Makalah Mekanika Kuantum

29,232 views

Published on

4 Comments
6 Likes
Statistics
Notes
No Downloads
Views
Total views
29,232
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
440
Actions
Shares
0
Downloads
688
Comments
4
Likes
6
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Makalah Mekanika Kuantum

  1. 1. MEKANIKA KUANTUM (Makalah Mata Kuliah Sejarah Perkembangan Fisika)Oleh :Nama Anggota Kelompok/ NPM : B. Anggit Wicaksono / 0913022030 Hafidhuddin Zarkasi / 0913022008 Hanny Kruisdiarti / 0913022048 Merta Dhewakusuma / 0913022052 Reza Febrata / 0913022060Program Studi : Pendidikan FisikaKelas :B PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA JURUSAN PENDIDIKAN MIPA FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG 2010 1
  2. 2. KATA PENGANTARPuji dan Syukur kita Panjatkan ke Hadirat Tuhan Yang Maha Esa karena berkatlimpahan Rahmat dan Karunia-Nya sehingga penulis dapat menyusun makalah initepat pada waktunya. Makalah ini membahas tentang sejarah perkembangan teoriMekanika Kuantum sebagai tugas dari mata kuliah Sejarah Perkembangan Fisika.Dalam penyusunan makalah ini, penulis banyak mendapat tantangan danhambatan akan tetapi dengan bantuan dari berbagai pihak tantangan itu bisateratasi. Olehnya itu, penyusun mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnyakepada semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan makalah ini,semoga bantuannya mendapat balasan yang setimpal dari Tuhan Yang Maha Esa.Penyusun menyadari bahwa makalah ini masih jauh dari kesempurnaan baik daribentuk penyusunan maupun materinya. Kritik konstruktif dari pembaca sangatdiharapkan untuk penyempurnaan makalah selanjutnya.Akhir kata semoga makalah ini dapat memberikan manfaat kepada kita. Bandar Lampung, April 2011 Penyusun i 2
  3. 3. DAFTAR ISIKATA PENGANTAR…………………………………………………………... iDAFTAR ISI……………………………………………………………………. iiI. PENDAHULUAN1.1 Latar Belakang………………………………………………………..….. 11.2 Tujuan Makalah ......................................................................................... 1II. PEMBAHASAN2.1 Sejarah Awal .............………………………………….................................. 22.2 Perkembangan Mekanika Kuantum ................................................................. 52.3 Eksperimen-Eksperimen yang Mendasari Mekanika Kuantum ..................... 102.4 Tokoh-Tokoh Mekanika Kuantum ................................................................. 112.4 Bukti dari Mekanika Kuantum ....................................................................... 30BAB III KESIMPULANDAFTAR PUSTAKA ii 3
  4. 4. I. PENDAHULUAN1.1 Latar Belakang Dasar dimulaianya periode mekanika kuantum adalah ketika mekanika klasik tidak bisa menjelaskan gejala-gejala fisika yang bersifat mikroskofis dan bergerak dengan kecepatan yang mendekati kecepatan cahaya. Oleh karena itu, diperlukan cara pandang yang berbeda dengan sebelumnya dalam menjelaskan gejala fisika tersebut.1.2 Tujuan Makalah Adapun tujuan pembuatan makalah ini adalah sebagai berikut : 1. Mengetahui sejarah awal teori mekanika kuantum 2. Mengetahui perkembangan teori mekanika kuantum 3. Mengetahui eksperimen-eksperimen yang mendasari perkembangan mekanika kuantum 4. Mengetahui tokoh-tokoh mekanika kuantum 5. Mengetahui bukti dari mekanika kuantum 4
  5. 5. II. PEMBAHASAN2.1 Sejarah Awal 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 5
  6. 6. kuantum tidak lebih untuk merevisi dan menambal pandangan manusiaterhadap dunia, terutama dunia mikrokosmik. Bisa jadi, sebenarnya hukum-hukum yang berlaku bagi dunia [sunnatullah] telah tersedia dan berlaku bagisetiap fenomena alam, tetapi pengalaman manusialah yang terbatas. Olehsebab itu, sampai di sini kita harus sadar dan meyakini bahwa sifat sains itusangat tentatif.Mengapa teori kuantum merupakan babak baru cara memandang alam?Vladimir Horowitz pernah mengatakan bahwa mozart terlalu mudah untukpemula, tetapi terlalu sulit untuk para ahli. Hal yang sama juga berlaku untukteori kuantum. Secara sederhana teori kuantum menyatakan bahwa partikelpada tingkat sub atomik tidak tunduk pada hukum fisika klasik. Entitasseperti elektron dapat berwujud [exist] sebagai dua benda berbeda secarasimultan—materi atau energi, tergantung pada cara pengukurannya (PaulStrathern, 2002:viii). Kerangka mendasar melakukan penalaran dalam sainsadalah berpikir dengan metoda induksi. Apabila melakukan penalaran denganmetoda ini, maka pengamatan terhadap wajah alam fisik dilakukan melaluipremis-premis yang khusus tentang materi-materi kecil [mikro] bahan alamfisik yang kasat mata. Hukum-hukum sains klasik yang telah terpancanglama, ternyata terlihat kelemahannya ketika berhadapan dengan fenomenamikrokosmik.Gary Zukaf (2003:22) memberikan pengertian secara etimologis darimekanika 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. Teorikuantum mengatakan bahwa alam semesta terdiri atas bagian-bagian yangsangat kecil yang disebut kuanta [quanta, bentuk jamak dari quantum], danmekanika kuantum adalah kajian atau ilmu yang mempelajari fenomena ini.Teori kuantum memang masih pro dan kontra dalam penerimaannya, danbersifat kontroversial ketika menggugat otoritas sains yang dianggap telahmapan. Adanya pro dan kontra terlihat ketika Einstein yang merupakan 6
  7. 7. ilmuan besar abad 20 tidak menyukai teori ini, meskipun Einstein merupakansalah satu dukun yang membidangi lahirnya teori kuantum. Dalam salah satuperdebatan yang panjang dengan Bohr yang berlangsung di Kopenhagen,Denmark; sehingga terkenal dengan “Tafsiran Kopenhagen”, Einsteinmengatakan bahwa teori kuantum tidak dapat mengakomodir fraksi-fraksidalam sains, dia masih berpegang teguh bahwa madzhab newtonianmerupakan mazhab yang relatif akomodatif. Bohr mengeluarkan argumenbahwa manusialah yang tidak dapat mengakomodir pengalamannya yangsangat kaya, dan terakhir Bohr menyindir Einstein, bahwa orang yang tidakgoncang jiwanya oleh teori kuantum berarti orang tersebut belummemahaminya.Sejarah fisika kuantum dimulai ketika Michael Faraday menemukan sinarkatoda. Kemudian pada tahun 1859-1860, Gustav Kirchoff memberikanpernyataan tentang radiasi benda hitam. Pada tahun1887 Ludwig Boltzmanmenyatakan bahwa bentuk energi pada sistem fisika berbentuk diskrit.Pada tahun 1900 fisikawan Jerman, Max Planck memperkenalkan ide bahwaenergi itu terkuantisasi. Ide ini muncul berkenaan dengan situasi pada saattersebut yaitu ketika para ilmuan tidak bisa menjelaskan fenomena radiasispectrum cahaya yang dipancarkan oleh suatu benda mampat pada temperaturtertentu yang dikenal dengan radiasi benda hitam. Teori kalsik pada saat itutidak bisa menjelaskan kenapa cahaya selain cahaya tampak, cahaya-cahayalain yang tidak tampak pun dipancarkan. Hal tersebut menunjukan bahwauntuk meradiasikan gelombang elektromagnetik ternyata benda tidak perluterlalu panas, bahkan pada suhu kamar pun benda tetap bisa memancarkangelombang elektromagnetik.Sifat yang diamati dari radiasi benda hitam ini tidak bisa diterangkan olehteori-teori fisika berkembang pada saat itu. Sampai akhirnya Planckmenurunkan persamaan yang dapat menerangkan radiasi spectrum ini sebagaifungsi temperatur dari benda yang meradiasikannya dan memandang bahwaradiasi ini dipancarkan tidak dalam bentuk kontinu tapi dalam bentuk paket- 7
  8. 8. 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. Plsnck 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. Proses2.2 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. 8
  9. 9. Paket-paket energi yang pada masa itu disebut dengan kuanta kemudiandisebut oleh foton, sebuah istilah yang dikemukakan oleh Gilbert & Lewispada tahun 1926. Ide bahwa tiap foton harus terdiri dari energi dalam bentukkuanta merupakan sebuah kemajuan. Hal tersebut dengan efektif merubahparadigma ilmuwan fisika pada saat itu yang sebelumnya menjelaskan teorigelombang. Ide tersebut telah mampu menjelaskan banyak gejala fisika padawaktu itu.Teori kuantum yang menyatakan bahwa cahaya teradiasi dalam bentuk paket-paket energi secara terpisah dan diserap oleh electron secara individualberhasil menjelaskan efek foto listrik dengan baik yaitu pada intensitascahaya yang lemah pun bisa terpancarkan electron dari logam asalkanfrekuensi cahaya yang diberikan melebihi frekuensi ambang dari logam yangdisinari. Hal ini tidak bisa dijelaskan oleh teori gelombang yang dianut parafisikawan pada saat itu. Namun, teori gelombang tentang cahaya ini jugadapat menjelaskan dengan baik bagaimana terjadinya difraksi dan interferensicahaya yang menganggap bahwa cahaya teradiasikan dalam bentukgelombang yang menjalar seperti riak air ketika sebuah benda jatuh ke dalamair.Pada tahun 1913, Neils Bohr mencoba menjelaskan garis-garis spectrum dariatom hydrogen dengan menggunakan teori kuantisasi. Penjelasannya ini diterbitkan pada bulan Juli 1913 dalam papernya yang berjudul On theConstitution of Atoms and Molecules. Teori ini ia kemukakan untukmendapat gambaran yang lebis jelas tentang bagaimana struktur atomic yangterdapat dalam benda. Ilmuwan sebelumnya yang berusaha menjelaskantentang struktur atom adalah J.J. Thompson yang menyatakan bahwa atomseperti sebuah bola yang bermuatan postif serba sama yang mengandungelectron dan tersebar merata di permukaannya. 9
  10. 10. Namun, ternyata teori Bohr ini tidak bisa menjelaskan mengapa garis spectraltertentu berintensitas lebih tinggi dari yang laiinya. Selain itu, teori ini tidakbisa menjelaskan hasil pengamatan bahwa banyak garis spectralsesungguhnya terdiri dari garis-garis terpisah yang panjang gelombangnyasedikit berbeda. Yang paling penting, teori Bohr ini tidak dapat menjelaskanbagaimana interaksi atom-atom penyusun ini bisa menyusun kumpulanmakroskopis yang memiliki sifat fisika dan kimia seperti yang kita amatisekarang.Walaupun teori Bohr tidak terbukti secara eksperimen, namun hal ini menjadisebuah catatan yang merubah paradigma para ilmuwa saat itu tentangbagaimana menjelaskan gejala tomik dengan memakai pendekatan yang lebihumum. Hal ini kemudian dilakukan oleh ilmuwan-ilmuwan lainnya ditahun-tahun selanjutnya.Dari diskusi Henri Poincare tentang teori Planck pada tahun 1912, tulisannyayang berjudul Sur la theorie des quanta menyatakan bahwa walaupun teoritentang kuantisasi energi ini berhasil dan cukup fenomenal, namun pada saatitu tidak ada pertimbangan yang tepat tentang kuantisasi. Oleh karena itu,kemudian teori tersebut disebut dengan teori kuantum lama.Kemudian pada tahun 1931 kata fisika kuantum pertama kali diungkapkanoleh Johnston dalam bukunya yang berjudul Plancks Universe in Light ofModern Physics.Pada tahun 1924, seorang fisikawan Perancis, Louis de Broglie menyatakanteorinya tentang gelombang materi dengan menyatakan bahwa partikel dapatmenunjukan sifat gelombang dan sebalikanya. Teori ini berlaku utuk partikeltunggal. Teori tersebut diambil dari teori relativitas khusus.Kemudian berdasarkan pemikiran de Broglie mekanika kuantum modern lahirpada tahun 1925 yaitu ketika fisikawan Jerman, Werner Heisenberg dan Max 10
  11. 11. Born mengembangkan mekanika matriks. Selain itu, Erwin Schrodingerseorang fisikawan Austria menemukan mekanika gelombang dan persamaannon-relativistik Schrodinger sebagai pendekatan terhadap kasus umum dariteori de Broglie. Schrodinger menunjukan bahwa kedua temuannya eqivalen.Pada tahun 1926 Einstein pernah bertanya kepada W. Heisenberg di Berlin"Filosofi apa yang mendasari anda mengenai teori aneh anda? Teori tersebutterlihat menarik, tetapi apa yang dimaksud dengan kuantitas yang dapatdiamati saja?" W. Heisenberg menjawab bahwa ia tidak percaya kepadakeberadaan jejak-jejak dalam kamar kabut. Kemudian Einstein menimpali:"tetapi anda harus menyadari bahwa hal tersebut sangatlah salah". W.Heisenberg menjawab lagi "tetapi kenapa kalau sementara hal ini tidak benarsedangkan anda menggunakannya". Einstein mengatakan bahwa "I may haveused it, but still it is nonsense"!Dari penegasan Einstein tentang kuantitas teramati, Heisnbergmenyimpulkan:Observation means that we construct some connections between aphenomenon and our realization of the phenomenon. There is somethinghappening in the atom, the light is emitted, the light hits the photographicplate, we see the photographic plate and so on and so on. In this whole courseof events between the atom and your eye and your consciousness you mustassume that everything work as in the old physics. If you would change thetheory concerning the sequence of events then of course the observationwould be altered.Bagi Heisenberg, penegasan Einstein tersebut sangat bermanfaat dalampenelitian selanjutnya bersama dengan Neils Bohr. Penegasan tersebutsekaligus mengingatkan bahwa akan sangat membahayakan apbila hanyameneliti tentang kuantitas yang teramati saja, padahal disamping semuakuantitas yang dapat diamati secara langsung masih banyak hal yang 11
  12. 12. dimungkinkan untuk dapat diamati secara tidak langsung. AkhirnyaHeisenberg mengakuinya dengan mengemukakan "this was that one shouldnot strick too much to one special group of experiments; one should rather tryto keep in touch with all the developments in all the relevant experiments sothat one should always have the whole picture in mind before one tries to fixa theory in mathematical or other languages".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 penyatuanmekanika kuantum dengan relativitas khusus dengan mengajukan persamaandirac untuk elektron. Persamaan dirac mampu menjelaskan gambaranrelativistic dari fungsi gelombang dari sebuah electron yang gagal dijelaskanoleh Schrodonger.Persamaan dirac memprediksikan spin electron dan menuntun Dirac untukmeramalkan keberadaan positron. Dia juga merintis penggunaan toolsmatematika dalam menjelaskan teori, termasuk notasi bra-ket. Hal inidigambarkan dalam bukunya yang terkenal pada tahun 1930.Pada periode yang sama, seorang polimat John Von Neumann merumuskandasar matematika yang tepat untuk mekanika kuantum yaitu teori operatorlinear. Hal tersebut digambarkan dalam bukunya pada tahun 1932.Bidang ilmu kimia kuantum dirintis oleh fisikawan Walter Heitler dan FritzLondon yang mempublikasikan suatu studi tentang ikatan kovalen danmolekul hydrogen pada tahun 1927. Kimia kuantum dibangaun oleh banyakorang termasuk kimiawan teori Amerika, Pauling dan John C Slater ke dalambanyak teori misalnya teori molekuler orbit dan teori valensi.Pada tahun 1927 mulai dilakukan penerapan mekanika kuantum untuk sebuahbidang yang lebih dari partikel tunggal, yang menghasilkan teori medan 12
  13. 13. kuantum. Orang-orang yang pertama kali menekuni bidang ini diantaranya adalah P.A.M. Dirac, W. Pauli, V. Weisskopf, dan P. Jordan. Penelitian ini mencapai puncaknya ketika perumusan elektrodinamika kuantum oleh R.P. Feynmen, F. Dyson, J. Schwinger, dan S.I Tomonaga sepanjang tahun 1940. Elektrodinamika kuantum merupakan teori kuantum tentang elektron, positron, dan medan elektromagnet. Teori kuantum chromoynamics pertama kali dirumuskan pada awal tahun 1960. Teori tersebut dirumuskan oleh Politzer, Gross dan Wilczek pada tahun 1975. Kemudian berdasarkan pada hasil dari pekerjaan yang dipelopori oleh Schwinger, Higgs dan Goldstone, fisikawan Glashow, Weinberg dan Salam menunjukan bagaimana gaya nuklir lemah dan kuantum elektrodinamika dapat disatukan ke dalam gaya listrik lemah. Dari hal tersebut pada tahun 1979 mereka menerima hadiah nobel dalam bidang fisika.2.3 Eksperimen-Eksperimen Yang Mendasari Perkembangan Mekanika Kuantum Berikut ini adalah eksperimen – eksperimen yang mendasari perkembangan mekanika kuantum: 1) Thomas Young dengan eksperimen celah ganda mendemonstrasikan sifat gelombang cahaya pada tahun 1805, 2) Henri Becquerel menemukan radioaktivitas pada tahun 1896, 3) J.J. Thompson dengan eksperimen sinar katoda menemuka electron pada tahun 1897, 4) Studi radiasi benda hitam antara 1850 sampai 1900 yang dijelaskan tanpa menggunakan konsep mekanika kuantum, 5) Einstein menjelaskan efek foto listrik pada tahun 1905 dengan menggunakan konsep foton dan partikel cahaya dengan energi terkuantisasi, 6) Robert Milikan menunjukan bahwa arus listrik bersifat seperti kuanta dengan menggunakan eksperimen tetes minyak pada tahun 1909, 13
  14. 14. 7) Ernest Rutherford mengungkapkan model atom pudding yaitu massa dan muatan postif dari atom terdistribusi merata dengan percobaan lempengan emas pada tahun 1911, 8) Otti Stern dan Walther Gerlach mendemonstrasikan sifat terkuantisasinya spin partikel yang dikenal dengan eksperimen Stern-Gerlach pada tahun 1920, 9) Clinton Davisson dan Lester Germer mendemondtrasikan sifat gelombang dari electron melalui percobaan difraksi electron pada tahun 1927, 10) Clyde L. Cowan dan Frederick Reines menjelaskan keberadaan neutrino pada tahun 1955, 11) Clauss Jonsson dengan eksperimen celah ganda menggunakan electron pada tahun 1961, 12) Efek Hall kuantum yang ditemukan oleh Klaus von Klitzing pada tahun 1980, dan 13) Eksperimental verivication dan quantum entanglement oleh Alain Aspect pada tahun 1982.2.4 Tokoh-Tokoh Mekanika Kuantuma. 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. Planck, seperti halnya ilmuwan lain, tertarik dengan "radiasi kuantitas gelap," julukan buat radiasi elektromagnetik dikeluarkan oleh obyek gelap sempurna apabila dipanaskan. (Suatu obyek gelap sempurna dijelaskan sebagai sesuatu yang tidak memantulkan cahaya, tetapi sepenuhnya menyerap semua cahaya yang jatuh di atasnya). Percobaan-percobaan para ahli fisika telah membuat 14
  15. 15. ukuran yang hati-hati perihal radiasi yang dikeluarkan oleh obyek itu bahkansebelum Planck bekerja dalam masalah itu.Hasil karya Planck pertama adalah penemuannya dalam hal formula secaraaljabar yang ruwet yang dengan tepat menggambarkan "radiasi kuantitasgelap." Formula ini yang kerap digunakan dalam teori fisika sekarang denganrapi meringkas data-data percobaan. Tetapi ada satu masalah: hukum fisikayang sudah diterima meramalkan adanya suatu formula yang samasekaliberbeda.Planck berkecimpung dalam-dalam terhadap soal ini dan akhirnya tampildengan teori baru yang radikal: energi radiant cuma keluar pada pergandaanyang tepat dari unit elementer yang disebut Planck "kuantum". Menurut teoriPlanck, ukuran kuantum cahaya tergantung pada frekuensi cahaya (misalnyapada warnanya), dan juga berimbang dengan kuantitas fisik yang oleh Planckdiringkas dengan "h", tetapi sekarang disebut "patokan Planck." HipotesaPlanck amatlah berlawanan dengan apa yang jadi konsep umum fisika. Tetapi,dengan penggunaan ini dia mampu menemukan keaslian teoritis yang tepatdaripada formula yang benar tentang "radiasi kuantitas gelap."Teori Planck begitu revolusioner, yang tak syak lagi bisa dianggap suatugagasan eksentrik kalau saja Planck bukan seorang ahli fisika yang mantap dankonservatif. Kendati hipotesanya terdengar aneh, dalam soal khusus ini jelasmerupakan penuntun ke arah formula yang benar.Pada mulanya, umumnya ahli fisika (termasuk Planck sendiri) melihathipotesanya sebagai tak lain dari sebuah fiksi matematik yang cocok. Sesudahbeberapa tahun, hal itu berubah sehingga konsepsi Planck tentang kuantumdapat digunakan untuk pelbagai fenomena fisik selain untuk "radiasi kuantitasgelap." Einstein menggunakan konsep ini di tahun 1905 dalam rangkamenjelaskan efek fotoelektrika, dan Niels Bohr menggunakannya di tahun1913 dalam teorinya tentang struktur atom. Menjelang tahun 1918 tatkala 15
  16. 16. Planck peroleh Hadiah Nobel, jelaslah sudah bahwa hipotesanya pada dasarnya benar dan itu mempunyai arti penting yang fundamental dalam teori fisika. Sikap anti Nazi Planck yang keras membuat kedudukannya berabe di masa pemerintahan Hitler. Anak laki-lakinya dihukum mati di awal tahun 1945 akibat peranannya dalam komplotan para perwira yang punya rencana membunuh Hitler. Planck sendiri mati tahun 1947, pada umur delapan puluh sembilan tahun. Perkembangan mekanika kuantum mungkin yang paling penting dari perkembangan ilmu pengetahuan dalam abad ke-20, lebih penting ketimbang teori relativitas Einstein. Patokan "h" Planck memegang peranan penting dalam teori fisika dan sekarang dihimpun jadi dua atau tiga patokan fisika paling dasar. Patokan itu muncul dalam teori struktur atom, dalam prinsip "ketidakpastian" Heisenberg, dalam teori radiasi dan dalam banyak lagi formula ilmiah. Perkiraan pertama Planck mengenai nilai jumlah adalah dalam batas perhitungan 2% yang diterima sekarang. Planck umumnya dianggap bapak mekanika kuantum. Kendati dia memainkan peranan tak seberapa dalam perkembangan teori selanjutnya, adalah keliru mengecilkan arti Planck. Jalan mula yang disuguhkannya sungguh penting. Dia membebaskan pikiran orang dari anggapan-anggapan keliru yang ada sebelumnya, dan dia memungkinkan orang-orang sesudahnya menyusun teori yang jauh lebih jernih daripada yang sekarang kita miliki.b. Albert Einstein (14 Maret 1879–18 April 1955) Albert Einstein 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 16
  17. 17. fotoelektrik dan "pengabdiannya bagi Fisika Teoretis".Setelah teori relativitas umum dirumuskan, Einstein menjadi terkenal keseluruh dunia, pencapaian yang tidak biasa bagi seorang ilmuwan. Di masatuanya, keterkenalannya melampaui ketenaran semua ilmuwan dalam sejarah,dan dalam budaya populer, kata Einstein dianggap bersinonim dengankecerdasan atau bahkan jenius. Wajahnya merupakan salah satu yang palingdikenal di seluruh dunia.Pada tahun 1999, Einstein dinamakan "Orang Abad Ini" oleh majalah Time.Kepopulerannya juga membuat nama "Einstein" digunakan secara luas dalamiklan dan barang dagangan lain, dan akhirnya "Albert Einstein" didaftarkansebagai merk dagang. Untuk menghargainya, sebuah satuan dalam fotokimiadinamai einstein, sebuah unsur kimia dinamai einsteinium, dan sebuah asteroiddinamai 2001 Einstein.Einstein dilahirkan di Ulm di Württemberg, Jerman; sekitar 100 km sebelahtimur Stuttgart. Bapaknya bernama Hermann Einstein, seorang penjual ranjangbulu yang kemudian menjalani pekerjaan elektrokimia, dan ibunya bernamaPauline. Mereka menikah di Stuttgart-Bad Cannstatt. Keluarga merekaketurunan Yahudi; Albert disekolahkan di sekolah Katholik dan atas keinginanibunya dia diberi pelajaran biola. Pada umur lima, ayahnya menunjukkankompas kantung, dan Einstein menyadari bahwa sesuatu di ruang yang"kosong" ini beraksi terhadap jarum di kompas tersebut; dia kemudianmenjelaskan pengalamannya ini sebagai salah satu saat yang palingmenggugah dalam hidupnya. Meskipun dia membuat model dan alat mekaniksebagai hobi, dia dianggap sebagai pelajar yang lambat, kemungkinandisebabkan oleh dyslexia, sifat pemalu, atau karena struktur yang jarang dantidak biasa pada otaknya (diteliti setelah kematiannya).Dia kemudian diberikan penghargaan untuk teori relativitasnya karenakelambatannya ini, dan berkata dengan berpikir dalam tentang ruang dan waktu 17
  18. 18. dari anak-anak lainnya, dia mampu mengembangkan kepandaian yang lebihberkembang. Pendapat lainnya, berkembang belakangan ini, tentangperkembangan mentalnya adalah dia menderita Sindrom Asperger, sebuahkondisi yang berhubungan dengan autisme. Einstein mulai belajar matematikapada umur dua belas tahun. Ada gosip bahwa dia gagal dalam matematikadalam jenjang pendidikannya, tetapi ini tidak benar; penggantian dalampenilaian membuat bingung pada tahun berikutnya. Dua pamannya membantumengembangkan ketertarikannya terhadap dunia intelek pada masa akhirkanak-kanaknya dan awal remaja dengan memberikan usulan dan buku tentangsains dan matematika. Pada tahun 1894, dikarenakan kegagalan bisniselektrokimia ayahnya, Einstein pindah dari Munich ke Pavia, Italia (dekatMilan). Albert tetap tinggal untuk menyelesaikan sekolah, menyelesaikan satusemester sebelum bergabung kembali dengan keluarganya di Pavia.Kegagalannya dalam seni liberal dalam tes masuk Eidgenössische TechnischeHochschule (Institut Teknologi Swiss Federal, di Zurich) pada tahunberikutnya adalah sebuah langkah mundur;j dia oleh keluarganya dikirim keAarau, Swiss, untuk menyelesaikan sekolah menengahnya, di mana diamenerima diploma pada tahun 1896, Einstein beberapa kali mendaftar diEidgenössische Technische Hochschule. Pada tahun berikutnya dia melepaskewarganegaraan Württemberg, dan menjadi tak bekewarganegaraan.Pada 1898, Einstein menemui dan jatuh cinta kepada Mileva Maric, seorangSerbia yang merupakan teman kelasnya (juga teman Nikola Tesla). Pada tahun1900, dia diberikan gelar untuk mengajar oleh Eidgenössische TechnischeHochschule dan diterima sebagai warga negar Swiss pada 1901. Selama masaini Einstein mendiskusikan ketertarikannya terhadap sains kepada teman-temandekatnya, termasuk Mileva. Dia dan Mileva memiliki seorang putri bernamaLieserl, lahir dalam bulan Januari tahun 1902. Lieserl, pada waktu itu,dianggap tidak legal karena orang tuanya tidak menikah.Pada tahun 1905 dia menulis empat artikel yang memberikan dasar fisikamodern, tanpa banyak sastra sains yang dapat ia tunjuk atau banyak kolegadalam sains yang dapat ia diskusikan tentang teorinya. Banyak fisikawan setuju 18
  19. 19. bahwa ketiga thesis itu (tentang gerak Brownian), efek fotoelektrik, dan relativitas spesial) pantas mendapat Penghargaan Nobel. Tetapi hanya thesis tentang efek fotoelektrik yang mendapatkan penghargaan tersebut. Ini adalah sebuah ironi, bukan hanya karena Einstein lebih tahu banyak tentang relativitas, tetapi juga karena efek fotoelektrik adalah sebuah fenomena kuantum, dan Einstein menjadi terbebas dari jalan dalam teori kuantum. Yang membuat thesisnya luar biasa adalah, dalam setiap kasus, Einstein dengan yakin mengambil ide dari teori fisika ke konsekuensi logis dan berhasil menjelaskan hasil eksperimen yang membingungkan para ilmuwan selama beberapa dekade. Dia menyerahkan thesis-thesisnya ke "Annalen der Physik". Mereka biasanya ditujukan kepada "Annus Mirabilis Papers" (dari Latin: Tahun luar biasa). Persatuan Fisika Murni dan Aplikasi (IUPAP) merencanakan untuk merayakan 100 tahun publikasi pekerjaan Einstein di tahun 1905 sebagai Tahun Fisika 2005.c. 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. 19
  20. 20. Teori Bohr memperkenalkan atom sebagai sejenis miniatur planit mengitarimatahari, dengan elektron-elektron mengelilingi orbitnya sekitar bagian pokok,tetapi dengan perbedaan yang sangat penting: bilamana hukum-hukum fisikaklasik mengatakan tentang perputaran orbit dalam segala ukuran, Bohrmembuktikan bahwa elektron-elektron dalam sebuah atom hanya dapatberputar dalam orbitnya dalam ukuran spesifik tertentu. Atau dalam kalimatrumusan lain: elektron-elektron yang mengitari bagian pokok berada padatingkat energi (kulit) tertentu tanpa menyerap atau memancarkan energi.Elektron dapat berpindah dari lapisan dalam ke lapisan luar jika menyerapenergi. Sebaliknya, elektron akan berpindah dari lapisan luar ke lapisan lebihdalam dengan memancarkan energi.Teori Bohr memperkenalkan perbedaan radikal dengan gagasan teori klasikfisika. Beberapa ilmuwan yang penuh imajinasi (seperti Einstein) segerabergegas memuji kertas kerja Bohr sebagai suatu "masterpiece," suatu kerjabesar; meski begitu, banyak ilmuwan lainnya pada mulanya menganggap sepikebenaran teori baru ini. Percobaan yang paling kritis adalah kemampuan teoriBohr menjelaskan spektrum dari hydrogen atom. Telah lama diketahui bahwagas hydrogen jika dipanaskan pada tingkat kepanasan tinggi, akanmengeluarkan cahaya. Tetapi, cahaya ini tidaklah mencakup semua warna,tetapi hanya cahaya dari sesuatu frekuensi tertentu. Nilai terbesar dari teoriBohr tentang atom adalah berangkat dari hipotesa sederhana tetapi sanggupmenjelaskan dengan ketetapan yang mengagumkan tentang gelombang panjangyang persis dari semua garis spektral (warna) yang dikeluarkan oleh hidrogen.Lebih jauh dari itu, teori Bohr memperkirakan adanya garis spektral tambahan,tidak terlihat pada saat sebelumnya, tetapi kemudian dipastikan oleh parapencoba. Sebagai tambahan, teori Bohr tentang struktur atom menyuguhkanpenjelasan pertama yang jelas apa sebab atom punya ukuran seperti adanya.Ditilik dari semua kejadian yang meyakinkan ini, teori Bohr segera diterima,dan di tahun 1922 Bohr dapat,hadiah Nobel untuk bidang fisika.Tahun 1920 lembaga Fisika Teoritis didirikan di Kopenhagen dan Bohr jadi 20
  21. 21. direkturnya. Di bawah pirnpinannya cepat menarik minat ilmuwan-ilmuwanmuda yang brilian dan segera menjadi pusat penyelidikan ilmiah dunia.Tetapi sementara itu teori struktur atom Bohr menghadapi kesulitan-kesulitan.Masalah terpokok adalah bahwa teori Bohr, meskipun dengan sempurnamenjelaskan kesulitan masa depan atom (misalnya hidrogen) yang punya satuelektron, tidak dengan persis memperkirakan spektra dari atom-atom lain.Beberapa ilmuwan, terpukau oleh sukses luar biasa teori Bohr dalam halmemaparkan atom hidrogen, berharap dengan jalan menyempurnakan sedikitteori Bohr, mereka dapat juga menjelaskan spektra atom yang lebih berat. Bohrsendiri merupakan salah seorang pertama yang menyadari penyempurnaankecil itu tak akan menolong, karena itu yang diperlukan adalah perombakanradikal. Tetapi, bagaimanapun dia mengerahkan segenap akal geniusnya, tohdia tidak mampu memecahkannya.Pemecahan akhirnya ditemukan oleh Werner Heisenberg dan lain-lainnya,mulai tahun 1925. Adalah menarik untuk dicatat di sini, bahwa Heisenberg –dan umumnya ilmuwan yang mengembangkan teori baru– belajar diKopenhagen, yang tak syak lagi telah mengambil manfaat yang besar daridiskusi-diskusi dengan Bohr dan saling berhubungan satu sama lain. Bohrsendiri bergegas menuju ide baru itu dan membantu mengembangkannya. Diamembuat sumbangan penting terhadap teori baru, dan liwat disuksi-diskusi dantulisan-tulisan, dia menolong membikin lebih sistematis.Tahun 1930-an lebih menunjukkan perhatiannya terhadap permasalahan bagianpokok struktur atom. Dia mengembangkan model penting "tetesan cairan"bagian pokok atom. Dia juga mengajukan masalah teori tentang "kombinasibagian pokok" dalam reaksi atom untuk dipecahkan. Tambahan pula, Bohrmerupakan orang yang dengan cepat menyatakan bahwa isotop uranium yangterlibat dalam pembagian nuklir adalah U235. Pernyataan ini punya maknapenting dalam pengembangan berikutnya dari bom atom. 21
  22. 22. Dalam tahun 1940 balatentara Jerman menduduki Denmark. Ini menempatkandiri Bohr dalam bahaya, sebagian karena dia punya sikap anti Nazi sudahtersebar luas, sebagian karena ibunya seorang Yahudi. Tahun 1943 Bohr larimeninggalkan Denmark yang jadi daerah pendudukan, menuju Swedia. Diajuga menolong sejumlah besar orang Yahudi Denmark melarikan diri agarterhindar dari kematian dalam kamar-kamar gas Hitler. Dari Swedia Bohr larike Inggris dan dari sana menyeberang ke Amerika Serikat. Di negeri ini,selama perang berlangsung, Bohr membantu membikin bom atom,Seusai perang, Bohr kembali kampung ke Denmark dan mengepalai lembagahingga rohnya melayang tahun 1`562. Dalam tahun-tahun sesudah perang Bohrberusaha keras –walau tak berhasil– mendorong dunia internasional agarmengawasi penggunaan energi atom.Bohr kawin tahun 1912, di sekitar saat-saat dia melakukan kerja besar dibidang ilmu pengetahuan. Dia punya lima anak, salah seorang bernama AageBohr, memenangkan hadiah Nobel untuk bidang fisika di tahun 1975. Bohrmerupakan orang yang paling disenangi di dunia ilmuwan, bukan semata-matakarena menghormat ilmunya yang genius, tetapi juga pribadinya dan karakterserta rasa kemanusiaannya yang mendalam.Kendati teori orisinal Bohr tentang struktur atom sudah berlalu lima puluhtahun yang lampau, dia tetap merupakan salah satu dari tokoh besar di abad ke-20. Ada beberapa alasan mengapa begitu. Pertama, sebagian dari hal-halpenting teorinya masih tetap dianggap benar. Misalnya, gagasannya bahwaatom dapat ada hanya pada tingkat energi yang cermat adalah merupakanbagian tak terpisahkan dari semua teori-teori struktur atom berikutnya. Hallainnya lagi, gambaran Bohr tentang atom punya arti besar buat menemukansesuatu untuk diri sendiri, meskipun ilmuwan modern tak menganggap hal itusecara harfiah benar. Yang paling penting dari semuanya itu, mungkin, adalahgagasan Bohr yang merupakan tenaga pendorong bagi perkembangan "teorikuantum." Meskipun beberapa gagasannya telah kedaluwarsa, namun jelas 22
  23. 23. secara historis teori-teorinya sudah membuktikan merupakan titik tolak teori modern tentang atom dan perkembangan berikutnya bidang mekanika kuantum.d. 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. Pada 1910, Louis memasuki Universitas Paris untuk menyalurkan minatnya dalam ilmu pengetahuan. Tahun 1913 ia peroleh licence dalam ilmu pengetahuan dari Faculte des Sciences. Studinya kemudian terputus karena berkecamuknya Perang Dunia I. Barulah pada usia 32, Louis meraih gelar doktornya dalam fisika teori dengan tesis tentang gelombang partikel di atas. Ia kemudian memulai karier mengajarnya di Universitas Paris dan Institut Henry Poincare pada 1928. 23
  24. 24. Gagasan foton Einstein kemudian diterapkan Louis de Broglie pada 1922, sebelum Compton membuktikannya, untuk menurunkan Hukum Wien (1896). Ini menyatakan bahwa "bagian tenaga elektromagnet yang paling banyak dipancarkan benda (hitam) panas adalah yang frekuensinya sekitar 100 milyar kali suhu mutlak (273 + suhu Celsius) benda itu". Pekerjaan ini ternyata memberi dampak yang berkesan bagi de Broglie. Pada musim panas 1923, de Broglie menyatakan, "secara tiba-tiba muncul gagasan untuk memperluas perilaku rangkap (dual) cahaya mencangkup pula alam partikel". Ia kemudian memberanikan diri dengan mengemukakan bahwa "partikel, seperti elektron juga berperilaku sebagai gelombang". Gagasannya ini ia tuangkan dalam tiga makalah ringkas yang diterbitkan pada 1924; salah satunya dalam jurnal vak fisika Perancis, Comptes Rendus. Penyajiannya secara terinci dan lebih luas kemudian menjadi bahan tesis doktoralnya yang ia pertahankan pada November 1924 di Sorbonne, Paris. Tesis ini berangkat dari dua persamaan yang telah dirumuskan Einstein untuk foton, E=hf dan p=h/. Dalam kedua persamaan ini, perilaku yang "berkaitan" dengan partikel (energi E dan momentum p) muncul di ruas kiri, sedangkan ruas kanan dengan gelombang (frekuensi f dan panjang gelombang , baca: lambda). Besaran h adalah tetapan alam yang ditemukan Planck, tetapan Planck. Secara tegas, de Broglie mengatakan bahwa hubungan di atas juga berlaku untuk partikel. Ini merupakan maklumat teori yang melahirkan gelombang partikel atau de Broglie. Untuk partikel, seperti elektron, momentum p adalah hasilkali massa (sebanding dengan berat) dan lajunya. Karena itu, panjang gelombang de Broglie berbanding terbalik dengan massa dan laju partikel. Sebagai contoh, elektron dengan laju 100 cm per detik, panjang gelombangnya sekitar 0,7 mm.e. Werner Karl Heisenberg 24
  25. 25. Di tahun 1925 Werner Heisenberg mengajukan rumus baru di bidang fisika,suatu rumus yang teramat sangat radikal, jauh berbeda dalam pokok konsepdengan rumus klasik Newton. Teori rumus baru ini --sesudah mengalamibeberapa perbaikan oleh orang-orang sesudah Heisenberg--sungguh-sungguhberhasil dan cemerlang. Rumus itu hingga kini bukan cuma diterima melainkandigunakan terhadap semua sistem fisika, tak peduli yang macam apa dan dariyang ukuran bagaimanapun.Dapat dibuktikan secara matematik, sepanjang pengamatan hanya denganmenggunakan sistem makroskopik melulu, perkiraan kuantum mekanikaberbeda dengan mekanika klasik dalam jumlah yang terlampau kecil untukdiukur. (Atas dasar alasan ini, mekanika klasik --yang secara matematik lebihsederhana daripada kuanturn mekanika-- masih dapat dipakai untukkebanyakan perhitungan ilmiah). Tetapi, bilamana berurusan dengan sistemdimensi atom, perkiraan tentang kuantum mekanika berbeda besar denganmekanika klasik. Percobaan-percobaan membuktikan bahwa perkiraanmengenai kuantum mekanika adalah benar.Salah satu konsekuensi dari teori Heisenberg adalah apa yang terkenal --dengan rumus "prinsip ketidakpastian" yang dirumuskannya sendiri di tahun1927. Prinsip itu umumnya dianggap salah satu prinsip yang paling mendalamdi bidang ilmiah dan paling punya daya jangkau jauh. Dalam praktek, apa yangditerapkan lewat penggunaan "prinsip ketidakpastian" ini adalahmengkhususkan batas-batas teoritis tertentu terhadap kesanggupan kitamembuat ukuran-ukuran ilmiah. Akibat serta pengaruh dari sistem ini sangatdahsyat. Apabila hukum dasar fisika menghambat seorang ilmuwan --bahkandalam keadaan yang ideal sekalipun-- mendapatkan pengetahuan yang cermatdari suatu penyelidikan, ini disebabkan karena sifat-sifat masa depan darisistem itu tidak sepenuhnya bisa diramalkan. Menurut "prinsip ketidakpastian,"tak akan ada perbaikan pada peralatan ukur kita yang akan mengijinkan kitamengungguli kesulitan, ini. 25
  26. 26. "Prinsip ketidakpastian" ini menjamin bahwa fisika, dalam keadaannya yanglumrah, tak sanggup membikin lebih dari sekedar dugaan-dugaan statistik.Seorang ilmuwan yang menyelidiki radioaktivitas, misalnya, mungkin mampumenduga bahwa satu dari setriliun atom radium, dua juta akan mengeluarkansinar gamma dalam waktu sehari sesudahnya.Tetapi, Heisenberg sendiri tidak bisa menaksir apakah ada atom radium yangkhusus yang akan berbuat begitu. Dalam banyak hal yang praktis, ini bukannyasatu pembatasan yang ketat. Bilamana menyangkut jumlah besar, metodastatistik sering mampu menyuguhkan basis pijakan yang dapat dipercaya untuksesuatu langkah. Tetapi, jika menyangkut jumlah dari ukuran kecil, soalnyajadi lain. Di sini "prinsip ketidakpastian" memaksa kita menghindar darigagasan sebab-akibat fisika yang ketat. Ini mengedepankan suatu perubahanyang amat mendasar dalam pokok filosofi ilmiah. Begitu mendasarnya sampai-sampai ilmuwan besar Einstein tak pernah mau terima prinsip ini. "Saya tidakpercaya," suatu waktu Einstein berkata, "bahwa Tuhan main-main dengankehancuran alam semesta."Tetapi, ini pada hakekatnya sebuah pertanda bahwa ahli-ahli fisika yang palingmodern merasa perlu menerimanya.Jelaslah sudah, dari sudut teori kuantum, dan pada tingkat lebih lanjut bahkanlebih besar dari "teori relativitas," telah merombak konsep dasar kita tentangdunia fisik. Tetapi, konsekuensi teori ini tidaklah semata bersifat filosofis.Diantara penggunaan praktisnya, dapat dilihat pada peralatan modern sepertimikroskop elektron, laser dan transistor. Teori kuantum juga secara luasdigunakan dalam bidang fisika nuklir dan tenaga atom. Ini membentuk dasarpengetahuan kita tentang bidang "spectroscopy" (alat memprodusir danmeneliti spektra cahaya), dan ini digunakan secara luas di sektor astronomi dankimia. Dan juga dimanfaatkan dalam penyelidikan teoritis dalam masalah yangtopiknya beraneka ragam seperti kualitas khusus cairan belium, dasar susunan 26
  27. 27. intern binatang-binatang, daya penambahan kekuatan magnit, dan radio aktivitas.f. 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. Schrödinger menggantikan Max Planck di Berlin pada 1927, namun pada 1933, ketika Nazi berkuasa, ia meninggalkan Jerman. Dalam tahun itu ia menerima Hadiah Nobel Fisika bersama dengan Dirac. Pada 1939 sampai 1956 ia bekerja di Institute for Advanced Study di Dublin, lalu kembali ke Austria.g. 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 27
  28. 28. yang dikenal sebagai Paul Dirac ini akan menjadi fisikawan besar Inggris yangdapat disejajarkan dengan Newton, Thomson, dan Maxwell. Melalui teorikuantumnya yang menjelaskan tentang elektron, Dirac menjelma menjadifisikawan ternama di dunia dan namanya kemudian diabadikan bagi persamaanrelativistik yang dikembangkannya, yaitu persamaan Dirac. Tulisan ini dibuatuntuk mengenang kembali perjalanan karirnya yang cemerlang dalam bidangfisika teori. Dirac kecil tumbuh dan besar di Bristol. Ayahnya yang berasal dariSwiss bernama Charles lahir di kota Monthey dekat Geneva pada tahun 1866dan kemudian pindah ke Bristol Inggris, untuk menjadi guru bahasa Prancis diAkademi Teknik Merchant Venturers. Ibunya bernama Florence Holten, wanitayang lahir di Liskeard pada tahun 1878 dan menjadi pustakawan di kotaBristol. Ayah dan Ibu Dirac menikah di Bristol pada tahun 1899 dan memilikitiga orang, dua laki-laki (di mana Paul adalah yang lebih muda) dan seorangperempuan.Setelah menyelesaikan pendidikan SMA dan sekolah teknik, Paul Diracmelanjutkan studi di Jurusan teknik elektro Universitas Bristol pada tahun1918. Pilihannya ini diambil berdasarkan anjuran ayahnya yang menginginkanPaul mendapatkan pekerjaan yang baik. Dirac menyelesaikan kuliahnyadengan baik, tetapi dia tidak mendapatkan pekerjaan yang cocok paskaberkecamuknya perang dunia pada saat itu. Keinginannya adalah pergi keUniversitas Cambridge untuk meperdalam matematika dan fisika. Dia diterimadi akademi St John Cambridge pada tahun 1921, tetapi hanya ditawarkanbeasiswa yang tidak memadai untuk menyelesaikan kuliahnya. Untungnya diasanggup mengambil kuliah matematika terapan di Universitas Bristol selamadua tahun tanpa harus membayar uang kuliah dan tetap dapat tinggal di rumah.Setelah itu pada tahun 1923 dia berhasil mendapatkan beasiswa penuh diakademi St John dan dana penelitian dari Departemen perindustrian dan sains,tetapi dana ini pun belum bisa menutupi jumlah biaya yang diperlukan untukkuliah di Cambridge. Pada akhirnya Paul Dirac berhasil mewujudkankeinginannya kuliah di Akademi St John karena adanya permintaan dari pihakuniversitas. Di Cambridge Paul Dirac mengerjakan semua pekerjaan sepanjang 28
  29. 29. hidupnya sejak kuliah paska sarjananya pada tahun 1923 sampai pensiunsebagai profesor (lucasian professor) pada tahun 1969.Pada tanggal 20 oktober 1984 Paul Dirac meninggal dunia pada usia 84 tahun,sebagai peraih hadiah nobel fisika tahun 1933 dan anggota British order ofmerit tahun 1973. Paul Dirac merupakan fisikawan teoritis Inggris terbesar diabad ke-20. Pada tahun 1995 perayaan besar disellenggarakan di London untukmengenang hasil karyanya dalam fisika. Sebuah monumen dibuat diWestminster Abbey untuk mengabadikan namanya dan hasil karyanya, di manadi sini dia bergabung bersama sejumlah monumen yang sama yang dibuatuntuk Newton, Maxwell, Thomson, Green dan fisikawan-fisikawan besarlainnya. Pada monumen itu disertakan pula Persamaan Dirac dalam bentukrelativistik yang kompak. Sebenarnya persamaan ini bukanlah persamaan yangdigunakan Dirac pada saat itu, tetapi kemudian persamaan ini digunakan olehmahasiswanya. Dirac mengukuhkan teori mekanika kuantum dalam bentukyang paling umum dan mengembangkan persamaan relativistik untuk elektron,yang sekarang dinamakan menggunakan nama beliau yaitu persamaan Dirac.Persamaan ini juga mengharuskan adanya keberadaan dari pasanganantipartikel untuk setiap partikel misalnya positron sebagai antipartikel darielektron. Dia adalah orang pertama yang mengembangkan teori medankuantum yang menjadi landasan bagi pengembangan seluruh teori tentangpartikel subatom atau partikel elementer. Pekerjaan ini memberikan dasar bagipemahaman kita tentang gaya-gaya alamiah. Dia mengajukan dan menyelidikikonsep kutub magnet tunggal (magnetic monopole), sebuah obyek yang masihbelum dapat dibuktikan keber-adaannya, sebagai cara untuk memasukkansimetri yang lebih besar ke dalam persamaan medan elektromagnetik Maxwell.Paul Dirac melakukan kuantisasi medan gravitasi dan membangun teori medankuantum umum dengan konstrain dinamis, yang memberikan landasan bagiterbentuknya Teori Gauge dan Teori Superstring, sebagai kandidat Teory OfEverything, yang berkembang sekarang. Teori-teorinya masih berpengaruh danpenting dalam perkembangan fisika hingga saat ini, dan persamaan dan konsep 29
  30. 30. yang dikemukakannya menjadi bahan diskusi di kuliah-kuliah fisika teori diseluruh dunia. Langkah awal menuju teori kuantum baru dimulai oleh Diracpada akhir September 1925. Saat itu, R H Fowler, pembimbing risetnya,menerima salinan makalah dari Werner Heisenberg berisi penjelasan danpembuktian teori kuantum lama Bohr dan Sommerfeld, yang masih mengacupada prinsip korespondensi Bohr tetapi berubah persamaannya sehingga teoriini mencakup secara langsung kuantitas observabel. Fowler mengirimkanmakalah Heisenberg kepada Dirac yang sedang berlibur di Bristol danmenyuruhnya untuk mempelajari makalah itu secara teliti. Perhatian Diraclangsung tertuju pada hubungan matematis yang aneh, pada saat itu, yangdikemukakan oleh seorang seperti Werner Karl Heisenberg.Beberapa pekan kemudian setelah kembali ke Cambridge, Dirac tersadarbahwa bentuk matematika tersebut mempunyai bentuk yang sama dengankurung poisson (poisson Bracket) yang terdapat dalam fisika klasik dalampembahasan tentang dinamika klasik dari gerak partikel. Didasarkan padapemikiran ini dengan cepat dia merumuskan ulang teori kuantum yangdidasarkan pada variabel dinamis non-komut (non-comuting dinamicalvariables). Cara ini membawanya kepada formulasi mekanika kuantum yanglebih umum dibandingkan dengan yang telah dirumuskan oleh fisikawan yanglain. Pekerjaan ini merupakan pencapaian terbaik yang dilakukan oleh Diracyang menempatkannya lebih tinggi dari fisikawan lain yang pada saat itu samasama mengembangkan teori kuantum. Sebagai fisikawan muda yang baruberusia 25 tahun, dia cepat diterima oleh komunitas fisikawan teoritis padamasa itu. Dia diundang untuk berbicara di konferensi-konferensi yangdiselenggarakan oleh komunitas fisika teori, termasuk kongres Solvay padatahun 1927 dan tergabung sebagai anggota dengan hak-hak yang sama dengananggota yang lain yang terdiri dari para pakar fisika ternama dari seluruhdunia.Formulasi umum tentang teori kuantum yang dikembangkan oleh Diracmemungkinkannya untuk melangkah lebih jauh. Dengan formulasi ini, dia 30
  31. 31. mampu mengembangkan teori transformasi yang dapat menghubungkanberbagai formulasi-formulasi yang berbeda dari teori kuantum. Teoritranformasi menunjukkan bahwa semua formulasi tersebut pada dasarnyamemiliki konsekuensi fisis yang sama, baik dalam persamaan mekanikagelombang Schrodinger maupun mekanika matriknya Heisenberg. Inimerupakan pencapaian yang gemilang yang membawa pada pemahaman dankegunaan yang lebih luas dari mekanika kuantum. Teori tranformasi inimerupakan puncak dari pengembangan mekanika kuantum oleh Dirac karenateori ini menyatukan berbagai versi dari mekanika kuantum, yang jugamemberikan jalan bagi pengembangan mekanika kuantum selanjutnya. Dikemudian hari rumusan teori transformasi ini menjadi miliknya sebagaimanatidak ada versi mekanika kuantum yang tidak menyertainya. Bersama denganteori transformasi, mekanika kuantum versi Dirac disajikan dalam bentuk yangsederhana dan indah, dengan struktur yang menunjukkan kepraktisan dankonsep yang elegan, dan berkaitan erat dengan teori klasik.Karir cemerlang Dirac sesungguhnya telah tampak ketika dia masih berada ditingkat sarjana. Pada saat itu Dirac telah menyadari pentingnya teori relatifitaskhusus dalam fisika, suatu teori yang menjadikan Einstein terkenal pada tahun1905, yang dipelajari Dirac dari kuliah yang dibawakan oleh C D Broad,seorang profesor filsafat di Universitas Bristol. Sebagian besar makalah yangdibuat Dirac sebagai mahasiswa paska sarjana ditujukan untuk menyajikanbentuk baru dari rumusan yang sudah ada dalam literatur menjadi rumusanyang sesuai (kompatibel) dengan relatifitas khusus. Pada tahun 1927 Diracberhasil mengembangkan teori elektron yang memenuhi kondisi yangdisyaratkan oleh teori relatifitas khusus dan mempublikasikan persamaanrelativistik yang invarian untuk elektron pada awal tahun 1928. Sebagianfisikawan lain sebenarnya memiliki pemikiran yang sama dengan apa yangdilakukan oleh Dirac, meskipun demikian belum ada yang mampu menemukanpersamaan yang memenuhi seperti apa yang telah dicapai oleh Dirac. Diamemiliki argumen yang sederhana dan elegan yang didasarkan pada tujuanbahwa teori tranformasinya dapat berlaku juga dalam mekanika kuantum 31
  32. 32. relativistik sebuah argumen yang menspesifikasikan bentuk umum dari yangharus dimiliki oleh persamaan relativistik ini, sebuah argumen yang menjadibagian yang belum terpecahkan bagi semua fisikawan.Persamaan Dirac merupakan salah satu persamaan fisika yang paling indah.Profesor Sir Nevill Mott, mantan Direktur Laboratorium Cavendish, baru-baruini menulis, persamaan ini bagi saya adalah bagian fisika teori yang palingindah dan menantang yang pernah saya lihat sepanjang hidup saya, yang hanyabisa dibandingkan dengan kesimpulan Maxwell bahwa arus perpindahan danjuga medan elektromagnetik harus ada. Selain itu, persamaan Dirac untukelektron membawa implikasi penting bahwa elektron harus mempunyai spin,dan momen magnetik menjadi benar dengan ketelitian mencapai 0,1%.Persamaan Dirac dan teori elektronnya masih tetap relevan digunakan sampaisekarang. Perkiraan yang dibuatnya telah dibuktikan dalam sistem atom danmolekul. Telah ditunjukkan juga bahwa hal ini berlaku untuk partikel lain yangmemiliki spin yang sama dengan elektron seperti proton, hyperon dan partikelkeluarga baryon lainnya. konsep ini dapat diterapkan secara universal dandiketahui dengan baik oleh para fisikawan dan kimiawan, sesuatu yang tidakseorangpun dapat membantahnya. Melihat kenyataan ini, Dirac merasa sudahwaktunya untuk menyatakan, teori umum mekanika kuantum sudah lengkapsekarang, hukum-hukum fisika yang yang mendasari diperlukannya teorimatematika dari bagian besar fisika dan keseluruhan bagian dari kimia.Dirac menunjukkan kemudian bahwa persamaannya ini mengandung implikasiyang tidak diharapkan bagi suatu partikel. Persamaannya memperkirakanadanya antipartikel, seperti positron dan antiproton yang bermuatan negatif,yaitu suatu obyek yang saat ini sudah sangat dikenal di laboratorium fisikaenergi tinggi. Menurut teorinya, semua partikel memiliki antipartikel yangtertentu yang terkait dengannya. sebagian besar dari antipartikel ini sekarangtelah dibuktikan keberadaannya. Positron dan antiproton adalah sebagian kecildari antipartikel yang sudah sangat dikenal, keduanya dapat berada dalamkondisi stabil di ruang hampa, dan saat ini digunakan secara luas dalam 32
  33. 33. akselerator penumbuk partikel (collider accelerator) yang dengannya fisikawan mempelajari fenomena yang terjadi dalam fisika energi tinggi. Keindahan dari persamaan Dirac ini bisa jadi sulit dirasakan oleh orang yang tidak terbiasa dengan rumus-rumus fisika, tetapi kenyataan ini tidak akan dibantah oleh para fisikawan. Persamaan Dirac adalah salah satu penemuan besar dalam sejarah fisika. Dirac memberikan prinsip-prinsip dasar yang memuaskan dalam usaha untuk memahami alam semesta kita. Melalui penemuannya ini nama Dirac akan dikenang selamanya sebagai salah satu fisikawan besar. Suatu monumen telah dibangun untuknya atas jasanya membimbing kita kepada pemahaman tentang salah satu aspek penting gaya dasar yang terkandung dialam semesta yang kita diami ini. Nama Dirac akan dimasukkan dalam catatan sejarah fisika melalui kontribusi yang diberikannya kepada dunia ilmu pengetahuan berupa dasar-dasar mekanika kuantum dan teori transformasi. Penemuannya menempatkan Dirac di jajaran papan atas fisikawan teori sepanjang masa.2.5 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: keterangan: 33
  34. 34. adalah energi (J) adalah tetapan Planck, (Js), dan adalah frekuensi dari cahaya (Hz)Dalam spektrometer massa, telah dibuktikan bahwa garis-garis spektrumdari atom yang di-ionisasi tidak kontinyu, hanya pada frekuensi/panjanggelombang tertentu garis-garis spektrum dapat dilihat. Ini adalah salah satubukti dari teori mekanika kuantum. 34
  35. 35. III. KESIMPULANBerdasarkan pembahasan yang telah disampaikan pada makalah ini maka dapatditarik kesimpulan sebagai berikut : 1. Dasar dimulaianya periode mekanika kuantum adalah ketika mekanika klasik tidak bisa menjelaskan gejala-gejala fisika yang bersifat mikroskofis dan bergerak dengan kecepatan yang mendekati kecepatan cahaya. Oleh karena itu, diperlukan cara pandang yang berbeda dengan sebelumnya dalam menjelaskan gejala fisika tersebut. 2. Pada tahun 1900, Max Planck memperkenalkan ide bahwa energi dapat dibagi-bagi menjadi beberapa paket atau kuanta. Ide ini secara khusus digunakan untuk menjelaskan sebaran intensitas radiasi yang dipancarkan oleh benda hitam. 3. Pada tahun 1905, Albert Einstein menjelaskan efek fotoelektrik dengan menyimpulkan bahwa energi cahaya datang dalam bentuk kuanta yang disebut foton. 4. Pada tahun 1913, Niels Bohr menjelaskan garis spektrum dari atom hidrogen, lagi dengan menggunakan kuantisasi. 5. Pada tahun 1924, Louis de Broglie memberikan teorinya tentang gelombang benda. 6. Mekanika kuantum modern lahir pada tahun 1925, ketika Werner Karl Heisenberg mengembangkan mekanika matriks dan Erwin Schrödinger menemukan mekanika gelombang dan persamaan Schrödinger. Schrödinger beberapa kali menunjukkan bahwa kedua pendekatan tersebut sama. 35
  36. 36. DAFTAR PUSTAKAhttp://www.fisikanet.lipi.go.id/utama.cgi?cetakartikel&1110895619http://id.wikipedia.org/wiki/Mekanika_kuantumhttp://translate.google.co.id/translate?hl=id&langpair=en|id&u=http://en.wikipedia.org/wiki/History_of_quantum_mechanicshttp://tokoh-ilmuwan-penemu.blogspot.com/2009/08/ilmuwan-fisika-teori-dirac.htmlhttp://elektrokita.blogspot.com/2008/10/biografi-albert-einstein.htmlhttp://kolom-biografi.blogspot.com/2010/01/biografi-ernest-rutherford-penemu-model.htmlhttp://kolom-biografi.blogspot.com/2009/02/biografi-werner-heisenberg.htmlhttp://kolom-biografi.blogspot.com/2009/01/biografi-max-planck.html 36

×