2/4/2015 FisikaKuantum|PesonaFisika

http://arhielipu.blogspot.com/2011/04/fisikakuantum.html 1/6

26thApril2011

A.FenomenayangMendasariMunculnyaMekanikaKuantum

Dasar dimulainyaperiode fisikakuantumadalahketika fisikaklasik tidakbisamenjelaskan

gejalagejala fisika yang bersifat mikroskofis dan bergerak dengan kecepatan yang mendekati

kecepatancahaya.Olehkarenaitu,diperlukancarapandangyangberbedadengansebelumnyadalam

menjelaskangejalafisikatersebut.

SejarahfisikakuantumdimulaiketikaMichaelFaradaymenemukansinarkatoda.Kemudian

pada tahun18591860,GustavKirchoffmemberikanpernyataan tentang radiasi bendahitam.Pada

tahun1887LudwigBoltzmanmenyatakanbahwabentukenergipadasistemfisikaberbentukdiskrit.

Pada tahun 1900 fisikawan Jerman, Max Planck memperkenalkan ide bahwa energi itu

terkuantisasi. Ide inimuncul berkenaan dengan situasi pada saat tersebut yaitu ketika para ilmuan

tidakbisamenjelaskanfenomenaradiasispectrumcahayayangdipancarkanolehsuatubendamampat

pada temperatur tertentuyangdikenaldengan radiasibendahitam.Teori fisikaklasikpadasaat itu

tidakbisamenjelaskankenapacahayaselaincahayatampak,cahayacahayalainyangtidaktampak

pun dipancarkan.Hal tersebutmenunjukan bahwa untukmeradiasikan gelombang elektromagnetik

ternyatabendatidakperluterlalupanas,bahkanpadasuhukamarpunbendatetapbisamemancarkan

gelombangelektromagnetik.

Sifat yangdiamati dari radiasi bendahitam ini tidakbisa diterangkanoleh teoriteori fisika

yang berkembang pada saat itu. Sampai akhirnya Planck menurunkan persamaan yang dapat

menerangkan radiasi spectrum ini sebagai fungsi temperatur dari benda yangmeradiasikannya dan

memandangbahwaradiasiinidipancarkantidakdalambentukkontinutapidalambentukpaketpaket

energi yang disebut kuanta. Besarnya energi yang diradiasikan itu sebanding dengan frekuensi v.

Setiappaketenergitersebutmeradiasikanenergisebesar:

E=hv

DenganhmerupakankonstantaPlanck.Planck juga tidakmenyangsikan teoriklasikyangditerima

pada waktu itu yaitu bahwa cahaya diradiasikan dalam bentuk gelombang bukan dalam bentuk

partikelyangmembuatteoritersebuttidakbisamenjelaskanfenomenaradiasibendahitamini.

FisikaKuantum

2/4/2015 FisikaKuantum|PesonaFisika

http://arhielipu.blogspot.com/2011/04/fisikakuantum.html 2/6

B.EksperimenEksperimenyangMendasariPerkembanganFisikaKuantum

Berikut ini adalah eksperimen eksperimen yang mendasari perkembangan mekanika

kuantum:

1) ThomasYoungdenganeksperimencelahgandamendemonstrasikan sifatgelombangcahaya

padatahun1805,

2)HenriBecquerelmenemukanradioaktivitaspadatahun1896,

3)J.J.Thompsondenganeksperimensinarkatodamenemukaelectronpadatahun1897,

4)Studiradiasibendahitamantara1850sampai1900yangdijelaskantanpamenggunakankonsep

mekanikakuantum,

5)Einsteinmenjelaskanefekfotolistrikpadatahun1905denganmenggunakankonsepfotondan

partikelcahayadenganenergiterkuantisasi,

6) RobertMilikanmenunjukan bahwa arus listrik bersifat seperti kuanta denganmenggunakan

eksperimentetesminyakpadatahun1909,

7)ErnestRutherfordmengungkapkanmodelatompuddingyaitumassadanmuatanpostifdariatom

terdistribusimeratadenganpercobaanlempenganemaspadatahun1911,

8) OttiSterndanWaltherGerlachmendemonstrasikan sifat terkuantisasinya spinpartikel yang

dikenaldenganeksperimenSternGerlachpadatahun1920,

9)ClintonDavissondanLesterGermermendemondtrasikansifatgelombangdarielectronmelalui

percobaandifraksielectronpadatahun1927,

10)ClydeL.CowandanFrederickReinesmenjelaskankeberadaanneutrinopadatahun1955,

11)ClaussJonssondenganeksperimencelahgandamenggunakanelectronpadatahun1961,

12)EfekHallkuantumyangditemukanolehKlausvonKlitzingpadatahun1980,dan

13)EksperimentalverivicationdanquantumentanglementolehAlainAspectpadatahun1982.

C.PerkembanganFisikaKuantum

Padatahun1905,AlbertEinsteinberhasilmenjelaskanefekfotolistrikdengandidasarioleh

pendapatPlancklimatahunsebelumnyadenganmempostulatkanbahwacahayaataulebihkhususnya

radiasi elektromagenetik dapat dibagi dalam paketpaket tertentu yang disebut kuanta dan berada

2/4/2015 FisikaKuantum|PesonaFisika

http://arhielipu.blogspot.com/2011/04/fisikakuantum.html 3/6

dalamruang.Energiberhasilmenjelaskanbahwauntukmembuatelectronterpancardaripermukaan

logam diperlukan cahaya yang menumbuk. Cahaya tersebut harus memiliki frekuensi melebih

frekuensi ambangdari logam tersebut.Efek foto listrik ini tidakbergantungpada intensitas cahaya

yangditembakansepertipandanganmekanikaklasiktetapihanyabergantungpadafrekuensinyasaja.

Walaupun cahaya lemah ditembakan tetapi memiliki frekuensi yang melebihi frekuensi ambang

ternyataadaelectronyangdipancarkan.

Pernyataan Einstein bahwa cahaya teradiasikan dalam bentuk paketpaket energi yang

kemudiandisebutkuantadinyatakandalamjurnalkuantumyangberjudul"Onaheuristicviewpoint

concerning the emission and transformation of light" pada bulanMaret 1905. Pernyataan tersebut

disebutsebutsebagaipernyataanyangpalingrevolusioneryangditulisolehfisikawanpadaabadke

20.

Paketpaket energiyangpadamasa itudisebutdengankuantakemudiandisebutoleh foton,

sebuahistilahyangdikemukakanolehGilbert&Lewispadatahun1926.Idebahwatiapfotonharus

terdiri dari energi dalam bentuk kuanta merupakan sebuah kemajuan. Hal tersebut dengan efektif

merubahparadigmailmuwanfisikapadasaatituyangsebelumnyamenjelaskanteorigelombang.Ide

tersebuttelahmampumenjelaskanbanyakgejalafisikapadawaktuitu.

Teori kuantum yang menyatakan bahwa cahaya teradiasi dalam bentuk paketpaket 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

asalkanfrekuensicahayayangdiberikanmelebihifrekuensiambangdarilogamyangdisinari.Halini

tidak bisa dijelaskan oleh teori gelombang yang dianut para fisikawan pada saat itu.Namun, teori

gelombangtentangcahayainijugadapatmenjelaskandenganbaikbagaimanaterjadinyadifraksidan

interferensi cahaya yang menganggap bahwa cahaya teradiasikan dalam bentuk gelombang yang

menjalarsepertiriakairketikasebuahbendajatuhkedalamair.

Padatahun1913,NeilsBohrmencobamenjelaskangarisgarisspectrumdariatomhydrogen

dengan menggunakan teori kuantisasi. Penjelasannya ini di terbitkan pada bulan Juli 1913 dalam

papernyayangberjudulOntheConstitutionofAtomsandMolecules.Teoriiniiakemukakanuntuk

mendapatgambaranyanglebis jelastentangbagaimanastrukturatomicyangterdapatdalambenda.

2/4/2015 FisikaKuantum|PesonaFisika

http://arhielipu.blogspot.com/2011/04/fisikakuantum.html 4/6

Ilmuwansebelumnyayangberusahamenjelaskan tentangstrukturatomadalahJ.J.Thompsonyang

menyatakan bahwa atom seperti sebuah bola yang bermuatan postif serba sama yangmengandung

electrondantersebarmeratadipermukaannya.

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

pengamatanbahwabanyakgarisspectralsesungguhnyaterdiridarigarisgaristerpisahyangpanjang

gelombangnya sedikit berbeda. Yang paling penting, teori Bohr ini tidak dapat menjelaskan

bagaimana interaksiatomatompenyusun inibisamenyusunkumpulanmakroskopisyangmemiliki

sifatfisikadankimiasepertiyangkitaamatisekarang.

WalaupunteoriBohrtidakterbuktisecaraeksperimen,namunhalinimenjadisebuahcatatan

yangmerubahparadigmaparailmuwasaat itutentangbagaimanamenjelaskangejalatomikdengan

memakaipendekatanyanglebihumum.Halinikemudiandilakukanolehilmuwanilmuwanlainnya

ditahuntahunselanjutnya.

DaridiskusiHenriPoincare tentang teoriPlanckpada tahun1912, tulisannyayangberjudul

Surlatheoriedesquantamenyatakanbahwawalaupunteoritentangkuantisasienergiiniberhasildan

cukup fenomenal, namunpada saat itu tidak adapertimbanganyang tepat tentangkuantisasi.Oleh

karenaitu,kemudianteoritersebutdisebutdenganteorikuantumlama.

Kemudian pada tahun 1931 kata fisika kuantum pertama kali diungkapkan oleh Johnston

dalambukunyayangberjudulPlanck'sUniverseinLightofModernPhysics.

Padatahun1924,seorangfisikawanPerancis,LouisdeBrogliemenyatakanteorinyatentang

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.

Kemudian berdasarkan pemikiran de Broglie mekanika kuantum modern lahir pada tahun

1925yaituketika fisikawanJerman,WernerHeisenbergdanMaxBornmengembangkanmekanika

matriks.Selainitu,ErwinSchrodingerseorangfisikawanAustriamenemukanmekanikagelombang

danpersamaannonrelativistikSchrodinger sebagai pendekatan terhadapkasusumumdari teori de

Broglie.Schrodingermenunjukanbahwakeduatemuannyaeqivalen.

2/4/2015 FisikaKuantum|PesonaFisika

http://arhielipu.blogspot.com/2011/04/fisikakuantum.html 5/6

Padatahun1926EinsteinpernahbertanyakepadaW.HeisenbergdiBerlin"Filosofiapayang

mendasariandamengenaiteorianehanda?Teoritersebutterlihatmenarik,tetapiapayangdimaksud

dengankuantitasyangdapatdiamatisaja?"W.Heisenbergmenjawabbahwaiatidakpercayakepada

keberadaan jejakjejak dalam kamar kabut. Kemudian Einstein menimpali: "tetapi anda harus

menyadaribahwahal tersebutsangatlahsalah".W.Heisenbergmenjawab lagi"tetapikenapakalau

sementarahalinitidakbenarsedangkanandamenggunakannya".Einsteinmengatakanbahwa"Imay

haveusedit,butstillitisnonsense"!

BagiHeisenberg,penegasanEinsteintersebutsangatbermanfaatdalampenelitianselanjutnya

bersama dengan Neils Bohr. Penegasan tersebut sekaligus mengingatkan bahwa akan sangat

membahayakanapbilahanyamenelititentangkuantitasyangteramatisaja,padahaldisampingsemua

kuantitas yang dapat diamati secara langsung masih banyak hal yang dimungkinkan untuk dapat

diamatisecaratidaklangsung.AkhirnyaHeisenbergmengakuinyadenganmengemukakan"thiswas

thatoneshouldnotstricktoomuchtoonespecialgroupofexperimentsoneshouldrathertrytokeep

intouchwithallthedevelopmentsinalltherelevantexperimentssothatoneshouldalwayshavethe

wholepictureinmindbeforeonetriestofixatheoryinmathematicalorotherlanguages".

Heisenbergmerumuskanprisipketidaktentuannyapadatahun1927.InterpretasiCopenhagen

jugamulaimelakukanhalyangsamapadasaatitu.Kemudiandimulaipadasekitartahun1927Dirac

memprosespenyatuanmekanikakuantumdenganrelativitaskhususdenganmengajukanpersamaan

dirac untuk elektron. Persamaan dirac mampu menjelaskan gambaran relativistic dari fungsi

gelombangdarisebuahelectronyanggagaldijelaskanolehSchrodonger.

Persamaan dirac memprediksikan spin electron dan menuntun Dirac untuk meramalkan

keberadaan positron. Dia juga merintis penggunaan tools matematika dalam menjelaskan teori,

termasuknotasibraket.Halinidigambarkandalambukunyayangterkenalpadatahun1930.

Padaperiodeyangsama,seorangpolimatJohnVonNeumannmerumuskandasarmatematika

yang tepat untuk mekanika kuantum yaitu teori operator linear. Hal tersebut digambarkan dalam

bukunyapadatahun1932.

Bidang ilmu kimia kuantum dirintis oleh fisikawanWalter Heitler dan Fritz London yang

mempublikasikansuatustuditentangikatankovalendanmolekulhydrogenpadatahun1927.Kimia

2/4/2015 FisikaKuantum|PesonaFisika

http://arhielipu.blogspot.com/2011/04/fisikakuantum.html 6/6

kuantumdibangaunolehbanyakorangtermasukkimiawanteoriAmerika,PaulingdanJohnCSlater

kedalambanyakteorimisalnyateorimolekulerorbitdanteorivalensi.

Pada tahun 1927mulai dilakukan penerapanmekanika kuantum untuk sebuah bidang yang

lebihdaripartikeltunggal,yangmenghasilkanteorimedankuantum.Orangorangyangpertamakali

menekuni bidang ini diantaranya adalah P.A.M. Dirac, W. Pauli, V. Weisskopf, dan P. Jordan.

Penelitian inimencapaipuncaknyaketikaperumusanelektrodinamikakuantumolehR.P.Feynmen,

F. Dyson, J. Schwinger, dan S.I Tomonaga sepanjang tahun 1940. Kuantum elektrodinamika

merupakanteorikuantumtentangelectron,positron,danmedanelectromagnet.

Teorikuantumchromoynamicspertamakalidirumuskanpadaawaltahun1960.Teoritersebut

dirumuskanolehPolitzer,GrossdanWilczekpadatahun1975.Kemudianberdasarkanpadahasildari

pekerjaanyangdipeloporiolehSchwinger,HiggsdanGoldstone,fisikawanGlashow,Weinbergdan

Salammenunjukanbagaimanagayanuklir lemahdankuantumelektrodinamikadapatdisatukanke

dalamgaya listrik lemah.Darihal tersebutpada tahun1979merekamenerimahadiahnobeldalam

bidangfisika.

Diposkan26thApril2011olehArhieLipu

Label:FisikaKuantum

MasukkankomentarAnda...

Berikomentarsebagai: GoogleAccount

Publikasikan Pratinjau

0 Tambahkankomentar