompok partikel yang disatukan oleh kekuatan berjangkauan pendek, yang mempunyai molekul pada setetes cairan.
Bohr merupakan orang pertama yang menjelaskan apa yang sesungguhnya terjadi selama pembelahan atau fisi nuklir (nuclear fission). Ia melakukan hal ini pada tahun 1939, tidak setelah pembelahan itu ditemukan untuk pertama kali. Penemuan ini merupakan hasil dari program eksperimen yang dilakukan oleh ahli fisika Jerman, Otto Hahn dan rekan Jerman-Yahudinya, Lise Meitner.
Walaupun pada tahun 1940 Denmark diserbu oleh Nazi Jerman, namun Bohr tetap berusaha sekuat tenaga untuk menjaga integritas institutnya. Dan pada tahun 1941 ia dikunjungi oleh kolega lamanya, Heisenberg. Dalam pertemuannya dengan Bohr di kota Copenhagen yang telah diduduki Nazi, Heisenberg menyerahkan diagram rahasia yang mengungkapkan seberapa jauh kemajuan program atom Nazi. (diagram itu bukan mengenai bom itu sendiri, tetapi berisi reaktor prototipe yang tidak berjalan dengan baik).
Pada bulan September 1943, Niels Bohr mendengar bahwa ia akan ditangkap karena menentang Nazi secara terbuka. Rencana melarikan diri segara dirancang. Bohr dan keluarganya pergi ke sebuah rumah dipinggiran kota Copenhagen. Kemudian menuju Swedia dan dilarikan ke Stockholm dan beberapa hari kemudian pemerintah Inggris mengirim pesawat pengebom yang tidak berlambang ke Swedia untuk menjemput Bohr. Bohr tidak lama di Inggris, lalu setelah itu ia berlayar ke Amerika Serikat. Di sini ia langsung bergabung dalam proyek Manhattan dan masuk ke dalam laboratorium rahasia di Los Alamos di mana bom sedang dibuat.
Dua bom atom Amerika yang pertama dijatuhkan di Hiroshima dan Nagasaki pada bulan Agustus 1945, dan dengan demikian mengakhiri Perang Dunia II. Karena turut berperan menciptakan bom atom, Bohr sungguh terkejut ketika ia melihat akibatnya.
Setelah perang, Bohr kembali menjabat sebagai direktuk institut. Pada saat itu ia dibantu oleh anak laki-lakinya Aage (yang kelak juga menerima hadiah Nobel, atas usaha mengembangkan lebih lanjut model nukleus atom ’setetes cairan’). Setelah kematian Enstein pada tahun 1955, Niels Bohr mengambil alih posisi sebagai ilmuan terbesar yang masih hidup.
Niels Bohr meninggal pada tahun 1962 dalam usia 77 tahun. Karena kebesarannya dan kebaikannya, ia dihormati oleh para rekannya dengan mengganti nama institutnya menjadi Institut Bohr.