Pengertian Kuantum Dalam Dunia Fisika

Apa itu Fisika Kuantum

Dalam dunia fisika terdapat dua pandangan yaitu, fisika klasik (Newtonian), dan fisika modern (Fisika Quantum). Fisika Newtonian mengkonsentrasikan pikirannya kepada benda solid (yang bisa dilihat sehari-hari). Sedangkan fisika Quantum ialah memulai observasinya pada benda-benda yang sangat kecil, yang lebih kecil dari pada atom, yang tidak dapat dilihat oleh mata. Dari macam-macam penelitian, di temukan hal yang menarik yaitu ternyata segala yang terdapat di dunia ini bukan berasal dari benda padat melainkan berasal dari ruang hampa, yang berupa energi yang tidak tampak dan bergetar. Karena kita berasal dari quanta juga, kitapun bisa menciptakan realitas yang kita mau. sebab yang berlaku atas kesuksesan kita contonya tidak hanya berasal dari teori atau kerja keras kita, tetapi juga berasal dari diri sendiri kita (tepatnya dari olah fikir, positif feeling, positif thinking dan doa).

Fisika kuantum adalah studi tentang perilaku materi dan energi pada molekul, atom, nuklir, dan juga tingkat mikroskopis bahkan lebih kecil. “Quantum” berasal dari bahasa Latin yang artinya “berapa banyak.” Hal ini mengacu pada unit diskrit materi dan energi yang diprediksi oleh dan juga diamati dalam fisika kuantum. Fisika kuantum terkadang disebut mekanika kuantum atau disebut teori medan kuantum. Fisika Quantum mengkaji blok bangunan alam semesta; ilmu yang memaparkan bagaimana keseluruhan di dunia ini bisa hadir sebagai kenyataan. Hal ini menyangkut benda-benda yang sangat kecil yang membentuk dunia secara keseluruhan. semuanya yang kita lihat bukanlah benda padat seperti yang kita lihat. Setiap benda padat terdiri dari beberapa molekul dan molekul-molekul itu terdiri dari atom-atom. Jadi ini berarti lengan atau kursi yang diduduki sekarang ialah terdiri dari atom-atom yang sangat kecil yang tidak bisa pandang dengan mata telanjang. Atom-atom yang dikatakan sebagai benda terkecil ternyata terdiri lagi dari partikel sub atom, yang tidak mempunyai kepadatan sama sekali. Mereka pada hakekatnya,ialah kumpulan atau gelombang-grelombang informasi dan konsentrasi energi. Jadi tangan atau kursi yang diduduki merupakan energi dan informasi. Maka dari itu, dapat dikatakan bahwa seluruh dunia fisik dimana kita berada termasuk diri kita sendiri ialah terdiri dari bukan apa-apa kecuali dari energi yang bergetar pada frekuensi yang berbeda. Fenomena ini mencipatakan sebuah illusi yang membuat persepsi yang seolah-olah benda padat itu seperti kenyataan, padahal sebenarnya tidak. Jadi apakah yang membedakan antara satu benda dengan benda yang lainnya ?. Yang membedakan ialah perbedaan frekuensi dari masing-masing yang bergetar. Hal ini sulit untuk diterima, tetapi bagaimanapun ini merupakan kebenaran..

Fisika Kuantum merupakan Ilmu Fisika yang mengkaji tentang Gelombang Elektromagnetik (GEM) dengan menghitung kecepatan cahaya 186,000 mill per detik. Methoda normal untuk menghitung kecepatan relativitas dengan mengambil gelombang suara sebagai contohnya. Gelombang suara bergerak pada kecepatan 1088 ft/per detik. Apabila anda bergerak pada kecepatan 1000 ft. /detik dan juga sebuah gelombang suara juga bergerak dengan arah yang sama, maka anda akan mengamati gelombang itu bergerak dengan kecepatan 88 ft/detik. Begitu juga, untuk seorang pengamat yang bergerak dengan kecepatan 1088 ft/detik, kecepatan gelombang suara itu yang teramati ialah nihil. Jika bergerak dengan arah berlawanan, maka anda akan menambahkan selisih kedua kecepatan itu apabila menghitung dengan cara Fisika Newtonian klasik.

Hipotesis Max Planck : “radiant energi atau (energi gelombang cahaya) tidaklah mengalir dalam arus yang kontinyu, melainkan terdiri dari potongan-potongan yang disebut dengan quanta”. Pada tahun 1900 Max Planck ialah seorang ahli Fisika memperkenalkan teori Kuantum ang menjelaskan dalam teorinya ialah bahwa pada materi, energi terjadi pada satu satuan materi dan terukur maka dipastikan pula bahwa semua bentuk materi akan memancarkan ataupun menyerap energi dalam satuan yang disebut dengan Kuanta (Quantum). Albert Einstein mengemukakan teorinya bahwa tidak hanya energi saja yang terukur tetapi juga radiasi juga terukur.

Pada tahun 1905, Albert Einstein juga menjelaskan efek fotoelektrik dengan menyimpulkan bahwa energi cahaya datang dalam bentuk kuanta yang disebut juga dengan foton. Pada tahun 1913, Niels Bohr juga menjelaskan garis spektrum dari atom hidrogen, lagi dengan memakai kuantisasi. Pada tahun 1924, Louis de Broglie juga memberikan teorinya tentang gelombang benda. Teori-teori di atas tadi, meskipun sukses, tetapi juga sangat fenomenologikal, tidak ada penjelasan yang gamblang untuk kuantisasi. Mereka dikenal dengan teori kuantum lama. Istilah “Fisika kuantum” pertama kali dipakai oleh Johnston dalam tulisannya Planck’s Universe in Light of Modern Physics atau (Alam Planck Dalam Cahaya Fisika Modern).

Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : 5 Teori Fisika Yang Belum Terpecahkan [WAJIB BACA]

Sejarah Awal Teori Kuantum

Setiap memasuki pemahaman dunia atom, ilmuan mengalami kesulitan yang luar biasa.Teori-teori mapan tidak berdaya, bahasa yang digunakan mengalami kebuntuan, bahkan imajinasi terhadap dunia atom dipengaruhi pandangan emosional. Pengalaman ini dilukiskan Heisenberg: “Saya ingat pembicaraan saya dengan Bohr yang berlangsung selama berjam-jam hingga larut malam dan mengakhirinya dengan putus asa; dan ketika perbincangan itu berakhir saya berjalan-jalan sendirian di taman terdekat dan mengulangi pertanyaan pada diri saya sendiri berkali-kali: Mungkinkah alam itu absurd sebagaimana yang tampak pada kita dalam eksperimen-eksperimen atom ini?” (Fritjof Capra, 2000:86).

Situasi psikologis Heisenberg, pada akhirnya merupakan salah satu kata kunci dalam perkembangan revolusioner dunia atom.Benda/materi yang diamati tidak terlepas dari pengalaman pengamat, benda/materi bukan lagi sebagai objek penderita yang dapat diotak-atik sesuai keinginan pengamat.Lebih jauhnya, benda/materi sendiri yang berbicara dan mempunyai keinginan sesuai fungsi dan kedudukannya dalam suatu fenomena.Absurditas subatom terlihat ketika dipandang sebagai benda/materi tidak memadai lagi, subatom bukan ‘benda’.Tetapi, merupakan kesalinghubungan dalam membentuk jaringan dinamis yang terpola. Sub-subatom merupakan jaring-jaring pembentuk dasar materi yang merubah pandangan manusia selama ini yang memandang sub atom sebagai blok-blok bangunan dasar pembentuk materi.

Meminjam istilah Kuhn, mekanika kuantum merupakan paradigma sains revolusioner pada awal abad 20.Lahirnya mekanika kuantum, tidak terlepas dari perkembangan-perkembangan teori, terutama teori atom.Mekanika kuantum, bukan untuk menghapus teori dan hukum sebelumnya.Mekanika kuantum tidak lebih untuk merevisi dan menambal pandangan manusia terhadap dunia, terutama dunia mikrokosmik.Bisa jadi, sebenarnya hukum-hukum yang berlaku bagi dunia [sunnatullah] telah tersedia dan berlaku bagi setiap fenomena alam, tetapi pengalaman manusialah yang terbatas.Oleh sebab itu, sampai di sini kita harus sadar dan meyakini bahwa sifat sains itu sangat tentatif.

Mengapa teori kuantum merupakan babak baru cara memandang alam? Vladimir Horowitz pernah mengatakan bahwa mozart terlalu mudah untuk pemula, tetapi terlalu sulit untuk para ahli. Hal yang sama juga berlaku untuk teori kuantum. Secara sederhana teori kuantum menyatakan bahwa partikel pada tingkat sub atomik tidak tunduk pada hukum fisika klasik. Entitas seperti elektron dapat berwujud [exist] sebagai dua benda berbeda secara simultan—materi atau energi, tergantung pada cara pengukurannya (Paul Strathern, 2002:viii). Kerangka mendasar melakukan penalaran dalam sains adalah berpikir dengan metoda induksi.Apabila melakukan penalaran dengan metoda ini, maka pengamatan terhadap wajah alam fisik dilakukan melalui premis-premis yang khusus tentang materi-materi kecil [mikro] bahan alam fisik yang kasat mata.Hukum-hukum sains klasik yang telah terpancang lama, ternyata terlihat kelemahannya ketika berhadapan dengan fenomena mikrokosmik.

Gary Zukaf (2003:22) memberikan pengertian secara etimologis dari mekanika kuantum.‘Kuantum’ merupakan ukuran kuantitas sesuatu, besarnya tertentu.‘Mekanika’ adalah kajian atau ilmu tentang gerak.Jadi, mekanika kuantum adalah kajian atau ilmu tentang gerak kuantum.Teori kuantum mengatakan bahwa alam semesta terdiri atas bagian-bagian yang sangat kecil yang disebut kuanta [quanta, bentuk jamak dari quantum], dan mekanika kuantum adalah kajian atau ilmu yang mempelajari fenomena ini.

Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : “Ilmu Fisika” : Dampak Positif Dan Dampak Negatif Bagi Manusia

Perkembangan Mekanika Kuantum

Pada tahun 1905, Albert Einstein berhasil menjelaskan efek foto listrik dengan didasari oleh pendapat Planck lima tahun sebelumnya dengan mempostulatkan bahwa cahaya atau lebih khususnya radiasi elektromagenetik dapat dibagi dalam paket-paket tertentu yang disebut kuanta dan berada dalam ruang. Energi berhasil menjelaskan bahwa untuk membuat electron terpancar dari permukaan logam diperlukan cahaya yang menumbuk. Cahaya tersebut harus memiliki frekuensi melebih frekuensi ambang dari logam tersebut. Efek foto listrik ini tidak bergantung pada intensitas cahaya yang ditembakan seperti pandangan mekanika klasik tetapi hanya bergantung pada frekuensinya saja. Walaupun cahaya lemah ditembakan tetapi memiliki frekuensi yang melebihi frekuensi ambang ternyata ada electron yang dipancarkan.

Pernyataan Einstein bahwa cahaya teradiasikan dalam bentuk paket-paket energi yang kemudian disebut kuanta dinyatakan dalam jurnal kuantum yang berjudul “On a heuristic viewpoint concerning the emission and transformation of light” pada bulan Maret 1905. Pernyataan tersebut disebut-sebut sebagai pernyataan yang paling revolusioner yang ditulis oleh fisikawan pada abad ke-20. Paket-paket energi yang pada masa itu disebut dengan kuanta kemudian disebut oleh foton, sebuah istilah yang dikemukakan oleh Gilbert & Lewis pada tahun 1926. Ide bahwa tiap foton harus terdiri dari energi dalam bentuk kuanta merupakan sebuah kemajuan. Hal tersebut dengan efektif merubah paradigma ilmuwan fisika pada saat itu yang sebelumnya menjelaskan teori gelombang. Ide tersebut telah mampu menjelaskan banyak gejala fisika pada waktu itu.

Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Manfaat Fisika Dalam Bidang Kedokteran

Eksperimen Mendasari Perkembangan Mekanika Kuantum

Berikut ini adalah eksperimen – eksperimen yang mendasari perkembangan mekanika kuantum:

Thomas Young dengan eksperimen celah ganda mendemonstrasikan sifat gelombang cahaya pada tahun 1805,
Henri Becquerel menemukan radioaktivitas pada tahun 1896,
J. Thompson dengan eksperimen sinar katoda menemuka electron pada tahun 1897,
Studi radiasi benda hitam antara 1850 sampai 1900 yang dijelaskan tanpa menggunakan konsep mekanika kuantum,
Einstein menjelaskan efek foto listrik pada tahun 1905 dengan menggunakan konsep foton dan partikel cahaya dengan energi terkuantisasi,
Robert Milikan menunjukan bahwa arus listrik bersifat seperti kuanta dengan menggunakan eksperimen tetes minyak pada tahun 1909,
Ernest Rutherford mengungkapkan model atom pudding yaitu massa dan muatan postif dari atom terdistribusi merata dengan percobaan lempengan emas pada tahun 1911,
Otti Stern dan Walther Gerlach mendemonstrasikan sifat terkuantisasinya spin partikel yang dikenal dengan eksperimen Stern-Gerlach pada tahun 1920,
Clinton Davisson dan Lester Germer mendemondtrasikan sifat gelombang dari electron melalui percobaan difraksi electron pada tahun 1927,
Clyde L. Cowan dan Frederick Reines menjelaskan keberadaan neutrino pada tahun 1955,

Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Kumpulan Rumus Fisika Smp Lengkap Dengan Keterangannya

Tokoh Mekanika Kuantum

Tokoh Kuantum

Max Planck

Dilahirkan tahun 1858 di kota Kiel, Jerman, dia belajar di Universitas Berlin dan Munich, peroleh gelar Doktor dalam ilmu fisika dengan summa cum laude dari Universitas Munich selagi berumur baru dua puluh satu tahun. Sebentar dia mengajar di Universitas Munich, kemudian di Universitas Kiel. Di tahun 1889 dia jadi mahaguru Univeristas Berlin sampai pensiunnya tiba tatkala usianya mencapai tujuh puluh. Itu tahun 1928.

Albert Einstein

Albert Einstein (14 Maret 1879–18 April 1955) adalah seorang ilmuwan fisika teoretis yang dipandang luas sebagai ilmuwan terbesar dalam abad ke-20. Dia mengemukakan teori relativitas dan juga banyak menyumbang bagi pengembangan mekanika kuantum, mekanika statistik, dan kosmologi. Dia dianugerahi Penghargaan Nobel dalam Fisika pada tahun 1921 untuk penjelasannya tentang efek fotoelektrik dan “pengabdiannya bagi Fisika Teoretis”.
Setelah teori relativitas umum dirumuskan, Einstein menjadi terkenal ke seluruh dunia, pencapaian yang tidak biasa bagi seorang ilmuwan. Di masa tuanya, keterkenalannya melampaui ketenaran semua ilmuwan dalam sejarah, dan dalam budaya populer, kata Einstein dianggap bersinonim dengan kecerdasan atau bahkan jenius. Wajahnya merupakan salah satu yang paling dikenal di seluruh dunia.

Pada tahun 1999, Einstein dinamakan “Orang Abad Ini” oleh majalah Time. Kepopulerannya juga membuat nama “Einstein” digunakan secara luas dalam iklan dan barang dagangan lain, dan akhirnya “Albert Einstein” didaftarkan sebagai merk dagang. Untuk menghargainya, sebuah satuan dalam fotokimia dinamai einstein, sebuah unsur kimia dinamai einsteinium, dan sebuah asteroid dinamai 2001 Einstein. Einstein dilahirkan di Ulm di Württemberg, Jerman; sekitar 100 km sebelah timur Stuttgart. Bapaknya bernama Hermann Einstein, seorang penjual ranjang bulu yang kemudian menjalani pekerjaan elektrokimia, dan ibunya bernama Pauline. Mereka menikah di Stuttgart-Bad Cannstatt. Keluarga mereka keturunan Yahudi; Albert disekolahkan di sekolah Katholik dan atas keinginan ibunya dia diberi pelajaran biola. Pada umur lima, ayahnya menunjukkan kompas kantung, dan Einstein menyadari bahwa sesuatu di ruang yang “kosong” ini beraksi terhadap jarum di kompas tersebut; dia kemudian menjelaskan pengalamannya ini sebagai salah satu saat yang paling menggugah dalam hidupnya. Meskipun dia membuat model dan alat mekanik sebagai hobi, dia dianggap sebagai pelajar yang lambat, kemungkinan disebabkan oleh dyslexia, sifat pemalu, atau karena struktur yang jarang dan tidak biasa pada otaknya (diteliti setelah kematiannya).

Niels Bohr

Teori struktur atom mempunyai seorang bapak.Dia itu Niels Henrik David Bohr yang lahir tahun 1885 di Kopenhagen.Di tahun 1911 dia raih gelar doktor fisika dari Universitas Copenhagen.Tak lama sesudah itu dia pergi ke Cambridge, Inggris.Di situ dia belajar di bawah asuhan J.J. Thompson, ilmuwan kenamaan yang menemukan elektron.Hanya dalam beberapa bulan sesudah itu Bohr pindah lagi ke Manchester, belajar pada Ernest Rutherford yang beberapa tahun sebelumnya menemukan nucleus (bagian inti) atom. Adalah Rutherford ini yang menegaskan (berbeda dengan pendapat-pendapat sebelumnya) bahwa atom umumnya kosong, dengan bagian pokok yang berat pada tengahnya dan elektron di bagian luarnya.Tak lama sesudah itu Bohr segera mengembangkan teorinya sendiri yang baru serta radikal tentang struktur atom. Kertas kerja Bohr yang bagaikan membuai sejarah “On the Constitution of Atoms and Molecules,” diterbitkan dalam Philosophical Magazine tahun 1933.

Louis de Broglie

Louis Victor Pierre Raymon de Broglie lahir pada 15 Agustus 1892 di Dieppe, Perancis. Keturunan de Broglie, yang berasal dari Piedmont, Italia barat laut cukup dikenal dalam sejarah Perancis karena mereka telah melayani raja-raja Perancis baik dalam perang dan jabatan diplomatik selama beratus tahun.

Pada 1740, Raja Louis XI mengangkat salah satu anggota keluarga de Broglie, Francois Marie (1671-1745) sebagai Duc (seperti Duke di Inggris), suatu gelar keturunan yang hanya disandang oleh anggota keluarga tertua. Putra Duc pertama ini ternyata membantu Austria dalam Perang Tujuh Tahun (1756-1763). Karena itu, Kaisar Perancis I dari Austria menganugerahkan gelar Prinz yang berhak disandang seluruh anggota keluarga de Broglie. Dengan meninggalnya saudara tertua Louis, Maurice, juga fisikawan (eksperimen), pada 1960, maka Louis serempak menjadi Duc Perancis (ke-7) dan Prinz Austria. Louis mulanya belajar pada Lycee Janson de Sailly di Paris dan memperoleh gelar dalam sejarah pada 1909. Ia menjadi tertarik pada ilmu pengetahuan alam karena katanya, “terpengaruh oleh filsafat dan buku-buku Henry Poincare (1854-1912)”, matematikawan besar Perancis.

Werner Karl Heisenberg

Di tahun 1925 Werner Heisenberg mengajukan rumus baru di bidang fisika, suatu rumus yang teramat sangat radikal, jauh berbeda dalam pokok konsep dengan rumus klasik Newton. Teori rumus baru ini –sesudah mengalami beberapa perbaikan oleh orang-orang sesudah Heisenberg–sungguh-sungguh berhasil dan cemerlang. Rumus itu hingga kini bukan cuma diterima melainkan digunakan terhadap semua sistem fisika, tak peduli yang macam apa dan dari yang ukuran bagaimanapun.

Dapat dibuktikan secara matematik, sepanjang pengamatan hanya dengan menggunakan sistem makroskopik melulu, perkiraan kuantum mekanika berbeda dengan mekanika klasik dalam jumlah yang terlampau kecil untuk diukur. (Atas dasar alasan ini, mekanika klasik –yang secara matematik lebih sederhana daripada kuanturn mekanika– masih dapat dipakai untuk kebanyakan perhitungan ilmiah). Tetapi, bilamana berurusan dengan sistem dimensi atom, perkiraan tentang kuantum mekanika berbeda besar dengan mekanika klasik. Percobaan-percobaan membuktikan bahwa perkiraan mengenai kuantum mekanika adalah benar

Erwin Schrodinger

Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger (1887-1961) ialah fisikawan Austria. Dilahirkan di Wina, Austria-Hongaria. Ibunya berasal dari Inggris dan ayahnya berasal dari Austria.Ia memperoleh gelar doktor di kota itu di bawah bimbingan mantan murid Ludwig Boltzmann.

Selama PD I, ia menjadi perwira artileri. Setelah perang ia mengajar di Zurich, Swiss. Di sana, ia menangkap pengertian Louis Victor de Broglie yang menyatakan bahwa partikel yang bergerak memiliki sifat gelombang dan mengembangkan pengertian itu menjadi suatu teori yang terperinci dengan baik. Setelah ia menemukan persamaannya yang terkenal, ia dan ilmuwan lainnya memecahkan persamaan itu untuk berbagai masalah; di sini kuantisasi muncul secara alamiah, misalnya dalam masalah tali yang bergetar. Setahun sebelumnya Werner Karl Heisenberg telah mengemukakan formulasi mekanika kuantum, namun perumusannya agak sulit dipahami ilmuwan masa itu.Schrödinger memperlihatkan bahwa kedua formulasi itu setara secara matematis.

Paul Dirac

Pada tanggal 8 Agustus 1902 lahirlah seorang anak yang diberi nama Paul Andrien Maurice Dirac di Bristol Inggris. Siapa sangka di kemudian hari anak yang dikenal sebagai Paul Dirac ini akan menjadi fisikawan besar Inggris yang dapat disejajarkan dengan Newton, Thomson, dan Maxwell. Melalui teori kuantumnya yang menjelaskan tentang elektron, Dirac menjelma menjadi fisikawan ternama di dunia dan namanya kemudian diabadikan bagi persamaan relativistik yang dikembangkannya, yaitu persamaan Dirac. Tulisan ini dibuat untuk mengenang kembali perjalanan karirnya yang cemerlang dalam bidang fisika teori. Dirac kecil tumbuh dan besar di Bristol. Ayahnya yang berasal dari Swiss bernama Charles lahir di kota Monthey dekat Geneva pada tahun 1866 dan kemudian pindah ke Bristol Inggris, untuk menjadi guru bahasa Prancis di Akademi Teknik Merchant Venturers. Ibunya bernama Florence Holten, wanita yang lahir di Liskeard pada tahun 1878 dan menjadi pustakawan di kota Bristol. Ayah dan Ibu Dirac menikah di Bristol pada tahun 1899 dan memiliki tiga orang, dua laki-laki (di mana Paul adalah yang lebih muda) dan seorang perempuan.

Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Ilmu Fisika Dalam Kehidupan Sehari-Hari Ternyata Begitu Besar

Bukti dari Mekanika Kuantum

Mekanika kuantum sangat berguna untuk menjelaskan perilaku atom dan partikel subatomik seperti proton, neutron dan elektron yang tidak mematuhi hukum-hukum fisika klasik. Atom biasanya digambarkan sebagai sebuah sistem di mana elektron (yang bermuatan listrik negatif) beredar seputar nukleus atom (yang bermuatan listrik positif). Menurut mekanika kuantum, ketika sebuah elektron berpindah dari tingkat energi yang lebih tinggi (misalnya dari n=2 atau kulit atom ke-2 ) ke tingkat energi yang lebih rendah (misalnya n=1 atau kulit atom tingkat ke-1), energi berupa sebuah partikel cahaya yang disebut foton, dilepaskan. Energi yang dilepaskan dapat dirumuskan sbb:

Mekanika Kuantum

Keterangan:

adalah energi (J)
adalah tetapan Planck, (Js), dan
adalah frekuensi dari cahaya (Hz)

Dalam spektrometer massa, telah dibuktikan bahwa garis-garis spektrum dari atom yang di-ionisasi tidak kontinyu, hanya pada frekuensi/panjang gelombang tertentu garis-garis spektrum dapat dilihat. Ini adalah salah satu bukti dari teori mekanika kuantum.