LES PRIVAT SURABAYA

Home » SERBA-SERBI » MEKANIKA KUANTUM

MEKANIKA KUANTUM

PENGERTIAN MEKANIKA KUANTUM

            Sebelum kita membahas sejarah mekanika kuantum,kita harus  mengetahui apa pengertian dari mekanika kuantum. Mekanika kuantum adalah cabang dasar fisika yang menggantikan mekanika klasik pada tataran atom dan subatom. Ilmu ini memberikan kerangka matematika untuk berbagai cabang fisika dan kimia, termasuk fisika atom, fisika molekular, kimia komputasi, kimia kuantum, fisika partikel, dan fisika nuklir. Mekanika kuantum adalah bagian dari teori medan kuantum dan fisika kuantum umumnya, yang  bersama relativitas umum, merupakan salah satu pilar fisika modern. Dasar dari mekanika kuantum adalah bahwa energi itu tidak kontinyu, tapi diskrit — berupa ‘paket’ atau ‘kuanta’. Konsep ini cukup revolusioner, karena bertentangan dengan fisika klasik yang berasumsi bahwa energi itu berkesinambungan

          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.

SEJARAH MEKANIKA KUANTUM

           Sejarah fisika kuantum dimulai ketika Michael Faraday menemukan sinar katoda. Kemudian pada tahun 1859-1860, Gustav Kirchoff memberikan pernyataan tentang radiasi benda hitam. Pada tahun1887 Ludwig Boltzman menyatakan bahwa bentuk energi pada sistem fisika berbentuk diskrit.

           Pada tahun 1900 fisikawan Jerman, Max Planck memperkenalkan ide bahwa energi itu terkuantisasi. Ide ini muncul berkenaan dengan situasi pada saat tersebut yaitu ketika para ilmuan tidak bisa menjelaskan fenomena radiasi spectrum cahaya yang dipancarkan oleh suatu benda mampat pada temperatur tertentu yang dikenal dengan radiasi benda hitam. Teori kalsik pada saat itu tidak bisa menjelaskan kenapa cahaya selain cahaya tampak, cahaya-cahaya lain yang tidak tampak pun dipancarkan. Hal tersebut menunjukan bahwa untuk meradiasikan gelombang elektromagnetik ternyata benda tidak perlu terlalu panas, bahkan pada suhu kamar pun benda tetap bisa memancarkan gelombang elektromagnetik.

           Sifat yang diamati dari radiasi benda hitam ini tidak bisa diterangkan oleh teori-teori fisika berkembang pada saat itu. Sampai akhirnya Planck menurunkan persamaan yang dapat menerangkan radiasi spectrum ini sebagai fungsi temperatur dari benda yang meradiasikannya dan memandang bahwa radiasi ini dipancarkan tidak dalam bentuk kontiniu tapi dalam bentuk paket-paket energi yang disebut kuanta. Besarnya energi yang diradiasikan itu sebanding dengan frekuensi v. Setiap paket energi tersebut meradiasikan energi sebesar:

E = hv

Dengan h merupakan konstanta Planck. Planck jugs tidak menyangsikan teori klasik yang diterima pada waktu itu yaitu bahwa cahaya diradiasikan dalam bentuk gelombang bukan dalam bentuk partikel yang membuat teori tersebut tidak bisa menjelaskan fenomena radiasi benda hitam ini.

           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. Paket-paket energi yang pada masa itu disebut dengan kuanta kemudian disebut  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.

            Teori kuantum yang menyatakan bahwa cahaya teradiasi dalam bentuk paket-paket energi secara terpisah dan diserap oleh electron secara individual berhasil menjelaskan efek foto listrik dengan baik yaitu pada intensitas cahaya yang lemah pun bisa terpancarkan electron dari logam asalkan frekuensi cahaya yang diberikan melebihi frekuensi ambang dari logam yang disinari. Hal ini tidak bisa dijelaskan oleh teori gelombang yang dianut para fisikawan pada saat itu. Namun, teori gelombang tentang cahaya ini juga dapat menjelaskan dengan baik bagaimana terjadinya difraksi dan interferensi cahaya yang menganggap bahwa cahaya teradiasikan dalam bentuk gelombang yang menjalar seperti riak air ketika sebuah benda jatuh ke dalam air.

             Pada tahun 1913, Neils Bohr mencoba menjelaskan garis-garis spectrum dari atom hydrogen dengan menggunakan teori kuantisasi  Teori ini ia kemukakan untuk mendapat gambaran yang lebis jelas tentang bagaimana struktur atomic yang terdapat dalam benda. Ilmuwan sebelumnya yang berusaha menjelaskan tentang struktur atom adalah J.J. Thompson yang menyatakan bahwa atom seperti sebuah bola yang bermuatan postif serba sama yang mengandung electron dan tersebar merata di permukaannya. Namun, ternyata teori Bohr ini tidak bisa menjelaskan mengapa garis spectral tertentu berintensitas lebih tinggi dari yang laiinya. Selain itu, teori ini tidak bisa menjelaskan hasil pengamatan bahwa banyak garis spectral sesungguhnya terdiri dari garis-garis terpisah yang panjang gelombangnya sedikit berbeda. Yang paling penting, teori Bohr ini tidak dapat menjelaskan bagaimana interaksi atom-atom penyusun ini bisa menyusun kumpulan makroskopis yang memiliki sifat fisika dan kimia seperti yang kita amati sekarang. Walaupun teori Bohr tidak terbukti secara eksperimen, namun hal ini menjadi sebuah catatan yang merubah paradigma para ilmuwa saat itu tentang bagaimana menjelaskan gejala tomik dengan memakai pendekatan yang lebih umum. Hal ini kemudian dilakukan oleh ilmuwan-ilmuwan lainnya ditahun-tahun selanjutnya.

           Kemudian berdasarkan pemikiran de Broglie mekanika kuantum modern lahir pada tahun 1925 yaitu ketika fisikawan Jerman, Werner Heisenberg dan Max Born mengembangkan mekanika matriks. Selain itu, Erwin Schrodinger seorang fisikawan Austria menemukan mekanika gelombang dan persamaan non-relativistik Schrodinger sebagai pendekatan terhadap kasus umum dari teori de Broglie. Schrodinger menunjukan bahwa kedua temuannya eqivalen. Heisenberg merumuskan prisip ketidaktentuannya pada tahun 1927. Interpretasi Copenhagen juga mulai melakukan hal yang sama pada saat itu. Kemudian dimulai pada sekitar tahun 1927 Dirac memproses penyatuan mekanika kuantum dengan relativitas khusus dengan mengajukan persamaan dirac untuk elektron. Persamaan dirac mampu menjelaskan gambaran relativistic dari fungsi gelombang dari sebuah electron yang gagal dijelaskan oleh Schrodonger. Persamaan dirac memprediksikan spin electron dan menuntun Dirac untuk meramalkan keberadaan positron. Dia juga merintis penggunaan tools matematika dalam menjelaskan teori, termasuk notasi bra-ket. Hal ini digambarkan dalam bukunya yang terkenal pada tahun 1930.

           Kemudian pada tahun 1931 kata fisika kuantum pertama kali diungkapkan oleh Johnston dalam bukunya yang berjudul Planck’s Universe in Light of Modern Physics. Pada tahun 1924, seorang fisikawan Perancis, Louis de Broglie menyatakan teorinya tentang gelombang materi dengan menyatakan bahwa partikel dapat menunjukan sifat gelombang dan sebalikanya. Teori ini berlaku utuk partikel tunggal. Teori tersebut diambil dari teori relativitas khusus.

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: