Prof. Tomonaga: Peraih Nobel Fisika yang Pantang Menyerah

Sin-Itiro Tomonaga (朝永 振一郎)
Born	March 31, 1906 Tokyo, Japan
Died	July 8, 1979 (aged 73) Tokyo, Japan
Fields	Theoretical physics
Institutions	Institute for Advanced Study Tokyo University of Education/ University of Tsukuba
Alma mater	Kyoto Imperial University
Known for	Quantum electrodynamics
Notable awards	Nobel Prize in Physics (1965) Asahi Prize (1946)

Sin-Itiro Tomonaga, peraih Nobel fisika tahun 1965 tampaknya memang sudah ditakdirkan untuk menjadi seorang tokoh ilmuwan terpandang. Ia memperoleh bakat ilmiahnya dari sang ayah Sanjuro Tomonaga yang merupakan profesor filsafat terkenal di Kyoto Imperial University. Pria kelahiran Tokyo, Jepang pada 31 Maret 1906 sebagai anak tertua ini memperoleh pendidikan berkualitas sejak masa kanak-kanak.

Ia pun lulus dari the Third Higher School, Kyoto, sebuah sekolah terkenal yang telah melahirkan banyak tokoh ilmuwan maupun pemimpin bangsa di Jepang. Meskipun demikian tentu saja ketokohannya itu tidak ia peroleh secara cuma-cuma dari langit. Tomonaga oleh para koleganya dikenal sebagai pribadi yang selain berbakat di bidangnya, juga penuh dedikasi dan pekerja keras yang pantang menyerah. 

Tomonaga menyelesaikan Rigakushi (sebutan untuk gelar sarjana Jepang) dalam bidang fisika di Kyoto Imperial University pada 1929. Setelah itu ia terlibat dalam proyek riset selama 3 tahun di universitas yang sama dan kemudian ditunjuk sebagai asisten riset oleh Dr. Yoshio Nishina, seorang fisikawan terkenal di institut riset fisika dan kimia, Tokyo. Di sana ia memulai penelitiannya mengembangkan teori fisika kuantum elektrodinamika di bawah bimbingan Dr. Nishina. 

Hasil riset yang kemudian dipublikasikannya dengan judul photoelectric pair creation tercatat sebagai sebuah karya penting dan terkenal pada masa itu. Pada 1937, Tomonaga meninggalkan Jepang menuju Leipzig, Jerman untuk mempelajari fisika nuklir dan teori medan kuantum. Ia bekerja sama dengan tim teoritis Dr. W. Heisenberg (fisikawan terkenal, penemu teori Kuantum) dalam riset itu. Hasilnya kelak ia tuangkan dalam tesisnya untuk mendapatkan gelar Rigakuhakushi (setara dengan Doktor) dari Universitas Tokyo, Desember 1939. 

Setahun berselang Tomonaga memusatkan perhatian pada teori meson dan mengembangkan teori tentang struktur awan meson di sekitar nukleon. Ia bergabung dengan Universitas Bunrika (yang kemudian beralih menjadi universitas pendidikan Tokyo) sebagai profesor fisika pada 1941. Tahun 1942 ia pertama kali mengajukan formulasi kovarian relativistik dari pengembangan teori medan kuantum. 

Ketika negerinya terlibat perang, Tomonaga tidak menghentikan risetnya sekalipun dalam keadaan terisolasi. Ia pantang menyerah pada situasi apapun juga. Saat itu di tengah berbagai keterbatasan ia tetap mampu mempublikasikan kertas kerja penting di bidang kuantum elektrodinamika. 

Ia berhasil memecahkan persoalan gerak elektron dalam magnetron dan juga mengembangkan teori terpadu tentang sistem yang terdiri dari resonator pandu gelombang (wave guides resonators) dan resonator rongga (cavity resonators). Setelah perang usai, pada 1949, ia diundang bergabung dengan The Institute for Advanced Study, Princeton, gudangnya para fisikawan dunia. 

Di sana ia menjadi orang pertama yang menjelaskan osilasi kolektif dari suatu sistem kompleks mekanika kuantum. Hasil risetnya ini menjadi pembuka bagi berkembangnya bidang baru dalam fisika kuantum: modern many-body problem. Tahun 1955, ia pun mempublikasikan teori dasar mekanika kuantum untuk gerak kolektif. 

Berkat risetnya yang berkesinambungan sehingga mampu menghasilkan kontribusi penting di bidang kuantum elektrodinamika yang disadari sangat mempengaruhi perkembangan fisika partikel elementer, Tomonaga dianugerahi Nobel Fisika 1965 bersama dengan Julian Schwinger dan Richard Feynman. Selain Nobel, Tomonaga banyak memperoleh penghargaan bergengsi lainnya seperti: The Japan Academy Prize (1948); dan The Lomonosov Medal, U.S.S.R. (1964). 

Perhargaan-penghargaan ini diperolehnya berkat berbagai karyanya dalam bidang kuantum elektrodinamika, teori meson, fisika nuklir, sinar kosmis dan banyak topik lainnya yang dipublikasikan dalam berbagai jurnal ilmiah.. Bukunya “Mekanika kuantum” yang dipublikasikan tahun 1949 sangat terkenal dan diterjemahkan dalam bahasa inggris tahun 1963. 

Walaupun sangat sibuk, Tomonaga tidak lupa memperhatikan perkembangan pendidikan dan riset untuk orang-orang Jepang. Tahun 1956 sampai 1962 ia mengembangkan Universitas Pendidikan Tokyo, ia juga mendirikan Institute for Nuclear Study, di Universitas Tokyo, tahun 1955 dan memimpin The Science Council, Jepang serta menjadi direktur The Institute for Optical Research, Universitas Pendidikan Tokyo. 

Dia juga memegang posisi-posisi penting di berbagai departemen untuk komisi di bidang sains dan riset dan sebagai pembuat kebijakan. Tahun 1979 Tomonaga meninggalkan seorang istri, dua anak laki-laki dan satu anak perempuan. Anak perempuannya menikah dengan seorang profesor fisika dari Rochester University, Amerika Serikat.

Research works:

Prof. Dr. Tomonaga contributed to a broad range of theoretical physics, but his main works can be classified into the following four:

1) The super-many-time theory and renormalization theory Quantum field theory, which explains the behavior of elementary particles, had a flaw that the relation of this theory with the theory of relativity was not entireily clear. Dr. Tomonaga overcame this difficulty by introducing the super-many-time theory based on the idea that each point of space has its own specific time.

Furthermore, the field theory of the electron and electro-magnetic fields, quantum electrodynamics, had an inherent contradiction that all calculated physical quantities became infinite. However, the super-many-time theory showed that each infinite term could be regarded as a correction to the mass and charge of electrons. By renormalizing these infinities into the mass and charge of the electron, all physical quantities become finite, and thus the theory can explain experiments well. This is the renormalization theory of Dr. Tomonaga.

2) The theory of collective motions: Macroscopic matter contains approximately 10^22 atoms (??) per 1 cm^3, and these atoms exhibit not only random but also organized motion as a whole. These are called collective motions of many-body systems (e.g., acoustic waves in matter). Dr. Tomonaga established a general method for dealing with many-body systems which can separate collective motions from random motions of atoms. This method is currently applied in many areas of theoretical physics.

3) The mesonic theory: According to the meson theory of Dr. H. Yukawa, nucleons (protons and neutrons) in the atomic nuclei interact with a strong force called the nuclear force via mesons. Dr. Tomonaga clarified the physical meaning of the meson theory by analyzing the mathematical structures of the theory, such as problems concerning the "field reaction" which mesons give to nucleons, and the method of intermediate coupling for less strong mutual interactions.

4) Magnetron and stereo-circuits: The theoretical work on the oscillation mechanism of the magnetron is very famous as an applied physics work done during the war. In particular, the theory of microwave stereo-circuits, which was constructed by analogy with an atomic nucleus reaction theory, put vitality into this then-stagnant field of electronics. 

Nobel Lecture:

Nobel Lecture, May 6, 1966

Development of Quantum Electrodynamics

 

Personal recollections

 

(1) In 1932, when I started my research career as an assistant to Nishina, Dirac published a paper in the Proceedings of the Royal Society, London¹. In this paper, he discussed the formulation of relativistic quantum mechanics, especially that of electrons interacting with the electromagnetic field. At that time a comprehensive theory of this interaction had been formally completed by Heisenberg and Pauli², but Dirac was not satisfied with this theory and tried to construct a new theory from a different point of view.

Heisenberg and Pauli regarded the (electromagnetic) field itself as a dynamical system amenable to the Hamiltonian treatment; its interaction with particles could be described by an interaction energy, so that the usual method of Hamiltonian quantum mechanics could be applied. On the other hand, Dirac thought that the field and the particles should play essentially different roles. That is to say, according to him, "the role of the field is to provide a means for making observations of a system of particles" and therefore "we cannot suppose the field to be a dynamical system on the same footing as the particles and thus be something to be observed in the same way as the particles".More Nobel Lecture

President of University of Tsukuba, Prof. Yamada making the speech at Graduation ceremony

Lihat Juga Research institutes in Tsukuba: 

• Geographical Survey Institute
• Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA)
• KEK (High Energy Accelerator Research Organization)
• National Food and Research Institute (NFRI)
• National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)
• National Institute for Environmental Studies
• National Institute for Materials Science (NIMS)
• National Institute for Rural Engineering
• Tsukuba Botanical Garden
• University of Tsukuba

Sumber:

1. Prof. Yohanes Surya, Ph.D.
2. http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1965/tomonaga-bio.html
3. http://www.tsukuba.ac.jp/english/about/nobel/tomonaga.html
4. http://www.city.tsukuba.ibaraki.jp

Peran Ilmu Pengetahuan dan Teknologi dalam Mengatasi Permasalahan Manusia di Masa Depan

"Persoalan pemerataan pendapatan haruslah dilihat sebagai persoalan bagaimana memanfaatkan potensi-potensi yang terkandung dalam sumber daya manusia Indonesia dan persoalan bagaimana memanfaatkan potensi energi serta ketrampilan manusia Indonesia, di mana ketrampilan manusia Indonesia pada dasarnya dapat pula dipandang sebagai suatu bentuk energi." 

~Prof. Dr. H. Habibie~

Visi Manusia 2010-2020

Seluruh Umat Manusia Berhasil Menanggulangi:

1. Menanggulangi Kemiskinan dan Kelaparan,
2. Mencapai Pendidikan Dasar untuk semua,
3. Mendorong Kesetaraan Gender, dan Pemberdayaan Perempuan,
4. Menurunkan Angka Kematian Anak,
5. Meningkatkan Kesehatan Ibu,
6. Memerangi HIV/AIDs, Malaria dan Penyakit Berbahaya serta Menular Lainnya,
7. Memastikan Kelestarian Lingkungan Hidup, dan
8. Membangun Kemitraan Global untuk Pembangunan.

Piramida Peran Iptek Dirgantara dan Keantariksaan bagi Kemanusiaan

Gambaran Kehidupan Produktif Masa Depan Tahun 2020-2030 oleh Microsoft Corporation

Watch how future science & technology will help people make better use of their time, focus their attention, and strengthen relationships while getting things done at work, home, and on the go. 

Beberapa Point Penting dalam Bidang Pendidikan dan Energi Masa Depan

EDUCATION & KNOWLEDGE PURSUIT 

1. Life long learning is the norm

2. Distance learning widespread - virtual universities

3. Expert systems surpass human learning and logic abilities

4. Real time language translation for print and voice

5. Broadband networked electronic libraries

6. Natural language home information retrieval and interaction

7. Very intelligent knowledge pursuit and consultation

8. Systems to understand text and drawings (eg patent information)

9. Subliminal learning

10. Machine use of human memorizing, recognizing, learning

ENERGY 

1. Cost of energy will be higher

2. Cities and accommodation designed to be more efficient

3. Solar cells with efficiency > 30%

4. Multilayer solar cells with efficiency > 50%

5. Large area amorphous solar cells with efficiency > 20%

6. Conversion/storage of solar energy as biochemical energy

7. Common use of solar cells for residential power supply

8. Space solar power stations

9. Water decomposition by sunlight

"Semua manusia dan bangsa akan berbagi dunia yang damai, harmoni dan persahabatan yang ditujukan untuk memperluas batas-batas potensi manusia. Ini semua adalah tujuan yang akan dicapai jika kita bekerja bersama-sama dengan segenap ke-ikhlasan. Saya percaya bahwa, kita akan menjalani masa depan yang lebih baik, lebih mudah dan lebih cepat serta lebih dekat dengan impian kita jika kita semua berusaha."

~Arip Nurahman~

Peluang Indonesia untuk Meraih Nobel

“Bisakah orang Indonesia meraih hadiah Nobel?” 

Penulis Bersama Peraih Nobel Kimia Prof. Robert Huber is a German biochemist and Nobel laureate.

He studied chemistry at the Technische Hochschule, receiving his diploma in 1960. 

He stayed, and did research into using crystallography to elucidate the structure of organic compounds.

In 1971 he became a director at the Max Planck Institute for Biochemistry where his team developed methods for the crystallography of proteins.  In 1988 he received the Nobel Prize for Chemistry jointly with Johann Deisenhofer and Hartmut Michel.

Pertanyaan ini mirip judul buku yang sedikit provokatif yang ditulis Prof. Kishore Mahbubani, Can Asians think? 

Pertanyaan ini memang terasa merendahkan bagi bangsa-bangsa Asia dan dunia ketiga termasuk Indonesia. Mahbubani sendiri adalah orang Asia. 

Tetapi paparannya akan membuat orang Asia dan semua orang berpikir lebih baik. Pertanyaan yang sama pantas ditujukan kepada kita bangsa Indonesia yang tengah membangun dalam segala bidang.

"Bisakah orang Indonesia berpikir?" 

Rasanya terlalu "ketus" untuk judul tulisan ini. Berpikir menyelesaikan soal ujian akan sangat berbeda dengan proses berpikir dalam arti sesungguhnya untuk menyelesaikan persoalan hidup. Mental seperti ini hanya akan tumbuh dari didikan alam untuk mandiri dalam menghadapi segala macam tantangan hidup sejak seseorang masih kecil. Budaya berpikir ilmiah adalah budaya hidup mandiri. 

Orang yang tidak terbiasa mandiri akan cenderung menempuh jalan short cut. Mereka adalah orang-orang yang terbiasa "disuapi" dengan layanan baik dari orang lain maupun dari alam di mana dia tinggal. Langkah pertama untuk meraih hadiah Nobel adalah memang berpikir yang benar. 

Apabila kita tidak bisa berpikir dengan benar, janganlah kita bermimpi untuk bisa meraih suatu penghargaan, apalagi meraih hadiah Nobel. Saya tidak akan berbicara tentang bagaimana meraih hadiah Nobel. 

Saya hanya ingin mengatakan bahwa aktivitas riset untuk menghasilkan sesuatu yang berarti, apalagi agar bisa meraih hadiah Nobel, hasil riset tersebut harus memiliki pengaruh/impact yang nyata dalam kehidupan sosial dan ekonomi kita, sekecil apapun pengaruh itu. 

Pertama, Sebuah invensi yang baik biasanya berasal dari sebuah serendipitas dan keuletan dalam menekuni proses berpikir ilmiah untuk menyelesaikan persoalan dalam dunia nyata.

Kata serendipitas berasal dari kata bahasa Inggris serendipity yang berarti mental atau karakter yang bisa merasakan "kenikmatan" yang tidak ternilai harganya saat melakukan penemuan yang tidak terduga-duga. 

Kenikmatan seperti ini hanya dirasakan oleh orang yang menjadikan hidupnya senantiasa penuh dengan aktifitas berpikir (reasoning) dan dzikir (learning). 

Orang yang mempunyai jiwa serendipitas adalah orang menjadikan laboratorium (lab) sebagai hidupnya dan hidupnya adalah lab. Lab adalah ajang berpikir dengan segala bentuk dan kondisi fisiknya, tidak terbatas pada lab dalam arti yang sebenarnya. 

Seperti yang dikatakan Newton:

“Cara terbaik untuk menjadi seorang ilmuwan yang baik, anda harus berpikir tentang itu sepanjang waktu, baik di waktu anda bangun maupun di waktu anda tidur.” 

Sebuah penemuan yang baik pasti berasal dari sebuah budaya berpikir yang baik. Kita harus membangun sebuah lingkungan untuk menumbuh suburkan budaya riset di masyarakat kita. 

Kompetisi dan forum-forum ilmiah adalah kesempatan yang baik untuk membangun lingkungan seperti itu. Para ilmuwan atau peneliti biasanya lebih termotivasi dengan berkompetisi dan lebih terinspirasi dengan saling bertukar pendapat di dalam forum ilmiah. 

Karena itu kita harus mendorong agar para ilmuwan dan peneliti kita bisa berpartisipasi sebanyak mungkin dalam acara-acara ilmiah internasional. 

Hal yang kedua adalah impak sosial dan ekonomi dari sebuah penemuan atau invensi. Di sini saya ingin menekankan tentang pemanfaatan atau pendayagunaan sebuah penemuan. 

Ada proses yang panjang antara sebuah penemuan sampai munculnya impak ekonomi dan sosial dari penemuan tersebut. Proses ini meliputi proof-of-concept atau uji kelayakan di tingkat laboratorium, komersialisasi sampai akhirnya terjadi adopsi yang meluas terhadap hasil penemuan itu. 

Akan memerlukan waktu bertahun-tahun untuk dihasilkannya sebuah produk komersial dari sebuah penemuan, dan bahkan mungkin akan memerlukan puluhan tahun lagi agar produk itu memiliki impak secara sosial dan ekonomi. Saat itulah, sebuah invensi berubah menjadi sebuah inovasi. 

Agar sebuah penelitian menghasilkan impak sosial dan ekonomi, maka penelitian itu harus menjawab sesuatu. Penelitian itu harus memberikan kontribusi kepada pemecahan masalah, apakah itu permasalahan ilmiah ataupun permasalahan nyata di masyarakat atau di dalam sebuah proses ekonomi. 

Untuk menjamin tersedianya solusi ilmiah dari setiap permasalahan yang dihadapi oleh masyarakat kita, maka harus ada upaya yang berkesinambungan dalam aktivitas penelitian dan pengembangan. 

Upaya yang kontinyu dan berkesinambungan ini akan membangun sebuah akumulasi pengetahuan dan know-how yang akan mengantarkan kita kepada solusi substantif dari permasalahan-permasalahan yang ada di masyarakat. 

Sebuah break-through atau penemuan besar yang dapat menyelesaikan permasalahan besar, sehingga layak untuk mendapatkan hadiah Nobel, hanya akan muncul dari pengetahuan dan know-how yang terakumulasi.

Karena itulah, upaya kontinyu dan berkesinambungan dalam kegiatan penelitian dan pengembangan, harus tersambung dengan upaya kita untuk mendayagunakan pengetahuan dan know-how yang kita miliki. Apabila pengetahuan yang dihasilkan dari penelitian ilmiah itu tidak didayagunakan, maka semua upaya penelitian kita tidak akan berkesinambungan. 

Pemecahan masalah muncul dari inovasi, dan apa yang tidak didayagunakan bukanlah sebuah inovasi, jadi tidak memberikan solusi apa-apa. 

Misalnya Kementerian Riset dan Teknologi dan Kemendikbud telah menjadikan prioritas untuk meningkatkan pendayagunaan iptek di masyarakat melalui berbagai upaya untuk menjembatani kesenjangan pengetahuan antara perguruan tinggi dan lembaga litbang di satu sisi, dengan masyarakat di sisi lain, guna mempromosikan siklus pengembangan akumulasi pengetahuan dan pendayagunaannya. 

Saya sangat memahami bahwa meniti karir ilmiah, khusunya untuk peneliti muda dan cemerlang, di negara berkembang seperti Indonesia, tidaklah mudah. 

Dituntut motivasi, disiplin dan komitmen profesional yang kuat. Tetapi saya juga meyakini bahwa ilmuwan muda Indonesia sama pandainya, sama bersemangatnya, juga tentu sama kreatif dan inovatifnya dengan ilmuwan-ilmuwan di luar negeri. 

Terutama di era informasi global seperti sekarang ini, kita mengenal perumpamaan the world is flat. Seorang mahasiswa di sini, di Bandung, dapat memiliki kesempatan yang sama dengan rekannya di belahan dunia mana pun, untuk dapat mengakses ilmu pengetahuan global yang diperlukannya untuk meniti karir ilmiahnya. 

Karena itu, akumulasi pengetahuan seharusnya tidak dibatasi kepada akumulasi di dalam sebuah individu atau sebuah masyarakat atau perusahaan yang tertutup. Akumulasi pengetahuan dapat terjadi melalui jaringan pengetahuan global. 

Dunia kita hari ini sudah lebih terbuka daripada sebelum-sebelumnya. Setiap orang dapat mengakses ilmu pengetahuan global yang sudah terakumulasi oleh ummat manusia selama berabad-abad, dan setiap dari kita dapat memanfaatkannya sesuai dengan kepentingan kita masing-masing. 

Apa yang diperlukan adalah komunikasi, pembangunan jaringan dan kolaborasi, untuk menutup jurang pemisah ilmu pengetahuan dan untuk menjembatani keterpisahan informasi, hal yang sudah menjadi lebih biasa sekarang ini daripada di masa lampau, dikarenakan kemajuan teknologi komunikasi global.

Karena itu saya percaya bahwa ilmuwan-ilmuwan muda Indonesia memiliki kesempatan yang lebih banyak sekarang ini untuk dapat berpartisipasi langsung dalam berbagai aktivitas penelitian kelas dunia, meskipun mereka berada di Indonesia. 

Jadi bukanlah sebuah angan-angan muluk bagi seorang ilmuwan Indonesia untuk bisa menjalankan sebuah penelitian yang layak mendapatkan hadiah Nobel. 

Tentu kita mengharapkan hal ini suatu saat akan betul-betul terjadi.

Mengenal Riset Unggulan Terpadu

Secara umum RUT mencakup tiga program IPTEK, yaitu program teknologi yg bersifat generik (TG), ilmu pengetahuan terapan (IPT), dan ilmu Pengetahuan dasar (IPD).

Diantaranya ada beberapa bidang.

1. Bidang Bioteknologi 
2. Bidang Dinamika/Perubahan Sosial 
3. Elektronika dan Informatika 
4. Ilmu bahan/material baru 
5. Ilmu kimia dan proses 
6. Rancang Bangun 
7. IPTEK Energi 
8. IPTEK hasil pertanian (perikanan, perkebunan, kehutanan dsb.) 
9. IPTEK Kedokteran/Kesehatan 
10. IPTEK Perlindungan Lingkungan
11. Teknologi Pendidikan. 

Sumber:

1. Arip Nurahman Notes
2. Kemendikbud
3. Kemenristek

Semoga Bermanfaat.