Ilmu Biologi yang sangat penting 

Biologi (serapan dari bahasa Belanda: biologie) atau ilmu hayat (serapan dari bahasa Arab: علم الحياة) adalah kajian tentang kehidupan, dan organisme hidup, termasuk struktur, fungsi, pertumbuhan, evolusi, persebaran, dan taksonominya. Ilmu biologi modern membahas pengetahuan yang sangat luas, eklektik, serta terdiri dari berbagai macam cabang dan subdisiplin. Secara umum, seluruh cabang keilmuan biologi disatukan oleh konsep dasar yang mengatur semua penelitian biologi, yaitu konsep tentang sel, gen, dan evolusi. Sel diakui sebagai satuan dasar kehidupan, gen diakui sebagai satuan dasar pewarisan, dan evolusi diasumsikan sebagai mekanisme yang mendorong terciptanya spesies baru. Selain itu, kelangsungan hidup dari makhluk hidup diyakini terjadi karena adanya perilaku konsumsi, perubahan energi serta dengan regulasi yang menjaga kestabilan dan vitalitas keadaan dalam tubuh.

Subdisiplin biologi didefinisikan berdasarkan skala organisme yang dipelajari, jenis organisme yang dipelajari, dan metode yang digunakan untuk mempelajarinya antara lain:

• Biokimia mempelajari kimia kehidupan.
• Biologi molekuler terkait dengan interaksi antar molekul biologis.
• Botani mempelajari biologi tumbuhan
• Biologi seluler meneliti satuan dasar semua kehidupan, yaitu sel.
• Fisiologi mempelajari fungsi fisik, kimia jaringan organ, dan sistem organ suatu organisme.
• Biologi evolusioner meneliti proses yang menghasilkan keanekaragaman hayati.
• Ekologi mempelajari interaksi antara organisme dengan lingkungannya.

Seseorang yang ahli dalam bidang biologi disebut ahli biologi, biologiwan, atau biolog.

Sejarah

Istilah biologi berasal dari kata dalam bahasa Yunani βίος, bios, yang berarti “kehidupan”, dan akhiran -λογία, -logia, yang artinya “ilmu.” Bentuk Latin dari kata tersebut (biologi) pertama kali digunakan oleh Linnaeus (Carl von Linné) dalam karyanya yang berjudul Bibliotheca botanica pada tahun 1736. Kata tersebut dipakai lagi pada tahun 1766 oleh Michael Christoph Hanov dalam tulisannya yang berjudul Philosophiae naturalis sive physicae: tomus III, continens geologian, biologian, phytologian generalis. Terjemahan bahasa Jermannya, yaitu Biologie, pertama kali muncul dalam terjemahan karya Linnaeus pada tahun 1771. Pada tahun 1797, Theodor Georg August Roose menggunakan istilah tersebut dalam pendahulu bukunya yang bertajuk Grundzüge der Lehre van der Lebenskraft. Karl Friedrich Burdach pada tahun 1800 memakai istilah ini dalam arti yang lebih sempit, yaitu penelitian manusia dari sudut pandang morfologis, fisiologis, dan psikologis (Propädeutik zum Studien der gesammten Heilkunst). Istilah biologi dalam pengertian modern baru muncul dalam buku Biologie, oder Philosophie der lebenden Natur (1802–22) yang ditulis oleh Gottfried Reinhold Treviranus. Di dalam buku tersebut tertulis

Objek penelitian kami adalah berbagai macam bentuk dan perwujudan kehidupan, keadaan dan hukum yang mengatur fenomena tersebut, serta penyebabnya. Ilmu yang terkait dengan objek tersebut kami sebut biologi [Biologi] atau doktrin kehidupan

Walaupun biologi modern merupakan perkembangan yang relatif baru, ilmu yang terkait sudah dipelajari dari masa lampau. Filsafat alam dapat ditemui di peradaban Mesopotamia, Mesir, India, dan Tiongkok. Namun, asal usul, dan pendekatan biologi modern berasal dari masa Yunani Kuno. Walaupun penelitian kedokteran dapat ditilik ke masa Hippocrates (ca. 460 SM–ca. 370 SM), Aristoteles (384 SM–322 SM) adalah tokoh yang paling berjasa dalam mengembangkan biologi. Salah satu karya terpentingnya adalah Historia Animalium, dan beberapa karya lain yang menunjukkan cara pandang seorang peneliti alam, serta karya-karya empirisnya yang mencoba mempelajari sebab-akibat biologis, dan keanekaragaman hayati. Penerus Aristoteles di Lyceum, yaitu Theophrastus, menulis buku-buku tentang botani yang berpengaruh hingga ke Abad Pertengahan.

Ilmuwan Islam abad pertengahan yang mempelajari biologi meliputi al-Jahiz (781–869), Ad-Dinawari (828–896), yang menulis tentang botani, dan ar-Razi (865–925), yang menulis tentang anatomi, dan fisiologi. Kedokteran dipelajari berdasarkan tradisi filsuf Yunani, sementara ilmu alam sangat dipengaruhi oleh pemikiran Aristoteles, terutama perihal hierarki kehidupan.

Biologi mulai berkembang pesat setelah Antony van Leeuwenhoek memperbaiki mikroskopnya. Berkatnya, spermatozoa, bakteri, infusoria, dan berbagai macam kehidupan mikroskopik lain berhasil ditemukan. Penyelidikan yang dilakukan oleh Jan Swammerdam membangkitkan ketertarikan terhadap bidang entomologi, dan membantu mengembangkan teknik pembedahan, dan pewarnaan (staining) mikroskopik

Kemajuan mikroskop juga sangat mempengaruhi pemikiran tentang biologi. Pada awal abad ke-19, sejumlah ahli biologi mulai menyadari pentingnya konsep sel. Kemudian, pada tahun 1838, Schleiden, dan Schwann mulai menganjurkan gagasan (yang kini diterima secara luas) bahwa (1) satuan dasar organisme adalah sel, dan (2) masing-masing sel memiliki karakteristik kehidupan, walaupun mereka menentang gagasan bahwa (3) semua sel berasal dari pembagian sel lain. Akan tetapi, berkat karya Robert Remak, dan Rudolf Virchow, pada tahun 1860-an sebagian besar ahli biologi menerima ketiga hal tersebut yang kini disebut teori sel.Sementara itu, taksonomi, dan klasifikasi menjadi pusat perhatian sejarawan alam. Carl Linnaeus menerbitkan taksonomi dasar pada tahun 1735 (berbagai macam variasi telah digunakan semenjak itu) dan pada tahun 1750-an memperkenalkan nama ilmiah untuk spesies. Georges-Louis Leclerc, Comte de Buffon, menganggap spesies sebagai kategori buatan dan menyatakan bahwa kehidupan dapat berubah—bahkan mengusulkan kemungkinan adanya nenek moyang bersama. Walaupun menentang teori evolusi, Buffon merupakan tokoh penting dalam sejarah pemikiran evolusi; karyanya mempengaruhi teori evolusi Lamarck, dan Darwin

Pemikiran evolusioner dapat ditilik kembali ke karya Jean-Baptiste Lamarck.Ia menyatakan bahwa evolusi merupakan hasil dari tekanan lingkungan terhadap sifat suatu hewan, yang berarti semakin sering suatu organ digunakan, semakin kompleks, dan efisien organ itu, sehingga membuat hewan beradaptasi dengan lingkungan. Lamarck juga meyakini bahwa sifat yang didapat ini dapat diturunkan ke generasi berikutnya, yang akan terus mengembangkan, dan menyempurnakannya.Namun, hipotesis ini kini ditolak, dan baru pada akhir abad ke-19 Charles Darwin berhasil merumuskan teori evolusi berdasarkan seleksi alam dengan menggabungkan pendekatan biogeografis Humboldt, geologi Lyell, tulisan Malthus tentang pertumbuhan populasi, dan keahlian morfologis serta pengamatannya sendiri di alam; penalaran, dan bukti yang mirip juga membuat Alfred Russel Wallace mencapai kesimpulan yang sama.Meskipun banyak ditentang oleh agamawan, teori Darwin diterima oleh komunitas ilmiah, dan segera menjadi aksioma dasar dalam ilmu biologi.

Pada tahun 1940-an, dan awal tahun 1950-an, penelitian berhasil membuktikan bahwa asam deoksiribonukleat (ADN) adalah komponen kromosom yang mengandung satuan pewarisan yang kini disebut gen. Pemusatan perhatian pada model organisme baru seperti virus, dan bakteri serta penemuan struktur untai ganda ADN pada tahun 1953 menandai jalannya peralihan ke masa genetika molekuler. Kode genetik berhasil dipecahkan oleh Har Gobind Khorana, Robert W. Holley, dan Marshall Warren Nirenberg setelah memahami bahwa ADN mengandung kodon. Akhirnya, Proyek Genom Manusia diluncurkan pada tahun 1990 dengan tujuan untuk memetakan semua genom manusia DNA. Proyek ini selesai pada tahun 2003,dan merupakan langkah pertama dalam menggabungkan pengetahuan biologi dengan definisi tubuh manusia, dan organisme lain secara fungsional, dan molekuler.

Dasar biologi modern

Teori sel

Menurut teori sel, sel merupakan satuan dasar kehidupan, dan semua kehidupan terdiri dari satu atau lebih atau produk sel yang disekresikan (seperti tempurung). Semua sel terbelah dari sel lain. Pada akhirnya, setiap sel di tubuh organisme multiseluler berasal dari satu sel di dalam sel telur yang terfertilisasi. Sel juga dianggap sebagai satuan dasar dalam proses patologis,dan fenomena aliran energi terjadi di sel sebagai bagian dari proses metabolisme. Selain itu, sel mengandung satuan pewarisan yang diwariskan dari satu sel ke sel lain selama proses pembelahan sel.

Evolusi

Salah satu konsep penting dalam biologi adalah konsep bahwa kehidupan berubah melalui mekanisme evolusi, dan bahwa semua organisme punya nenek moyang bersama. Berdasarkan teori evolusi, semua organisme di bumi, baik yang masih hidup maupun yang sudah punah, berasal dari satu nenek moyang atau lungkang gen bersama. Nenek moyang bersama terakhir diyakini muncul sekitar 3,5 miliar tahun yang lalu. Ahli biologi biasanya memandang keseragaman kode genetik sebagai bukti yang mendukung teori nenek moyang bersama semua bakteri, archaea, dan eukariot.

Walaupun diperkenalkan dalam kamus ilmiah oleh Jean-Baptiste de Lamarck pada tahun 1809, evolusi baru dikukuhkan sebagai teori ilmiah lima puluh tahun kemudian oleh Charles Darwin dengan menjelaskan mekanisme pendorongnya: seleksi alam (Alfred Russel Wallace juga diakui sebagai salah satu penemu evolusi karena ia membantu penelitian, dan percobaan yang terkait dengan konsep ini). Darwin menjelaskan bahwa spesies, dan ras berkembang melalui proses seleksi alam, dan seleksi buatan atau pengembangbiakan selektif. Hanyutan genetik dianggap sebagai mekanisme tambahan dalam sintesis modern teori evolusi. Evolusi kini digunakan untuk menjelaskan keanekaragaman kehidupan di Bumi.

Sejarah evolusioner spesies, dan hubungan genealogisnya dengan spesies lain disebut filogeni. Informasi tentang filogeni dihasilkan dari berbagai macam pendekatan, seperti perbandingan rangkaian ADN yang dilakukan dalam bidang biologi molekuler atau genetika, dan perbandingan fosil dalam bidang paleontologi. Untuk memperkirakan jangka waktu terjadinya evolusi, ilmuwan juga menggunakan berbagai metode, seperti penanggalan radiokarbon. Ahli biologi menganalisis hubungan evolusioner dengan metode filogenetika, fenetika, dan kladistika.

Genetika

Gen adalah satuan pewarisan utama semua organisme. Gen merupakan bagian dari ADN yang mempengaruhi bentuk atau fungsi organisme. Semua organisme, dari bakteri hingga hewan, memiliki mekanisme yang mentranslasi ADN menjadi protein. Sel mentranskripsi ADN menjadi asam ribonukleat (ARN), dan ribosom kemudian mentranslasi ARN menjadi protein, sebuah rangkaian asam amino. Kode translasi semua organisme pada dasarnya sama. Misalnya, rangkaian ADN yang menyandikan insulin dalam tubuh manusia juga menyandikan insulin ketika dimasukkan ke organisme lain seperti tumbuhan.

ADN biasanya berbentuk kromosom linear dalam eukariota, dan kromosom lingkaran dalam prokariota. Kromosom adalah struktur yang terdiri dari ADN, dan histon. Rangkaian kromosom dalam sel, dan satuan pewarisan lain yang dapat ditemui dalam mitokondria, kloroplas, dan tempat lain secara kolektif disebut genom. Dalam eukariot, DNA genomik terletak di nukleus sel, bersama dengan sejumlah mitokondria, dan kloroplas. Dalam prokariota, ADN ada di dalam sitoplasma yang disebut nukleon.Informasi genetik dalam sebuah genom disimpan dalam gen, dan himpunan informasi tersebut dalam suatu organisme disebut genotip

Homeostasis

Homeostasis adalah kemampuan suatu sistem terbuka dalam meregulasi stabilitas lingkungan dengan melakukan penyesuaian keseimbangan dinamika yang diatur oleh mekanisme regulasi yang terkait. Semua organisme hidup, baik uniseluler maupun multiseluler, mengalami homeostasis

Untuk menjaga keseimbangan dinamika, dan melakukan fungsi tertentu secara efektif, suatu sistem harus melacak, dan menanggapi gangguan. Setelah melacak gangguan, sistem biologis biasanya menanggapi melalui proses umpan balik negatif. Artinya, sistem tersebut menstabilkan keadaan dengan mengurangi atau meningkatkan aktivitas suatu organ atau sistem. Contohnya adalah pelepasan glukagon ketika kadar gula dalam tubuh terlalu rendah.

Energi

Keberlangsungan suatu organisme bergantung pada masukan energi secara terus menerus. Reaksi kimia yang membentuk struktur, dan fungsi tertentu dapat mengambil energi dari suatu substansi yang menjadi makanannya untuk membantu membentuk, dan mempertahankan sel baru. Dalam proses ini, molekul bahan kimia yang menjadi makanan memainkan dua peran; pertama, makanan tersebut mengandung energi yang dapat diubah untuk mendukung reaksi kimia biologis; kedua, makanan tersebut mengembangkan struktur molekuler baru.

Organisme yang berperan dalam menghantarkan energi ke suatu ekosistem disebut autotrof. Hampir semua organisme autotrof memperoleh energi dari matahari. Tumbuhan, dan autotrof lainnya menggunakan energi matahari melalui proses fotosintesis yang mengubah bahan baku menjadi molekul organik, seperti ATP, yang dapat dipecahkan ikatannya untuk menghasilkan energi. Namun, beberapa ekosistem hanya bergantung pada kemotrof yang mendapatkan energi dari metana, sulfida, atau sumber energi non-matahari lainnya

Beberapa energi yang diperoleh digunakan untuk menghasilkan biomassa yang dapat mempertahankan kehidupan, dan mendukung pertumbuhan, dan perkembangan. Kebanyakan sisa energi hanya menjadi panas, dan molekul buangan. Proses penting yang mengubah energi yang terperangkap dalam substansi kimia menjadi energi yang berguna untuk kehidupan disebut metabolisme, dan respirasi sel.

Penelitian

Struktural

Biologi molekuler mempelajari biologi dalam tingkatan molekul. Bidang ini bersentuhan dengan bidang biologi lainnya, terutama genetika dan biokimia. Biologi molekuler mencoba memahami interaksi antara berbagai sistem sel, termasuk hubungan antara ADN, ARN, dan sintesis protein. Selain itu, bidang ini juga mempelajari bagaimana interaksi tersebut diatur.

Biologi sel adalah ilmu yang terkait dengan properti struktural dan fisiologis sel, termasuk perilaku, interaksi, dan lingkungan. Hal ini dilakukan dalam tingkatan mikroskopik, dan molekuler untuk mempelajari organisme bersel satu seperti bakteri serta sel dalam organisme multiseluler seperti manusia. Pemahaman akan fungsi dan struktur sel berperan penting dalam ilmu biologi. Kemiripan dan perbedaan antara berbagai jenis sel juga sangat terkait dengan bidang biologi molekuler.

Anatomi mempelajari struktur makroskopik seperti organ dan sistem organ, sementara genetika merupakan ilmu gen, pewarisan, dan variasi dalam organisme. Gen menyandikan informasi yang penting untuk mensintesiskan protein, yang kemudian membentuk fenotip organisme. Dalam penelitian modern, genetika juga menyelidiki fungsi gen tertentu, dan menganalisis interaksi genetik. Di dalam tubuh organisme, informasi genetik biasanya ada di dalam kromosom, di dalam struktur kimia molekul ADN tertentu.

Biologi perkembangan mempelajari proses pertumbuhan, dan perkembangan organisme. Bidang ini berasal dari embriologi, dan menyelidiki kuasa genetik atas pertumbuhan sel, diferensiasi sel, dan morfogenesis, yang merupakan proses yang menghasilkan jaringan, organ, dan anatomi. Organisme yang biasanya menjadi model dalam bidang ini meliputi cacing Caenorhabditis elegans, lalat buah Drosophila melanogaster, ikan zebra Danio rerio,tikus Mus musculus, dan tumbuhan Arabidopsis thaliana.Organisme-organisme tersebut dipelajari untuk memahami fenomena biologi tertentu, dengan harapan penemuan pada organisme tersebut dapat menambah pengetahuan tentang cara kerja organisme lain

Fisiologis

Fisiologi menyelidiki proses mekanik, fisik, dan biokimia organisme hidup dengan mencoba memahami bagaimana semua struktur bekerja secara keseluruhan. Gagasan “dari struktur ke fungsi” merupakan gagasan yang penting dalam bidang biologi. Penelitian fisiologis secara tradisional terbagi menjadi fisiologi tumbuhan dan hewan, namun beberapa prinsip fisiologi berlaku untuk semua organisme. Misalnya, fisiologi sel ragi mungkin juga berlaku untuk sel manusia. Bidang fisiologi hewan menggunakan alat dan metode dalam fisiologi manusia untuk spesies non-manusia. Fisiologi tumbuhan meminjam teknik dari kedua bidang tersebut.

Fisiologi juga mempelajari bagaimana sistem saraf, kekebalan, endokrin, pernapasan, dan peredaran darah bekerja serta berinteraksi. Penelitian sistem tersebut juga dilakukan oleh bidang yang berorientasi pada kedokteran seperti neurologi, dan imunologi.

Evolusioner

Penelitian evolusioner terkait dengan asal usul dan nenek moyang spesies dan juga perubahannya seiring berjalannya waktu. Bidang ini juga meliputi ilmuwan dari berbagai bidang yang terkait dengan taksonomi. Contohnya adalah ilmuwan yang berspesialisasi dalam organisme tertentu seperti mikologi, ornitologi, botani dan herpetologi. Organisme-organisme tersebut digunakan untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan evolusi yang umum.

Biologi evolusioner sebagian didasarkan dari paleontologi (yang menggunakan catatan fosil untuk menjawab pertanyaan tentang cara dan tempo evolusi), dan sebagian lagi dari genetika populasi, dan teori evolusioner. Pada tahun 1980-an, biologi perkembangan memasuki kembali bidang biologi evolusioner setelah sebelumnya dikeluarkan dari sintesis modern akibat penelitian biologi perkembangan evolusioner. Bidang lain yang terkait, dan sering dianggap sebagai bagian dari biologi evolusioner adalah filogenetika, sistematika dan taksonomi.

Sistematika

Peristiwa spesiasi menghasilkan hubungan antar spesies yang dapat direstrukturisasi seperti pohon. Sistematika mempelajari hubungan tersebut, perbedaan, kemiripan antara spesies, dan sekelompok spesies. Namun, sistematika sudah menjadi bidang penelitian yang aktif jauh sebelum pemikiran evolusi menyebar luas.

Secara tradisional, kehidupan dibagi menjadi lima kingdom: Monera, Protista, Fungi, Plantae, Animalia. Namun, banyak ilmuwan yang menganggap sistem lima kingdom ini sudah ketinggalan zaman. Sistem klasifikasi modern biasanya dimulai dengan sistem tiga domain: Archaea (awalnya Archaebacteria); Eubacteria (awalnya Eubacteria), dan Eukariota (termasuk protista, fungi, tumbuhan, dan hewan) Domain tersebut didasarkan pada keberadaan nukleus pada sel dan perbedaan komposisi kimia bagian luar sel.

Selain itu, setiap kingdom dibagi hingga pada tingkatan spesies. Urutannya adalah: Domain, Kingdom, Filum, Kelas, Ordo, Famili, Genus, Spesies.

Di luar kategori ini terdapat sejumlah parasit intraseluler yang ada “di tepi kehidupan”, yang berarti banyak ilmuwan yang tidak mengklasifikasikan struktur tersebut sebagai kehidupan karena ketiadaan satu atau lebih fungsi atau ciri kehidupan (contohnya ketiadaan aktivitas metabolisme). Struktur tersebut diklasifikasikan sebagai virus, viroid, prion, atau satelit.

Nama ilmiah organisme berasal dari genus dan spesiesnya. Misalnya, nama ilmiah spesies manusia adalah Homo sapiens. Homo adalah genusnya dan sapiens adalah spesiesnya. Ketika menulis nama ilmiah suatu organisme, huruf pertama harus ditulis dengan menggunakan huruf besar, dan selebihnya dalam huruf kecil. Selain itu, nama ilmiah dapat dimiringkan atau digarisbawahi.

Sistem klasifikasi yang banyak digunakan saat ini adalah taksonomi Linnaeus. Sistem ini meliputi tingkatan dan tatanama binomial. Cara penamaan organisme diatur oleh persetujuan internasional seperti International Code of Botanical Nomenclature (ICBN), International Code of Zoological Nomenclature (ICZN), dan International Code of Nomenclature of Bacteria (ICNB). Klasifikasi virus, viroid, prion, dan agen sub-viral ditentukan oleh International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV) dan sistemnya disebut International Code of Viral Classification and Nomenclature (ICVCN).

Sebuah usulan yang disebut BioCode diterbitkan pada tahun 1997 dengan maksud untuk menstandarisasi tata nama di tiga bidang tersebut, namun usulan ini masih belum diterapkan. BioCode tidak banyak diperhatikan semenjak tahun 1997; rencana penerapannya pada tahun 1 Januari 2000 tidak banyak disadari. Revisi BioCode yang tidak mengganti kode yang ada dan hanya menyediakan konteks pemersatu diusulkan pada tahun 2011.Namun, International Botanical Congress pada tahun 2011 menolak mempertimbangkan usulan BioCode. ICVCN berada di luar ranah BioCode karena BioCode tidak meliputi klasifikasi virus.

Ekologi dan lingkungan

Ekologi mempelajari persebaran, berlimpahnya kehidupan, dan interaksi antara organisme dengan lingkungannya. Habitat suatu organisme dapat dideskripsikan sebagai faktor abiotik lokal seperti iklim, di samping keberadaan organisme dan faktor biotik lainnya. Sistem biologis cukup sulit dipelajari karena ada sangat banyak interaksi yang mungkin terjadi antara organisme dengan lingkungan, bahkan dalam skala kecil. Bakteri di dalam gradien gula memberikan tanggapan terhadap lingkungan sama seperti seekor singa yang sedang mencari makanan di Sabana Afrika. Spesies apapun juga dapat menunjukkan berbagai macam perilaku, seperti kerjasama, agresi, parasitisme, atau mutualisme. Masalah menjadi semakin rumit ketika dua atau lebih spesies berinteraksi dalam suatu ekosistem.

Sistem ekologi dipelajari dalam beberapa tingkatan yang berbeda, dari individu hingga populasi, ekosistem, dan biosfer. Istilah biologi populasi sering digunakan bergantian dengan ekologi populasi, meskipun istilah biologi populasi lebih sering digunakan ketika mempelajari penyakit, virus, dan mikroba, sementara ekologi populasi lebih sering dipakai ketika mempelajari tumbuhan dan hewan. Ekologi juga mengacu pada berbagai subdisiplin yang ada.

Etologi menyelidiki perilaku hewan (terutama hewan sosial seperti primata dan canid), dan kadang-kadang dianggap sebagai cabang zoologi. Ekologi juga mempelajari evolusi perilaku dan mencoba memahami perilaku dalam konteks seleksi alam. Salah satu etolog modern pertama adalah Charles Darwin, karena bukunya yang berjudul The Expression of the Emotions in Man and Animals memengaruhi etolog-etolog penerusnya.

Biogeografi terkait dengan persebaran organisme di Bumi dan memusatkan perhatian pada topik seperti tektonika lempeng, perubahan iklim, persebaran, migrasi, dan kladistika

Cabang-cabang

Pada masa kini, biologi mencakup bidang akademik yang sangat luas, bersentuhan dengan bidang-bidang sains yang lain dan sering kali dipandang sebagai ilmu yang mandiri. Berikut adalah cabang-cabang utama biolog

• Aerobiologi–mempelajari partikel organik di udara
• Agrikultur–mempelajari proses produksi hasil panen dan lebih menekankan pada penerapannya
• Anatomi–mempelajari bentuk dan fungsi tumbuhan, hewan, serta organisme lain (terutama manusia)
• Arachnologi–mempelajari arachnida
• Astrobiologi–mempelajari evolusi, distribusi, dan masa depan kehidupan di alam semesta—juga disebut eksobiologi, ekso paleontologi, dan bioastronomi
• Biofisika–mempelajari proses biologis dalam kerangka fisika, dengan menerapkan teori dan metode yang secara tradisional digunakan dalam ilmu fisika
• Biogeografi–mempelajari persebaran spesies dalam konteks keruangan dan waktu
• Bioinformatika–penggunaan teknologi informasi untuk meneliti, mengumpulkan, dan menyimpan data genomik atau data biologis lainnya
• Biokimia–mempelajari reaksi kimia yang diperlukan kehidupan agar tetap berfungsi, biasanya pada tingkatan seluler
• Biologi bangunan–meneliti lingkungan hidup di dalam ruangan
• Biologi evolusioner–mempelajari asal usul dan nenek moyang spesies
• Biologi integratif–mempelajari semua organisme
• Biologi kelautan (atau oseanografi biologis)–mempelajari ekosistem, tumbuhan, hewan, dan kehidupan samudra lainnya
• Biologi konservasi–mempelajari pelestarian, perlindungan, dan pemulihan lingkungan alam, ekosistem alam, vegetasi, serta margasatwa
• Biologi lingkungan–mempelajari dunia alam secara keseluruhan atau dalam wilayah tertentu, terutama dampak manusia terhadapnya
• Biologi molekuler–mempelajari biologi dan fungsi biologi dalam tingkatan molekuler, bertumpang tindih dengan biokimia
• Biologi populasi–mempelajari sekelompok organisme, termasuk
  • Ekologi populasi–mempelajari dinamika dan kepunahan populasi
  • Genetika populasi–mempelajari perubahan frekuensi gen dalam populasi suatu organisme
• Biologi perkembangan–mempelajari proses pembentukan organisme dari zigot
• Biologi sel–meneliti sel sebagai satuan yang utuh dan interaksi molekuler serta kimia yang terjadi di dalam sel
• Biologi struktural–cabang biologi molekuler, biokimia, dan biofisika yang terkait dengan struktur molekuler makromolekul biologis
• Biologi sintetis–mengintegrasi biologi dengan teknik; membuat fungsi biologis yang tidak ada di alam
• Biomatematika (atau biologi matematis)–penelitian proses biologis secara kuantitatif atau matematis dan lebih menekankan pada pemodelan
• Biomekanika–penelitian mekanika kehidupan yang lebih menekankan pada penerapan melalui prostetik dan ortotik. Bidang ini sering dianggap sebagai cabang kedokteran
• Biopsikologi–mempelajari musik dari sudut pandang biologis
• Bioteknologi–cabang biologi yang baru dan kadang-kadang kontroversial yang mempelajari manipulasi materi hidup, termasuk modifikasi genetik, dan biologi sintetik
• Botani–mempelajari tumbuhan
• Ekologi–mempelajari interaksi antara organisme dengan lingkungannya
• Embriologi–mempelajari perkembangan embrio (dari pembuahan hingga kelahiran)
• Entomologi–mempelajari serangga
• Epidemiologi–komponen penting dalam penelitian kesehatan, mempelajari faktor yang mempengaruhi kesehatan suatu populasi
• Epigenetik–mempelajari perubahan ekspresi gen atau fenotip seluler yang diakibatkan oleh mekanisme selain perubahan rangkaian ADN
• Etologi–mempelajari perilaku hewan
• Farmakologi–mempelajari persiapan, penggunaan, dan pengaruh obat-obatan
• Fisiologi–mempelajari cara kerja organisme hidup serta organ-organnya
• Fitopatologi–mempelajari penyakit pada tumbuhan (juga disebut patologi tumbuhan)
• Genetika–mempelajari gen dan pewarisan
• Hematologi–mempelajari darah dan organ pembentuk darah
• Herpetologi–mempelajari reptil dan amfibi
• Histologi–mempelajari sel dan jaringan, cabang mikroskopik anatomi
• Iktiologi–mempelajari ikan
• Kriobiologi–mempelajari pengaruh suhu yang rendah terhadap kehidupan
• Limnologi–mempelajari perairan di daratan
• Mamalogi–mempelajari mamalia
• Mikrologi–meneliti organisme mikroskopik (mikroorganisme), dan interaksinya dengan kehidupan lainnya
• Mikologi–mempelajari fungi
• Neurobiologi–mempelajari sistem saraf, termasuk anatomi, fisiologi, dan patologinya
• Onkologi–mempelajari proses kanker
• Ornitologi–mempelajari burung
• Paleontologi–mempelajari fosil dan bukti geografis kehidupan prasejarah
• Patobiologi atau patologi–meneliti penyakit, seperti penyebab, proses, ciri, dan perkembangannya
• Parasitologi–mempelajari parasit dan parasitisme
• Penelitian biomedis–meneliti tubuh manusia yang sehat dan sakit
• Psikobiologi–mempelajari dasar psikologi secara biologis
• Sosiobiologi–mempelajari dasar sosiologi secara biologis
• Teknik biologis–mempelajari biologi dari sudut pandang teknik dan lebih menekankan pada pengetahuan terapan. Bidang ini terkait dengan bioteknologi
• Virologi–mempelajari virus dan agen yang seperti virus
• Zoologi–mempelajari hewan, termasuk klasifikasi, fisiologi, perkembangan, dan perilaku (cabang meliputi entomologi, etologi, herpetologi, iktiologi, mamalogi, dan ornitologi)

TEMPAT BERMAIN SLOT YANG ASIK : PANGLIMA79

sejarah panjang Kimia

Kimia (serapan dari bahasa Arab: كيمياء) adalah cabang dari ilmu fisik yang mempelajari tentang susunan, struktur, sifat, dan perubahan materi.Ilmu kimia meliputi topik-topik seperti sifat-sifat atom, cara atom membentuk ikatan kimia untuk menghasilkan senyawa kimia, interaksi zat-zat melalui gaya antarmolekul yang menghasilkan sifat-sifat umum dari materi, dan interaksi antar zat melalui reaksi kimia untuk membentuk zat-zat yang berbeda.

Kimia kadang-kadang disebut sebagai ilmu pengetahuan pusat karena menjembatani ilmu-ilmu pengetahuan alam, termasuk fisika, geologi, dan biologi.

Para ahli berbeda pendapat mengenai etimologi dari kata kimia. Sejarah kimia dapat ditelusuri kembali sampai pada alkimia, yang sudah dipraktikkan selama beberapa milenia di berbagai belahan dunia.

Etimologi

Kata kimia berasal dari alkimia, sebutan untuk serangkaian praktik pada masa-masa terdahulu yang meliputi unsur-unsur ilmu , metalurgi, filsafat, astrologi, ilmu mistik, dan ilmu pengobatan. Alkimia sering kali dianggap berhubungan dengan usaha mengubah timbal atau bahan-bahan baku biasa lainnya menjadi emas, tetapi pada zaman kuno ilmu ini mengkaji banyak pokok persoalan ilmu kimia modern. Alkimia didefinisikan oleh alkemis Yunani-Mesir awal abad ke-4 M, Zosimos, sebagai ilmu yang mempelajari tentang komposisi air, pergerakan, pertumbuhan, mewujud, menghilang, mengeluarkan roh dari raga, dan mengikat roh di dalam raga.

Kata alkimia berasal dari kata Arab al-kīmīā (الکیمیاء). Kata al-kīmīā di turunan dari kata Yunani χημία (kemia) atau χημεία (kemei).Al-kīmīā boleh jadi berasal dari Mesir Kuno karena kata al-kīmīā mungkin diturunkan dari kata Yunani χημία (kimia), yang juga diturunkan dari kata Kami atau Kami, yakni nama kuno negeri Mesir dalam bahasa Mesir. Mungkin pula, kata al-kīmīā di turunan dari kata χημεία (kemei), yang berarti “duitang bersama-sama” (ke dalam cetakan)

Pengantar

Kimia sering disebut sebagai “ilmu pusat” karena menghubungkan berbagai ilmu lain, seperti fisika, ilmu bahan, nanoteknologi, biologi, farmasi, kedokteran, bioinformatika, dan geologi. Koneksi ini timbul melalui berbagai subdisiplin yang memanfaatkan konsep-konsep dari berbagai disiplin ilmu. Sebagai contoh, fisik melibatkan penerapan prinsip-prinsip fisika terhadap materi pada tingkat atom dan molekul.

Kimia berhubungan dengan interaksi materi yang dapat melibatkan dua zat atau antara materi dan energi, terutama dalam hubungannya dengan hukum pertama termodinamika. tradisional melibatkan interaksi antara zat kimia dalam reaksi kimia, yang mengubah satu atau lebih zat menjadi satu atau lebih zat lain. Kadang reaksi ini digerakkan oleh pertimbangan entalpi, seperti ketika dua zat ber entalpi tinggi seperti hidrogen dan oksigen elemental bereaksi membentuk air, zat dengan entalpi lebih rendah. Reaksi dapat difasilitasi dengan suatu katalis, yang umumnya merupakan zat kimia lain yang terlibat dalam media reaksi tetapi tidak dikonsumsi (contohnya adalah asam sulfat yang mengkatalisis elektrolisis air) atau fenomena immaterial (seperti radiasi elektromagnetik dalam reaksi fotokimia). Kimia tradisional juga menangani analisis zat , baik di dalam maupun di luar suatu reaksi, seperti dalam spektroskopi.

Semua materi normal terdiri dari atom atau komponen-komponen subatom yang membentuk atom; proton, elektron, dan neutron. Atom dapat dikombinasikan untuk menghasilkan bentuk materi yang lebih kompleks seperti ion, molekul, atau kristal. Struktur dunia yang kita jalani sehari-hari dan sifat materi yang berinteraksi dengan kita ditentukan oleh sifat zat-zat kimia dan interaksi antar mereka. Baja lebih keras dari besi karena atom-atomnya terikat dalam struktur kristal yang lebih kaku. Kayu terbakar atau mengalami oksidasi cepat karena ia dapat bereaksi secara spontan dengan oksigen pada suatu reaksi jika berada di atas suatu suhu tertentu.

Zat cenderung diklasifikasikan berdasarkan energi, fase, atau komposisi kimianya. Materi dapat digolongkan dalam 4 fase, urutan dari yang memiliki energi paling rendah adalah padat, cair, gas, dan plasma. Dari keempat jenis fase ini, fase plasma hanya dapat ditemui di luar angkasa yang berupa bintang, karena kebutuhan energinya yang teramat besar. Zat padat memiliki struktur tetap pada suhu kamar yang dapat melawan gravitasi atau gaya lemah lain yang mencoba mengubahnya. Zat cair memiliki ikatan yang terbatas, tanpa struktur, dan akan mengalir bersama gravitasi. Gas tidak memiliki ikatan dan bertindak sebagai partikel bebas. Sementara itu, plasma hanya terdiri dari ion-ion yang bergerak bebas; pasokan energi yang berlebih mencegah ion-ion ini bersatu menjadi partikel unsur. Satu cara untuk membedakan ketiga fase pertama adalah dengan volume dan bentuknya: kasarnya, zat padat memiliki volume dan bentuk yang tetap, zat cair memiliki volume tetap tetapi tanpa bentuk yang tetap, sedangkan gas tidak memiliki baik volume ataupun bentuk yang tetap.

Air (H2O) berbentuk cairan dalam suhu kamar karena molekul-molekulnya terikat oleh gaya antarmolekul yang disebut ikatan hidrogen. Di sisi lain, hidrogen sulfida (H2S) berbentuk gas pada suhu kamar dan tekanan standar, karena molekul-molekulnya terikat dengan interaksi dwikutub (dipol) yang lebih lemah. Ikatan hidrogen pada air memiliki cukup energi untuk mempertahankan molekul air untuk tidak terpisah satu sama lain, tetapi tidak untuk mengalir, yang menjadikannya berwujud cairan dalam suhu antara 0 °C sampai 100 °C pada permukaan laut. Menurunkan suhu atau energi lebih lanjut mengizinkan organisasi bentuk yang lebih erat, menghasilkan suatu zat padat, dan melepaskan energi. Peningkatan energi akan mencairkan es walaupun suhu tidak akan berubah sampai semua es cair. Peningkatan suhu air pada gilirannya akan menyebabkannya mendidih (lihat panas penguapan) sewaktu terdapat cukup energi untuk mengatasi gaya tarik antarmolekul dan selanjutnya memungkinkan molekul untuk bergerak menjauhi satu sama lain.

Ilmuwan yang mempelajari kimia sering disebut kimiawan. Sebagian besar kimiawan melakukan spesialisasi dalam satu atau lebih subdisiplin. yang diajarkan pada sekolah menengah sering disebut “kimia umum” dan ditujukan sebagai pengantar terhadap banyak konsep-konsep dasar dan untuk memberikan pelajar alat untuk melanjutkan ke subjek lanjutannya. Banyak konsep yang dipresentasikan pada tingkat ini sering dianggap tak lengkap dan tidak akurat secara teknis. Walaupun demikian, hal tersebut merupakan alat yang luar biasa. Kimiawan secara reguler menggunakan alat dan penjelasan yang sederhana dan elegan ini dalam karya mereka, karena terbukti mampu secara akurat membuat model reaktivitas yang sangat bervariasi.

Ilmu kimia secara sejarah merupakan pengembangan baru, tetapi ilmu ini berakar pada alkimia yang telah dipraktekkan selama berabad-abad di seluruh dunia.

Sejarah

Akar ilmu kimia dapat dilacak hingga fenomena pembakaran. Api merupakan kekuatan mistik yang mengubah suatu zat menjadi zat lain dan karenanya merupakan perhatian utama umat manusia. Adalah api yang menuntun manusia pada penemuan besi dan gelas. Setelah emas ditemukan dan menjadi logam berharga, banyak orang yang tertarik menemukan metode yang dapat mengubah zat lain menjadi emas. Hal ini menciptakan suatu protosains yang disebut Alkimia. Alkimia dipraktikkan oleh banyak kebudayaan sepanjang sejarah dan sering mengandung campuran filsafat, mistisisme, dan protosains.

Alkimiawan menemukan banyak proses kimia yang menuntun pada pengembangan modern. Seiring berjalannya sejarah, alkimiawan-alkimiawan terkemuka (terutama Abu Musa Jabir bin Hayyan dan Paracelsus) mengembangkan alkimia menjauh dari filsafat dan mistisisme dan mengembangkan pendekatan yang lebih sistematik dan ilmiah.

Alkimiawan pertama yang dianggap menerapkan metode ilmiah terhadap alkimia dan membedakan dan alkimia adalah Robert Boyle (1627–1691). Boyle khususnya dianggap sebagai bapak pendiri kimia karena karyanya yang paling penting, teks kimia klasik The Skeptical Chymist yang membuat perbedaan antara klaim alkimia dan penemuan ilmiah empiris dari kimia baru. Ia merumuskan hukum Boyle, menolak “empat unsur” klasik dan mengusulkan alternatif atom dan reaksi mekanistik yang dapat dikenakan percobaan yang keras

Teori flogiston (suatu zat yang menjadi akar dari semua pembakaran) dikemukakan oleh Georg Ernst Stahl dari Jerman pada awal abad ke-18 dan kemudian dibatalkan pada akhir abad oleh ahli kimia Prancis Antoine Lavoisier, layaknya Newton dalam fisika; yang membuat pijakan bagi modern, dengan menjelaskan prinsip kekekalan massa dan mengembangkan sistem baru penamaan kimia yang digunakan hingga hari ini.

Namun, sebelum karyanya tersebut, banyak penemuan penting telah dibuat, khususnya yang berkaitan dengan sifat ‘udara’ yang ditemukan terdiri dari banyak gas yang berbeda. Kimiawan Skotlandia Joseph Black (ahli kimia eksperimental pertama) dan J.B. van Helmont dari Belanda menemukan karbon dioksida, atau apa yang disebut Black sebagai ‘udara tetap’ pada tahun 1754; Henry Cavendish menemukan hidrogen dan menjelaskan sifat-sifatnya serta Joseph Priestley dan, secara independen, Carl Wilhelm Scheele yang mengisolasi oksigen murni.

Penemuan unsur kimia memiliki sejarah yang panjang yang mencapai puncaknya dengan diciptakannya tabel periodik unsur oleh Dmitri Mendeleyev pada tahun 1869. Ilmuwan Inggris John Dalton mengusulkan teori atom modern; bahwa semua zat tersusun dari ‘atom-atom’ materi dan bahwa atom-atom yang berbeda memiliki berat atom yang berbeda-beda pula.

Perkembangan teori elektrokimia terjadi pada awal abad ke-19 sebagai hasil karya dua ilmuwan khususnya, J.J. Berzelius dan Humphry Davy, dimungkinkan oleh penemuan tumpukan volta sebelumnya oleh Alessandro Volta. Davy menemukan sembilan unsur baru termasuk logam alkali dengan mengekstraksinya dari oksida mereka menggunakan arus listrik.

Penghargaan Nobel dalam yang diciptakan pada tahun 1901 memberikan gambaran bagus mengenai penemuan selama 100 tahun terakhir. Pada bagian awal abad ke-20, sifat subatomik atom diungkapkan dan ilmu mekanika kuantum mulai menjelaskan sifat fisik ikatan . Pada pertengahan abad ke-20, telah berkembang sampai dapat memahami dan memprediksi aspek-aspek biologi yang melebar ke bidang biokimia.

Industri mewakili suatu aktivitas ekonomi yang penting. Pada tahun 2004, produsen bahan 50 teratas global memiliki penjualan mencapai US$587 miliar dengan margin keuntungan 8,1% dan pengeluaran riset dan pengembangan 2,1% dari total penjualan.

Tahun 2011 dinyatakan oleh Perserikatan Bangsa-Bangsa sebagai Tahun Internasional.Deklarasi tersebut adalah inisiatif dari IUPAC, dan UNESCO serta melibatkan perkumpulan cendekiawan , akademisi, dan lembaga di seluruh dunia serta mengandalkan inisiatif individu untuk mengorganisasi kegiatan lokal dan regional.

organik dikembangkan oleh Justus von Liebig dan yang lainnya, menyusul sintesis urea ole Friedrich Wöhler yang membuktikan bahwa organisme hidup, secara teori, dapat berasal dari senyawa . Kemajuan penting lainnya di abad ke-19 adalah; pemahaman tentang ikatan valensi (Edward Frankland pada tahun 1852) dan penerapan termodinamika pada (J. W. Gibbs dan Svante Arrhenius pada tahun 1870-an).

Cabang ilmu kimia

Kimia umumnya dibagi menjadi beberapa bidang utama. Terdapat pula beberapa cabang antar-bidang dan cabang-cabang yang lebih khusus dalam . Lima cabang utama dalam ilmu kimia diantaranya:

• Kimia analitik adalah studi yang melibatkan bagaimana kita menganalisis komponen dalam sampel. Berapa banyak sebenarnya kafein dalam secangkir kopi? Adakah obat-obatan yang ditemukan dalam sampel urin atlet? Bagaimana tingkat pH kolam renang saya? Contoh bidang yang menggunakan analitik meliputi ilmu forensik, ilmu lingkungan, dan pengujian obat. Kimia analitik dibagi menjadi dua sub cabang: analisis kualitatif dan kuantitatif. Analisis kualitatif menggunakan metode / pemastian untuk membantu menentukan komponen zat (menjawab pertanyaan: apa?). Analisis kuantitatif di sisi lain, membantu untuk mengidentifikasi berapa banyak setiap komponen hadir dalam suatu zat (menjawab pertanyaan: berapa?).
• Biokimia mempelajari senyawa kimia, reaksi kimia, dan interaksi kimia yang terjadi dalam organisme hidup. Biokimia dan kimia organik berhubungan sangat erat, seperti dalam kimia medisinal atau neurokimia. Biokimia juga berhubungan dengan biologi molekuler, fisiologi, dan genetika. Di bawah payung utama biokimia banyak sub-cabang baru telah muncul dan banyak ahli kimia modern yang mungkin mengkhususkan diri di dalamnya. Beberapa disiplin ilmu ini meliputi:
  1. Enzimologi (studi tentang enzim)
  2. Endokrinologi (studi tentang hormon)
  3. Biokimia klinik (studi tentang penyakit)
  4. Biokimia molekuler (studi biomolekul dan fungsinya)

• Kimia anorganik mengkaji sifat-sifat dan reaksi senyawa anorganik. Perbedaan antara bidang organik dan anorganik tidaklah mutlak dan banyak terdapat tumpang tindih, khususnya dalam bidang organologam. Kimiawan di bidang ini fokus pada unsur-unsur dan senyawa lain selain karbon atau hidrokarbon. Sederhananya, kimia anorganik meliputi semua bahan yang tidak organik dan disebut sebagai zat tak-hidup – senyawa yang tidak mengandung ikatan karbon-hidrogen (CH). Senyawa yang dipelajari oleh ahli kimia anorganik meliputi struktur kristal, mineral, logam, katalis, dan sebagian besar unsur pada tabel periodik. Contohnya adalah kekuatan balok daya yang digunakan untuk membawa berat tertentu atau menyelidiki bagaimana emas terbentuk di bumi. Cabang kimia anorganik meliputi:
  1. Kimia anorganik (studi peran logam dalam biologi)
  2. Kimia koordinasi (studi senyawa koordinasi dan interaksi ligan)
  3. Geokimia (studi komposisi kimia bumi, batuan, mineral & atmosfer)
  4. Teknologi anorganik (sintesis senyawa anorganik baru)
  5. Kimia nuklir (studi bahan radioaktif)
  6. Kimia organologam (studi bahan yang mengandung ikatan antara logam dan karbon–tumpangsuh dengan kimia organik)
  7. Kimia padatan / kimia material (studi pembentukan, struktur, dan karakteristik material fasa padat)
  8. Kimia anorganik sintesis (studi sintesis bahan kimia)
  9. Kimia anorganik industrial (studi material yang digunakan dalam industri. Contoh: pupuk)

• Kimia organik adalah ilmu yang mempelajari senyawa karbon seperti bahan bakar, plastik, aditif makanan, dan obat-obatan. Berlawanan kimia anorganik yang berfokus pada masalah tak-hidup dan zat berbasis non-karbon, kimia organik berurusan dengan studi karbon dan bahan kimia dalam organisme hidup. Contohnya adalah proses fotosintesis di daun karena ada perubahan dalam komposisi kimia dari tanaman hidup. Cabang-cabang dari kimia organik melibatkan banyak disiplin ilmu yang berbeda termasuk studi keton, aldehid, hidrokarbon (alkena, alkana, alkuna) dan alkohol.
  1. Stereokimia (studi struktur molekul 3-dimensi)
  2. Kimia medisinal (berurusan dengan perancangan, pengembangan dan sintesis obat-obatan farmasi)
  3. Kimia organologam (studi bahan kimia yang mengandung ikatan antara karbon dan logam)
  4. Kimia organik fisik (studi struktur dan reaktivitas dalam molekul organik)
  5. Kimia polimer (studi komposisi dan pembentukan molekul polimer)

• Kimia fisik adalah studi tentang sifat fisik molekul, dan hubungannya dengan cara menyatukan molekul dan atom. Kimia fisik berurusan dengan prinsip-prinsip dan metodologi baik kimia dan fisika serta merupakan studi tentang bagaimana struktur kimia berpengaruh terhadap sifat fisik suatu zat. Contohnya adalah pembuatan brownies, karena ada pencampuran bahan serta menggunakan panas dan energi untuk mendapatkan produk akhir. Sub-cabang kimia fisik meliputi:
  1. Elektrokimia (studi interaksi atom, molekul, ion dan arus listrik)
  2. Fotokimia (studi efek kimia cahaya; reaksi fotokimia)
  3. Kimia permukaan (studi reaksi kimia pada permukaan)
  4. Kinetika kimia (studi laju reaksi kimia)
  5. Termodinamika/termokimia (studi hubungan panas dengan perubahan kimia)
  6. Mekanika kuantum/kimia kuantum (studi mekanika kuantum dan hubungannya dengan fenomena kimia)
  7. Spektroskopi (studi spektrum cahaya atau radiasi)

Cabang-cabang ilmu kimia yang merupakan tumpang-tindih dengan satu atau lebih lima cabang utama:

• Kimia material menyangkut bagaimana menyiapkan, mengkarakterisasi, dan memahami cara kerja suatu bahan dengan kegunaan praktis.
• Kimia teori adalah studi melalui penjabaran teori dasar (biasanya dalam matematika atau fisika). Secara spesifik, penerapan mekanika kuantum dalam kimia disebut kimia kuantum. Sejak akhir Perang Dunia II, perkembangan komputer telah memfasilitasi pengembangan sistematik komputasi, yang merupakan seni pengembangan dan penerapan program komputer untuk menyelesaikan permasalahan kimia. teori memiliki banyak tumpang tindih (secara teori dan eksperimen) dengan fisika benda kondensi dan fisika molekuler.
• Kimia nuklir mengkaji bagaimana partikel subatom bergabung dan membentuk inti. Transmutasi modern adalah bagian terbesar dari kimia nuklir dan tabel nuklida merupakan hasil sekaligus perangkat untuk bidang ini.
• Kimia organik bahan alam mempelajari senyawa organik yang disintesis secara alami oleh alam, khususnya makhluk hidup.

Bidang lain antara lain adalah astronomi, biologi molekuler, elektrokimia, farmakologi, fitokimia, fotokimia, genetika molekuler, geokimia, ilmu bahan, kimia aliran, kimia atmosfer, kimia benda padat, hijau, inti, kimia medisinal, komputasi, lingkungan, organologam, permukaan, kimia polimer, kimia supramolekul, nanoteknologi, petrokimia, sejarah kimia, sonokimia, teknik kimia, serta termokimia.

 

Konsep dasar

tata Nama

Tata Nama kimia merujuk pada sistem penamaan senyawa kimia. Telah dibuat sistem penamaan spesies kimia yang terdefinisi dengan baik. Senyawa organik diberi nama menurut sistem tatanama organik. Senyawa anorganik dinamai menurut sistem tata nama anorganik.

Atom

Atom adalah suatu kumpulan materi yang terdiri atas inti yang bermuatan positif, yang biasanya mengandung proton dan neutron, dan beberapa elektron di sekitarnya yang mengimbangi muatan positif inti. Atom juga merupakan satuan terkecil yang dapat diuraikan dari suatu unsur dan masih mempertahankan sifatnya, terbentuk dari inti yang rapat dan bermuatan positif dikelilingi oleh suatu sistem elektron. Dalam atom netral, elektron yang bermuatan negatif mengimbangi muatan positif pada proton. Inti atom sangat padat; massa nukleon adalah 1,836 kali dari elektron, namun jari-jari atom adalah sekitar 10,000 kali dari intinya.

atom juga merupakan entitas terkecil yang dapat dipertimbangkan untuk mempertahankan sifat kimia dari unsur, seperti elektronegativitas, energi ionisasi, keadaan oksidasi, dan jenis ikatan yang lebih disukai untuk dibentuk (misalnya, logam, ionik, kovalen)

Unsur

Unsur adalah sekelompok atom yang memiliki jumlah proton yang sama pada intinya. Jumlah ini disebut sebagai nomor atom unsur. Sebagai contoh, semua atom yang memiliki 6 proton pada intinya adalah atom dari unsur kimia karbon, dan semua atom yang memiliki 92 proton pada intinya adalah atom unsur uranium.

Presentasi standar dari unsur-unsur kimia berada dalam tabel periodik, yang mengurutkan unsur berdasarkan nomor atom. Tabel periodik diatur dalam golongan, atau kolom, dan periode, atau baris. Tabel periodik berguna dalam mengidentifikasi tren periodik

Senyawa

Senyawa merupakan suatu zat yang dibentuk oleh dua atau lebih unsur dengan perbandingan tetap yang menentukan susunannya. sebagai contoh, air merupakan senyawa yang mengandung hidrogen dan oksigen dengan perbandingan dua terhadap satu. Senyawa dibentuk dan diuraikan oleh reaksi .

Penamaan standar senyawa diatur oleh International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC). Senyawa organik diberi nama berdasarkan sistem tata nama organik.Senyawa anorganik diberi nama berdasarkan sistem tata nama anorganik. Sebagai tambahan, Chemical Abstracts Service telah menemukan metode untuk mengindeks zat . Dalam skema ini setiap bahan diidentifikasi oleh nomor yang dikenal sebagai Nomor Registrasi CAS.

Molekul

Molekul adalah bagian terkecil dan tidak terpecah dari suatu senyawa murni yang masih mempertahankan sifat kimia dan fisik yang unik. Suatu molekul terdiri dari dua atau lebih atom yang terikat satu sama lain. Molekul biasanya adalah seperangkat atom yang terikat bersama oleh ikatan kovalen, sehingga strukturnya netral secara kelistrikan dan semua elektron valensi berpasangan dengan elektron lain baik dalam ikatan atau dalam pasangan elektron bebas.

Dengan demikian, molekul hadir sebagai satuan netral secara kelistrikan, tidak seperti ion. Ketika aturan ini dilanggar, memberikan muatan bagi “molekul”, hasilnya terkadang dinamai sebagai ion molekul atau ion poliatomik. Namun, sifat diskrit dan terpisah dari konsep molekul biasanya mensyaratkan bahwa ion molekuler hanya hadir dalam bentuk yang dipisahkan dengan baik, seperti sinar diarahkan dalam ruang hampa udara dalam spektrometer massa. Kumpulan poliatom bermuatan yang berada dalam padatan (misalnya, ion sulfat atau nitrat sejenis) umumnya tidak dianggap “molekul” dalam kimia. Beberapa molekul mengandung satu atau lebih elektron yang tidak berpasangan, menciptakan radikal. Kebanyakan radikal relatif reaktif, tetapi beberapa diantaranya, seperti nitrogen monoksida (NO) dapat bersifat stabil.

Unsur gas “inert” atau gas mulia (helium, neon, argon, kripton, xenon dan radon) terdiri dari atom tunggal sebagai satu unit diskrit terkecilnya, namun unsur-unsur yang terisolasi lain terdiri dari baik molekul atau jaringan atom terikat satu sama lain dalam beberapa cara. Molekul yang mudah diidentifikasi menyusun berbagai zat yang dikenal seperti air, udara, dan banyak senyawa organik seperti alkohol, gula, bensin, dan berbagai obat-obatan.

Namun, tidak semua zat atau senyawa kimia terdiri dari molekul diskrit, dan memang sebagian besar zat padat yang membentuk kerak, mantel, dan inti bumi adalah senyawa tanpa molekul. Jenis lain dari zat tersebut, seperti senyawa ionik dan jaringan padatan, yang diatur sedemikian rupa karena kurangnya keberadaan molekul yang dapat diidentifikasi per se. Contoh zat dengan jenis ini seperti garam mineral (seperti garam dapur), padatan seperti karbon dan berlian, logam, dan silika serta mineral silikat seperti kuarsa dan granit.

Salah satu karakteristik utama dari molekul adalah geometrinya yang dikenal sebagai struktur. Sementara struktur molekul atom diatomik, triatomik atau tetraatomik mungkin tidak terlalu signifikan, (linear, piramida sudut, dan sebagainya) struktur molekul poliatomik, yang merupakan lebih dari enam atom (dari beberapa unsur) dapat menjadi sangat penting bagi kimia di alam.

Zat kimia

Suatu ‘zat kimia’ dapat berupa suatu unsur, senyawa, atau campuran senyawa-senyawa, unsur-unsur, atau senyawa dan unsur. Sebagian besar materi yang kita temukan dalam kehidupan sehari-hari merupakan suatu bentuk campuran, misalnya air, aloy, biomassa, dll.

Zat kimia adalah jenis materi dengan komposisi dan sifat yang pasti. Kumpulan zat disebut dengan campuran. Beberapa contoh campuran adalah udara dan alloy

Mol dan jumlah zat

Mol adalah satuan pengukuran yang menunjukkan jumlah zat (juga disebut sebagai jumlah bahan kimia). Mol didefinisikan sebagai jumlah atom yang ditemukan persis 0.012 kilogram (atau 12 grams) pada karbon-12, di mana atom karbon-12 tidak terikat, diam dan berada pada keadaan dasarnya. Jumlah entitas per mol dikenal sebagai bilangan Avogadro, serta ditentukan secara empiris mencapai sekitar 6.022×1023 mol−1.Konsentrasi molar adalah jumlah zat tertentu per volume larutan, dan umumnya dilaporkan dalam mol dm−3

Wujud zat

Fase adalah kumpulan keadaan sebuah sistem fisik makroskopis yang relatif serbasama baik itu komposisi kimianya maupun sifat-sifat fisiknya (misalnya masa jenis, struktur kristal, indeks refraksi, dan lain sebagainya). Contoh keadaan fase yang kita kenal adalah padatan, cair, dan gas. Keadaan fase yang lain yang misalnya plasma, kondensasi Bose-Einstein, dan kondensasi Fermion. Keadaan fase dari material magnetik adalah paramagnetik, feromagnetik dan diamagnetik.

Sifat-sifat fisik, seperti kerapatan dan indeks bias cenderung masuk dalam karakteristik nilai fase. Fase materi didefinisikan oleh transisi fase, yaitu ketika energi yang dimasukkan atau dikeluarkan dari sistem digunakan untuk menata ulang struktur sistem, alih-alih mengubah kondisi rumahnya.

Terkadang perbedaan antara fase dapat dapat berlangsung terus menerus daripada memiliki batas yang diskrit, dalam hal ini materi dianggap dalam keadaan superkritis. Ketika tiga keadaan bertemu berdasarkan kondisi tertentu, keadaan tersebut dikenal sebagai titik tripel dan karena ini merupakan invarian, hal ini merupakan cara yang mudah untuk menentukan satu set kondisi.

Contoh fase yang banyak dikenal antara lain padat, cair dan gas. Banyak zat menunjukkan beberapa fase padat. Sebagai contoh, terdapat tiga fase padatan besi (alfa, gamma, dan delta) yang bervariasi berdasarkan suhu dan tekanannya. Perbedaan utama antara fase-fase padat tersebut adalah struktur kristal, atau susunan, dari atom-atomnya. Fase lain yang umum ditemui dalam studi adalah fase ‘berair’, yang merupakan keadaan zat yang dilarutkan dalam larutan berair (yaitu, dalam air).

Fase yang kurang banyak dikenal antara lain plasma, kondensat Bose–Einstein dan kondensat fermion serta fase paramagnetik dan feromagnetik pada material magnetik. Sementara fase-fase yang banyak dikenal berurusan dengan sistem tiga dimensi, juga dimungkinkan untuk mendefinisikan analognya dalam sistem dua dimensi, yang menarik perhatian karena relevansinya dengan sistem dalam biologi.

Ikatan kimia

Ikatan kimia merupakan gaya yang menahan berkumpulnya atom-atom dalam molekul atau kristal. Pada banyak senyawa sederhana, teori ikatan valensi dan konsep bilangan oksidasi dapat digunakan untuk menduga struktur molekuler dan susunannya. Serupa dengan ini, teori-teori dari fisika klasik dapat digunakan untuk menduga banyak dari struktur ionik. Pada senyawa yang lebih kompleks/rumit, seperti kompleks logam, teori ikatan valensi tidak dapat digunakan karena membutuhkan pemahaman yang lebih dalam dengan basis mekanika kuantum.

Sebuah ikatan dapat berupa ikatan kovalen, ikatan ionik, ikatan hidrogen atau hanya karena gaya Van der Waals. Masing-masing jenis ikatan dianggap berasal sejumlah potensial. Potensial ini menciptakan interaksi yang memegang atom bersama-sama dalam molekul atau kristal. Dalam banyak senyawa sederhana, teori ikatan valensi, model Valence Shell Electron Pair Repulsion (teori VSEPR), dan konsep bilangan oksidasi dapat digunakan untuk menjelaskan struktur dan komposisi molekul.

Ikatan ionik terbentuk ketika logam kehilangan satu atau lebih elektron, menjadi kation bermuatan positif, serta elektron kemudian ditarik oleh atom non-logam, menjadi anion bermuatan negatif. Kedua ion bermuatan berlawanan menarik satu sama lain, dan ikatan ion adalah gaya elektrostatik tarik di antara keduanya. Misalnya, natrium (Na), logam, kehilangan satu elektron untuk menjadi kation Na+ sementara klor (Cl), non-logam, menerima elektron ini untuk menjadi Cl–. Ion-ion akan diikat menjadi satu karena daya tarik elektrostatik, serta senyawa natrium klorida (NaCl), atau garam dapur biasa, terbentuk.

Dalam ikatan kovalen, satu atau lebih pasangan elektron valensi dibagi oleh dua atom: gugus atom terikat netral yang dihasilkan disebut sebagai molekul. Atom akan berbagi elektron valensi sedemikian rupa untuk menciptakan konfigurasi elektron gas mulia (delapan elektron di kulit terluarnya) untuk masing-masing atom. Atom yang cenderung bergabung sedemikian rupa sehingga masing-masing memiliki delapan elektron dalam kulit valensinya dikatakan mengikuti aturan oktet. Namun, beberapa unsur seperti hidrogen dan litium hanya membutuhkan dua elektron di kulit terluarnya untuk mendapatkan konfigurasi stabil ini; atom-atom ini dikatakan mengikuti “aturan duet”, dan dengan cara ini mereka mencapai konfigurasi elektron dari gas mulia helium, yang memiliki dua elektron di kulit terluarnya.

Serupa dengan itu, teori-teori dari fisika klasik dapat digunakan untuk memprediksi banyak struktur ionik. Dengan senyawa yang lebih rumit, seperti kompleks logam, teori ikatan valensi kurang berlaku dan pendekatan alternatif, seperti teori orbital molekul, umumnya digunakan.

Energi

Dalam konteks , energi adalah atribut suatu zat sebagai konsekuensi dari struktur atomik, molekul atau agregat. Karena perubahan disertai dengan perubahan dalam satu atau lebih dari jenis struktur ini, selalu disertai dengan peningkatan atau penurunan energi dari zat yang terlibat. Sebagian energi dipindahkan antara lingkungan dan reaktan reaksi dalam bentuk panas atau cahaya; dengan demikian produk dari suatu reaksi dapat memiliki energi lebih atau kurang dari reaktan.

Suatu reaksi dikatakan eksergonik jika energi pada keadaan akhir lebih rendah daripada keadaan awal; dalam kasus reaksi endergonik situasinya terbalik. Suatu reaksi dikatakan eksoterm jika reaksi melepaskan panas ke lingkungan; dalam kasus reaksi endotermik, reaksi menyerap panas dari lingkungan.

Reaksi selalu tidak mungkin terjadi kecuali reaktan melampaui penghalang energi yang dikenal sebagai energi aktivasi. Kecepatan dari reaksi kimia (pada suhu yang diberikan T) terkait dengan energi aktivasi E, oleh faktor populasi Boltzmann 

–yaitu probabilitas suatu molekul untuk memiliki energi lebih besar dari atau sama dengan E pada suhu yang diberikan T. Ketergantungan eksponensial dari laju reaksi terhadap suhu ini dikenal sebagai Persamaan Arrhenius. Energi aktivasi yang diperlukan untuk terjadinya reaksi bisa dalam bentuk panas, cahaya, listrik atau gaya mekanik dalam bentuk suara ultra.

Transfer energi dari satu zat ke zat lain bergantung pada ukuran kuanta energi yang diemisikan oleh satu zat. Namun, energi panas sering kali lebih mudah ditransfer dari hampir semua zat ke zat lain karena fonon yang bertanggung jawab terhadap tingkat energi vibrasi dan rotasi dalam suatu zat, memiliki energi yang jauh lebih sedikit daripada foton yang digunakan untuk transfer energi elektronik. Dengan demikian, karena tingkat energi vibrasi dan rotasi lebih dekat dari tingkat energi elektronik, panas lebih mudah ditransfer antara zat relatif terhadap cahaya atau bentuk lain dari energi elektronik. Sebagai contoh, radiasi elektromagnetik ultraviolet tidak ditransfer lebih baik dari satu zat ke zat yang lain daripada energi termal atau listrik.

Keberadaan tingkat energi yang khas untuk zat kimia yang berbeda berguna untuk identifikasi mereka dengan analisis garis spektrum. Berbagai jenis spektrum sering digunakan dalam spektroskopi kimia, misalnya IR, gelombang mikro, NMR, ESR, dan lain sebagainya. Spektroskopi juga digunakan untuk mengidentifikasi komposisi objek jarak jauh–seperti bintang dan galaksi yang jauh–dengan menganalisis spektrum radiasi mereka.

istilah energi kimia terkadang digunakan untuk menunjukkan potensi suatu zat kimia untuk mengalami transformasi melalui reaksi kimia atau mengubah zat kimia lainnya.

TEMPAT BERMAIN SLOT YANG ASIK : MAHKOTA69

Fisika Yang Merubah Pola Pikir Dunia

Fisika (serapan dari bahasa Belanda: fysica) atau ilmu tabi’i adalah sains atau ilmu alam yang mempelajari materi beserta gerak dan perilakunya dalam lingkup ruang dan waktu, bersamaan dengan konsep yang berkaitan seperti energi dan gaya. Sebagai salah satu ilmu sains paling dasar, tujuan utama fisika adalah memahami bagaimana alam semesta bekerja. Orang atau ilmuwan yang ahli dalam bidang fisika disebut sebagai ahli fisika atau fisikawan

Fisika adalah salah satu disiplin akademik paling tua, mungkin yang tertua melalui astronomi yang juga termasuk di dalamnya. Lebih dari dua milenia, fisika menjadi bagian dari Ilmu Alam bersama dengan kimia, biologi, dan cabang tertentu matematika, tetapi ketika munculnya revolusi ilmiah pada abad ke-17, ilmu alam berkembang sebagai program penelitian sendiri. Fisika berkembang dengan banyak spesialisasi bidang ilmu lain, seperti fisika dan kimia kuantum, dan batasan fisiknya tidak didefinisikan dengan jelas. Ilmu baru dalam fisika terkadang digunakan untuk menjelaskan mekanisme dasar sains lainnya serta membuka jalan area penelitian lainnya seperti matematika dan filsafat.

Fisika juga menyumbangkan kontribusi yang penting dalam pengembangan teknologi yang berkembang dari pemikiran teoritis. Contohnya, pemahaman lebih lanjut mengenai elektromagnetisme atau fisika nuklir mengarahkan langsung pada pengembangan produk baru yang secara dramatis membentuk masyarakat modern, seperti televisi, komputer, peralatan rumah tangga, dan senjata nuklir; kemajuan termodinamika mengarah pada pengembangan industrialisasi, dan kemajuan mekanika menginspirasi pengembangan kalkulus.

Sejarah

Astronomi kuno

Astronomi adalah ilmu alam tertua. Peradaban tertua yang tercatat sekitar tahun 3000 SM, seperti contohnya bangsa Sumeria, Mesir Kuno, dan Peradaban Lembah Indus. Semuanya memiliki pengetahuan prediktif dan pemahaman dasar mengenai pergerakan bulan, matahari, dan bintang. Bintang dan planet terkadang digunakan sebagai target penyembahan, mereka percaya bahwa itulah Tuhan mereka. Meskipun penjelasan mengenai fenomena ini sering kali tidak ilmiah dan lemahnya bukti yang ada, pengamatan awal ini menjadi dasar bagi ilmu astronomi berikutnya

Menurut Asger Aaboe, awal mula dari astronomi dunia Barat dapat ditemukan di Mesopotamia, dan semua usaha Barat dalam ilmu eksak diturunkan dari zaman Babilonia akhir. Astronom Mesir meninggalkan monumen yang menunjukkan pengetahuan konstelasi dan pergerakan benda langit, sedangkan penyair Yunani Homer menuliskan berbagai benda langit dalam karyanya Iliad dan Odyssey; astronom Yunani berikutnya memberikan nama yang masih digunakan hingga saat ini, untuk sebagian besar konstelasi yang terlihat dari belahan utara.

Filsafat alam

Filsafat alam yang berasal dari Yunani pada periode Arkais, (650 BCE – 480 BCE), ketika filsuf pra-Sokrates seperti Thales menolak penjelasan non-naturalistik untuk fenomena alam dan menyatakan bahwa setiap kejadian memiliki penyebab alamnya. Mereka mengusulkan ide yang dibuktikan dengan alasan dan pengamatan, dan banyak dari hipotesis mereka terbukti sukses dalam percobaan; contohnya, atomisme akhirnya dipastikan benar setelah 2000 tahun setelah pertama kali diajukan oleh Leukippos dan muridnya Demokritos

Fisika dalam Islam Abad Pertengahan

Cendekiawan Islam telah menurunkan fisika Aristotelian dari Yunani dan selama Zaman Kejayaan Islam makin berkembang, menempatkan pengamatan dan pemikiran apriori sebagai fokusnya, mengembangkan bentuk awal dari metode ilmiah.

Penemuan paling penting adalah dalam bidang optik dan penglihatan, dihasilkan dari hasil karya banyak ilmuwan seperti Ibnu Sahl, Al-Kindi, Ibn al-Haytham, Al-Farisi dan Avicenna. Hasil karya paling penting adalah The Book of Optics (juga dikenal dengan Kitāb al-Manāẓir), ditulis oleh Ibn Al-Haitham, di mana ia tidak hanya orang pertama yang menolak ide Yunani kuno mengenai penglihatan, tetapi juga memberikan teori baru. Di buku ini, ia juga yang pertama kali mempelajari studi kamera lubang jarum dan mengembangkannya. Dengan membedah dan menggunakan pengetahuan pemikir sebelumnya, ia dapat mulai menjelaskan bagaimana cahaya masuk ke mata, difokuskan, dan diproyeksikan kembali ke mata, serta membuat kamera obscura pertama di dunia ratusan sebelum pengembangan fotografi modern

Tujuh volume buku Book of Optics (Kitab al-Manazir) berpengaruh besar dalam pemikiran lintas disiplin dari teori persepsi visual ke alam perspektif pada kesenian abad pertengahan baik di Timur maupun Barat, selama lebih dari 600 tahun. Banyak ilmuwan serta polymath Eropa berikutnya, mulai dari Robert Grosseteste dan Leonardo da Vinci hingga René Descartes, Johannes Kepler dan Isaac Newton, menggunakan pemikirannya. Pengaruh optika Ibn al-Haytham juga masuk dalam salah satu karya Newton berjudul sama, yang baru diterbitkan 700 tahun kemudian.

Terjemahan The Book of Optics memiliki dampak yang besar pada Eropa. Dimulai dari sana, cendekiawan Eropa dapat membuat peralatan yang sama seperti Ibn al-Haytham, dan memahami bagaimana cahaya bekerja. Dari sini, beberapa penemuan seperti kacamata, kaca pembesar, teleskop, dan kamera berkembang

Fisika klasik

Fisika menjadi ilmu terpisah ketika orang awal Eropa modern menggunakan metode percobaan dan kuantitatif untuk menemukan apa yang disebut sebagai hukum fisika.

Pengembangan utama dalam periode ini diantaranya penggantian model geosentris tata surya dengan model Copernicus yang heliosentris, hukum yang mengatur gerak planet yang dikemukakan oleh Johannes Kepler antara tahun 1609 dan 1619, percobaan pada teleskop dan pengamatan astronomi oleh Galileo Galilei pada abad ke-16 dan ke-17, serta penemuan Isaac Newton mengenai hukum gerak dan hukum gravitasi universal.Newton juga mengembangkan kalkulus, studi perubahan matematis, yang memberikan metode matematika baru untuk menyelesaikan masalah-masalah fisika.

Penemuan hukum baru dalam termodinamika, kimia, dan elektromagnetisme dihasilkan dari usaha penelitian pada Revolusi Industri karena dibutuhkan tambahan energi. Hukum-hukum fisika klasik ini masih digunakan luas sampai saat ini untuk objek sehari-hari yang melaju dengan kecepatan non-relativistik, karena mereka memberikan perkiraan yang sangat baik pada kondisi tersebut. Teori-teori seperti mekanika kuantum dan teori relativitas dapat disederhanakan menjadi ekivalen klasiknya. Namun, ketidak-akuratan mekanika klasik untuk benda sangat kecil dan benda sangat cepat mendorong pengembangan fisika modern pada abad ke-20.

Fisika modern

Fisika modern berawal pada awal abad ke-20 ketika Max Planck melakukan penelitian pada teori kuantum dan Albert Einstein melakukan penelitian mengenai teori relativitas. Kedua teori ini muncul akibat ketidak-akuratan mekanika klasik pada kondisi tertentu. Mekanika klasik memprediksi bahwa laju cahaya beragam, tidak sesuai dengan laju konstan yang diperkirakan oleh persamaan Maxwell mengenai elektromagnetisme. Kesalahan ini akhirnya dikoreksi oleh Einstein melalui teorinya relativitas khusus, yang kemudian menggantikan mekanika klasik untuk benda bergerak-cepat dan kecepatannya mendekati laju cahaya. Radiasi benda-hitam juga menjadi masalah bagi fisika klasik, yang kemudian diperbaiki ketika Planck mengusulkan bahwa eksitasi osilator material hanya mungkin dalam langkah diskrit (discrete step) sebanding dengan frekuensinya. Teori ini, bersama dengan efek fotolistrik dan kemudian menjadi teori yang lebih lengkap memprediksi tingkat energi diskrit orbital elektron, akhirnya membuat teori mekanika kuantum menggantikan fisika klasik untuk tataran benda sangat kecil.

Mekanika kuantum muncul dipelopori oleh Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger dan Paul Dirac. Dari hasil karya awal ini, Model standar partikel fisika diturunkan.Setelah penemuan partikel dengan karakteristik yang konsisten dengan Higgs boson di CERN tahun 2012, semua partikel dasar yang diprediksi oleh model standar, muncul dan diperhitungkan; namun, fisika di luar Model Standar, seperti teori supersimetri, adalah area penelitian yang berkembang. Ilmu matematika secara umum penting dalam bidang ini, seperti studi probabilitas dan kelompok.

 

Penelitian saat ini

Dalam fisika benda terkondensasi, masalah teoritis tak terpecahkan terbesar adalah penjelasan superkonduktivitas suhu-tinggi. Banyak penelitian fisika terkondensasi dilakukan untuk membuat spintronik dan komputer kuantum bekerja.

Dalam fisika partikel, potongan pertama dari bukti eksperimen untuk fisika di luar Model Standar telah mulai menghasilkan. Yang paling terkenal adalah penunjukan bahwa neutrino memiliki massa bukan-nol. Hasil eksperimen ini tampaknya telah menyelesaikan masalah solar neutrino yang telah berdiri-lama dalam fisika matahari. Penumbuk Hadron Raksasa telah menemukan boson Higgs. Penelitian masa depan bertujuan untuk membuktikan atau membatalkan supersimetri, yang memperluas Model Standar di fisika partikel. Penelitian materi gelap dan energi gelap juga sedang dilakukan.

Fisika neutrino besar merupakan area riset eksperimen dan teori yang aktif. Dalam beberapa tahun ke depan, pemercepat partikel akan mulai meneliti skala energi dalam jangkauan TeV, yang di mana para eksperimentalis berharap untuk menemukan bukti untuk Higgs boson dan partikel supersimetri

Para teori juga mencoba untuk menyatukan mekanika kuantum dan relativitas umum menjadi satu teori gravitasi kuantum, sebuah program yang telah berjalan selama setengah abad, dan masih belum menghasilkan buah. Kandidat atas berikutnya adalah Teori-M, teori superstring, dan gravitasi kuantum loop.

Banyak fenomena astronomi dan kosmologi belum dijelaskan secara memuaskan, termasuk keberadaan sinar kosmik energi ultra-tinggi, asimetri baryon, pemercepatan alam semesta dan percepatan putaran anomali galaksi.

Meskipun banyak kemajuan telah dibuat dalam energi-tinggi, kuantum, dan fisika astronomical, banyak fenomena sehari-hari lainnya, menyangkut sistem kompleks, chaos, atau turbulensi masih dimengerti sedikit saja. Masalah rumit yang sepertinya dapat dipecahkan oleh aplikasi pandai dari dinamika dan mekanika, seperti pembentukan tumpukan pasir, “node” dalam air “trickling”, teori katastrof, atau pengurutan-sendiri dalam koleksi heterogen yang bergetar masih tak terpecahkan.

Fenomena rumit ini telah menerima perhatian yang semakin banyak sejak 1970-an untuk beberapa alasan, tidak lain dikarenakan kurangnya metode matematika modern dan komputer yang dapat menghitung sistem kompleks untuk dapat dimodelkan dengan cara baru. Hubungan antar disiplin dari fisika kompleks juga telah meningkat, seperti dalam pelajaran turbulensi dalam aerodinamika atau pengamatan pola pembentukan dalam sistem biologi. Pada 1932, Horace Lamb

Teori inti

Meski fisika mempelajari berbagai macam sistem, teori tertentu digunakan oleh semua fisikawan. Setiap teori ini diuji coba dengan eksperimen berkali-kali dan menjadi perkiraan alam yang memadai. Contohnya, teori mekanika klasik menjelaskan gerak benda yang bergerak jauh lebih pelan dari laju cahaya dan berukuran jauh lebih besar dari atom. Teori ini masih menjadi area penelitian sampai sekarang. Teori chaos, aspek penting dalam mekanika klasik ditemukan abad ke-20, tiga abad setelah formulasi awal dari Isaac Newton (1642–1727).

Teori utama ini adalah alat yang penting bagi penelitian untuk menuju topik yang lebih terspesialisasi, dan fisikawan manapun, tidak peduli spesialisasinya apa, diharapkan untuk tahu. Diantaranya adalah mekanika klasik, mekanika kuantum, termodinamika, mekanika statistika, elektromagnetisme, dan relativitas khusus

Fisika klasik

Fisika klasik mencakup diantaranya adalah cabang dan topik yang telah diketahui dan dikembangkan sebelum abad ke-20: mekanika klasik, akustik, optik, termodinamika, dan elektromagnetisme. Mekanika klasik mempelajari benda yang bergerak akibat gaya dan dapat dibagi menjadi statika (studi mengenai benda diam), kinematika (studi mengenai gerak tanpa peduli penyebabnya) dan dinamika (studi mengenai gerak dan gaya yang mempengaruhinya). Mekanika juga dapat dibagi menjadi mekanika padat dan mekanika fluida (dikenal bersama sebagai mekanika kontinum), cabang turunannya seperti hidrostatik, hidrodinamika, aerodinamika, dan pneumatika. Akustik adalah studi mengenai bagaimana bunyi dibuat, dikontrol, dikirim, dan diterima. Cabang modern penting dari akustik diantaranya ultrasonik, studi mengenai gelombang bunyi pada frekuensi sangat tinggi diatas kemampuan manusia; bioakustik, fisika tentang pendengaran pada hewan, dan elektroakustik, manipulasi gelombang bunyi menggunakan elektronik

Optik, studi mengenai cahaya, tidak hanya peduli pada cahaya tampak namun juga untuk inframerah dan radiasi ultraviolet, yang menjelaskan semua fenomena cahaya terlihat seperti pemantulan, refraksi, interferensi, difraksi, dispersi, dan polarisasi cahaya. Panas adalah salah satu bentuk energi, energi dalam yang dimiliki partikel yang berasal dari substansi pembentuknya; termodinamika mempelajari hubungan antara panas dan bentuk energi lainnya. Listrik dan magnetisme dipelajari sebagai salah satu cabang fisika karena kedekatannya yang mulai diteliti awal abad ke-19; sebuah arus listrik dapat menimbulkan medan magnet, dan perubahan medan magnet menginduksi arus listrik. Elektrostatik mempelajari muatan listrik ketika diam, elektrodinamika dengan muatan bergerak, dan magnetostatik untuk kutub magnet saat diam.

 

Fisika modern

Fisika klasik sebagian besar berfokus pada materi dan energi pada skala pengamatan normal, sedangkan sebagian besar fisika modern berfokus pada perilaku materi dan energi pada kondisi ekstrim atau pada skala sangat besar/sangat kecil. Contohnya, atom dan fisika nuklir mempelajari materi pada skala kecil di mana elemen kimia dapat diidentifikasi. Fisika partikel elementer bahkan lebih kecil lagi karena fokusnya pada satuan materi paling dasar; cabang ini dikenal sebagai energi tinggi karena diperlukan energi luar biasa besar untuk memproduksi banyak tipe partikel pada pemercepat partikel. Pada skala ini, notasi biasa untuk ruang, waktu, materi, dan energi tidak valid lagi

Dua teori utama fisika modern memberikan gambaran konsep yang berbeda mengenai ruang, waktu, dan materi dari fisika klasik. Mekanika klasik memperkirakan alam adalah kontinu, sedangkan teori kuantum fokus pada sifat alami diskrit banyak fenomena pada skala atom dan subatom dan aspek tambahan partikel dan gelombang untuk menjelaskan fenomena ini. Teori relativitas fokus pada penjelasan fenomena yang bertempat pada sebuah kerangka acuan yang bergerak terhadap pengamat; teori relativitas khusus fokus pada gerak seragam relatif pada garis lurus dan teori relativitas umum dengan gerak dipercepat dan hubungannya dengan gravitasi. Teori kuantum dan teori relativitas digunakan pada semua area modern

 

Perbedaan antara fisika modern dan fisika klasik

Meski fisika bertujuan untuk menemukan hukum universal, teorinya bersandar pada domain penggunaan tertentu. Bicara umum, hukum klasik dapat secara akurat menjelaskan sistem yang ukurannya lebih besar dari skala atom dan geraknya jauh lebih lambat dari kecepatan cahaya. Di luar ini, pengamatan yang ada tidak sesuai dengan prediksi yang dilakukan. Albert Einstein berkontribusi pada kerangka relativitas khusus, yang menggantikan notasi ruang dan waktu absolut dengan ruang waktu dan memungkinkan deskripsi akurat mengenai sistem yang komponennya bergerak mendekati laju cahaya. Max Planck, Erwin Schrödinger, dan fisikawan lain memperkenalkan mekanika kuantum, notasi probabilitas partikel dan interaksinya yang memungkinkan deskripsi akurat pada skala atom dan subatom. Di akhir, teori medan kuantum menggabungkan mekanika kuantum dan relativitas khusus. Relativitas umum memungkinkan untuk ruang waktu melengkung, dinamis, dengan sistem yang luar biasa masif dan struktur alam semesta skala besar dapat dijelaskan. Relativitas umum belum digabungkan; beberapa kandidat teori gravitasi kuantum sedang dikembangkan.

Sekilas tentang riset Fisika

Fisika teoritis dan eksperimental

Budaya penelitian fisika berbeda dengan ilmu lainnya karena adanya pemisahan teori dan eksperimen. Sejak abad kedua puluh, kebanyakan fisikawan perseorangan mengkhususkan diri meneliti dalam fisika teoretis atau fisika eksperimental saja, dan pada abad kedua puluh, sedikit saja yang berhasil dalam kedua bidang tersebut. Sebaliknya, hampir semua teori dalam biologi dan kimia juga merupakan eksperimentalis yang sukses.

Mudahnya, teroris berusaha mengembangkan teori yang dapat menjelaskan hasil eksperimen yang telah dicoba dan dapat memperkirakan hasil eksperimen yang akan datang. Sementara itu, eksperimentalis menyusun dan melaksanakan eksperimen untuk menguji perkiraan teoretis. Meskipun teori dan eksperimen dikembangkan secara terpisah, mereka saling bergantung. Kemajuan dalam biasanya muncul ketika eksperimentalis membuat penemuan yang tak dapat dijelaskan dari teori yang ada, sehingga mengharuskan dirumuskannya teori-teori baru. Tanpa eksperimen, penelitian teoritis sering berjalan ke arah yang salah; salah satu contohnya adalah teori-M, teori populer dalam energi-tinggi, karena eksperimen untuk mengujinya belum pernah disusun

Teori fisika utama

Meskipun membahas beraneka ragam sistem, ada beberapa teori yang digunakan secara keseluruhan dalam fisika, bukan di satu bidang saja. Setiap teori ini diyakini benar adanya, dalam wilayah kesahihan tertentu. Contohnya, teori mekanika klasik dapat menjelaskan pergerakan benda dengan tepat, asalkan benda ini lebih besar daripada atom dan bergerak dengan kecepatan jauh lebih lambat daripada kecepatan cahaya.

Teori-teori ini masih terus diteliti; contohnya, aspek mengagumkan dari mekanika klasik yang dikenal sebagai teori chaos ditemukan pada abad kedua puluh, tiga abad setelah dirumuskan oleh Isaac Newton. Namun, hanya sedikit fisikawan yang menganggap teori-teori dasar ini menyimpang. Oleh karena itu, teori-teori tersebut digunakan sebagai dasar penelitian menuju topik yang lebih khusus, dan semua pelaku fisika, apapun spesialisasinya, diharapkan memahami teori-teori tersebut.

Bidang utama dalam fisika

Riset dalam fisika dibagi beberapa bidang yang mempelajari aspek yang berbeda dari dunia materi. benda kondensi, diperkirakan sebagai bidang terbesar, mempelajari properti benda besar, seperti benda padat dan cairan yang kita temui setiap hari, yang berasal dari properti dan interaksi mutual dari atom.

Bidang Fisika atomik, molekul, dan optik berhadapan dengan individual atom dan molekul, dan cara mereka menyerap dan mengeluarkan cahaya. Bidang Fisika partikel, juga dikenal sebagai “Fisika energi-tinggi”, mempelajari properti partikel super kecil yang jauh lebih kecil dari atom, termasuk partikel dasar yang membentuk benda lainnya.

Terakhir, bidang Astrofisika menerapkan hukum untuk menjelaskan fenomena astronomi, berkisar dari matahari dan objek lainnya dalam tata surya dan jagat raya secara keseluruhan.

Fisika partikel

Fisika partikel adalah studi mengenai konstituen pembentuk materi dan energi dan interaksi di antara mereka. Selain itu, fisikawan partikel juga mendesain dan mengembangkan akselerator energi tinggi, detektor, dan program komputer yang diperlukan dalam penelitian ini. Cabang ini juga dikenal sebagai “fisika energi-tinggi” karena banyak partikel elementer tidak muncul secara alami namun hanya bisa dibuat ketika partikel saling bertabrakan dengan energi tinggi.

Saat ini, interaksi antara partikel elementer dan medan dijelaskan oleh Model Standar. Model ini mencakup 12 partikel materi yang diketahui (kuark dan lepton) yang berinteraksi melalui gaya fundamental kuat, lemah, dan elektromagnetik. Dinamika dijelaskan dalam hal partikel materi bertukar gauge boson (gluon, boson W dan Z, dan foton, berurutan). Model Standar juga memprediksi sebuah partikel yang dikenal sebagai Higgs boson.Bulan Juli 2012 CERN, laboratorium Eropa untuk fisika partikel, mengumumkan bahwa mereka mendeteksi sebuah partikel yang konsisten dengan Higgs boson,bagian integral dari mekanisme Higgs.

Fisika nuklir adalah cabang fisika yang mempelajari pembentukan dan interaksi nukleus atom. Aplikasi paling terkenal dari fisika nuklir adalah pembangkit listrik daya nuklir dan teknologi senjata nuklir, tetapi penelitiannya telah juga diaplikasikan di banyak bidang, seperti nuklir medis dan magnetic resonance imaging, implantasi ion dalam teknik material, dan penanggalan radiokarbon pada geologi dan arkeologi.

Fisika atomik, molekul, dan optik

Fisika atomik, molekul, dan optik mempelajari interaksi materi-materi dan materi-cahaya pada skala atom dan molekul tunggal. 3 bidang ini dikelompokkan menjadi satu karena antar hubungannya, kemiripan metode yang digunakan, dan skalar energi yang relevan. Ketiga bidang ini tercakup di fisika klasik, semi-klasik, dan kuantum; dapat diperlakukan dari sudut pandang mikroskopik.

Fisika atom mempelajari atom. Penelitian saat ini berfokus pada kontrol kuantum, pendinginan, dan penangkapan atom dan ion, dinamika tabrakan suhu-rendah dan efek korelasi elektron pada struktur dan dinamika. Nukleus atom dipengaruhi oleh nukleus (cth. hyperfine splitting), tetapi fenomena antar-nuklir seperti fisi nuklir dan fusi nuklir dianggap sebagai bagian dari fisika energi tinggi.

Fisika molekul berfokus pada struktur multi atom dan interaksi dalam dan luar dengan materi dan cahaya. Fisika optik beda dengan optik dalam hal kecenderungan untuk berfokus bukan pada kontrol cahaya oleh benda makroskopik namun pada properti dasar medan optik dan interaksinya dengan materi pada skala mikroskopik.

Fisika zat terkondensasi

Fisika zat terkondensasi adalah bidang fisika yang mempelajari properti fisik materi berukuran mikroskopik. Secara khusus, ia berkutat pada fasa terkondensasi yang muncul apabila jumlah partikel dalam sistem sangat besar dan interaksi di antara mereka kuat.

Salah satu contoh paling mudah dari fasa terkondensasi adalah padat dan cairan, yang muncul dari ikatan gaya elektromagnetik antar atom. Fasa terkondensasi lain diantaranya superfluid dan kondensat Bose–Einstein yang ditemukan pada sistem atomik tertentu pada temperatur sangat rendah, fasa superkonduktivitas yang ditunjukkan oleh elektron konduksi pada material tertentu, and fasa feromagnetik dan antiferomagnetik dari spin pada struktur kristal.

Fisika zat terkondensasi adalah bidang fisika kontemporer terbesar. Dari sejarahnya, fisika zat terkondensasi muncul dari fisika keadaan padat namun saat ini dianggap sebagai subbidang. Istilah fisika zat terkondensasi dicetuskan oleh Philip Anderson ketika ia menamai ulang penelitiannya pada tahun 1967. Tahun 1978, Divisi Fisika Fasa Padat di Perkumpulan Fisika Amerika diubah namanya menjadi Divisi Zat Terkondensasi. Fisika zat terkondensasi sering kali beririsan dengan kimia, ilmu material, nanoteknologi dan rekayasa