Makalah reaksi fredoks

1. 1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 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.
Teori atom mengalami perkembangan mulai dari teori atom John Dalton, Joseph John
Thomson, Ernest Rutherford, dan Niels Henrik David Bohr. Perkembangan teori atom
menunjukkan adanya perubahan konsep susunan atom dan reaksi kimia antaratom.
Kelemahan model atom yang dikemukakan Rutherford disempurnakan olehNiels Henrik
David Bohr. Bohr mengemukakan gagasannya tentang penggunaan tingkat energi
elektron pada struktur atom. Model ini kemudian dikenal dengan model atom
Rutherford-Bohr. Tingkat energy elektron digunakan untuk menerangkan terjadinya
spektrum atom yang dihasilkan oleh atom yang mengeluarkan energi berupa radiasi
cahaya.
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

2. 2
BAB II
PEMBAHASAN
A. 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 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-

3. 3
bagian yang sangat kecil yang disebut kuanta [quanta, bentuk jamak dari quantum], dan
mekanika kuantum adalah kajian atau ilmu yang mempelajari fenomena ini.
Teori kuantum memang masih pro dan kontra dalam penerimaannya, dan bersifat
kontroversial ketika menggugat otoritas sains yang dianggap telah mapan. Adanya pro
dan kontra terlihat ketika Einstein yang merupakan ilmuan besar abad 20 tidak menyukai
teori ini, meskipun Einstein merupakan salah satu dukun yang membidangi lahirnya teori
kuantum. Dalam salah satu perdebatan yang panjang dengan Bohr yang berlangsung di
Kopenhagen, Denmark; sehingga terkenal dengan “Tafsiran Kopenhagen”, Einstein
mengatakan bahwa teori kuantum tidak dapat mengakomodir fraksi-fraksi dalam sains,
dia masih berpegang teguh bahwa madzhab newtonian merupakan mazhab yang relatif
akomodatif. Bohr mengeluarkan argumen bahwa manusialah yang tidak dapat
mengakomodir pengalamannya yang sangat kaya, dan terakhir Bohr menyindir Einstein,
bahwa orang yang tidak goncang jiwanya oleh teori kuantum berarti orang tersebut
belum memahaminya.
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
kontinu 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. 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. Proses
B. 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

4. 4
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.
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. Penjelasannya ini di terbitkan pada
bulan Juli 1913 dalam papernya yang berjudul On the Constitution of Atoms and
Molecules. 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.
Dari diskusi Henri Poincare tentang teori Planck pada tahun 1912, tulisannya yang
berjudul Sur la theorie des quanta menyatakan bahwa walaupun teori tentang kuantisasi
energi ini berhasil dan cukup fenomenal, namun pada saat itu tidak ada pertimbangan
yang tepat tentang kuantisasi. Oleh karena itu, kemudian teori tersebut disebut dengan
teori kuantum lama.

5. 5
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.
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.
Pada tahun 1926 Einstein pernah bertanya kepada W. Heisenberg di Berlin "Filosofi apa
yang mendasari anda mengenai teori aneh anda? Teori tersebut terlihat menarik, tetapi
apa yang dimaksud dengan kuantitas yang dapat diamati saja?" W. Heisenberg
menjawab bahwa ia tidak percaya kepada keberadaan 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 benar sedangkan anda menggunakannya". Einstein mengatakan bahwa "I may have
used it, but still it is nonsense"!
Dari penegasan Einstein tentang kuantitas teramati, Heisnberg menyimpulkan:
Observation means that we construct some connections between a phenomenon and our
realization of the phenomenon. There is something happening in the atom, the light is
emitted, the light hits the photographic plate, we see the photographic plate and so on
and so on. In this whole course of events between the atom and your eye and your
consciousness you must assume that everything work as in the old physics. If you would
change the theory concerning the sequence of events then of course the observation
would be altered.
Bagi Heisenberg, penegasan Einstein tersebut sangat bermanfaat dalam penelitian
selanjutnya bersama dengan Neils Bohr. Penegasan tersebut sekaligus mengingatkan
bahwa akan sangat membahayakan apbila hanya meneliti tentang kuantitas yang teramati
saja, padahal disamping semua kuantitas yang dapat diamati secara langsung masih
banyak hal yang dimungkinkan untuk dapat diamati secara tidak langsung. Akhirnya
Heisenberg mengakuinya dengan mengemukakan "this was that one should not strick too
much to one special group of experiments; one should rather try to keep in touch with all
the developments in all the relevant experiments so that one should always have the
whole picture in mind before one tries to fix a 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 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.

6. 6
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.
Pada periode yang sama, seorang polimat John Von Neumann merumuskan dasar
matematika yang tepat untuk mekanika kuantum yaitu teori operator linear. Hal tersebut
digambarkan dalam bukunya pada tahun 1932.
Bidang ilmu kimia kuantum dirintis oleh fisikawan Walter Heitler dan Fritz London yang
mempublikasikan suatu studi tentang ikatan kovalen dan molekul hydrogen pada tahun
1927. Kimia kuantum dibangaun oleh banyak orang termasuk kimiawan teori Amerika,
Pauling dan John C Slater ke dalam banyak teori misalnya teori molekuler orbit dan teori
valensi.
Pada tahun 1927 mulai dilakukan penerapan mekanika kuantum untuk sebuah bidang
yang lebih dari partikel tunggal, yang menghasilkan teori medan 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.
C. 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,
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,

7. 7
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.
D. Tokoh-Tokoh Mekanika Kuantum
a. 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 ukuran yang hati-hati perihal radiasi yang dikeluarkan oleh
obyek itu bahkan sebelum Planck bekerja dalam masalah itu.
Hasil karya Planck pertama adalah penemuannya dalam hal formula secara aljabar yang
ruwet yang dengan tepat menggambarkan "radiasi kuantitas gelap." Formula ini yang
kerap digunakan dalam teori fisika sekarang dengan rapi meringkas data-data percobaan.
Tetapi ada satu masalah: hukum fisika yang sudah diterima meramalkan adanya suatu
formula yang samasekali berbeda.
Planck berkecimpung dalam-dalam terhadap soal ini dan akhirnya tampil dengan teori
baru yang radikal: energi radiant cuma keluar pada pergandaan yang tepat dari unit
elementer yang disebut Planck "kuantum". Menurut teori Planck, ukuran kuantum cahaya
tergantung pada frekuensi cahaya (misalnya pada warnanya), dan juga berimbang dengan
kuantitas fisik yang oleh Planck diringkas dengan "h", tetapi sekarang disebut "patokan
Planck." Hipotesa Planck amatlah berlawanan dengan apa yang jadi konsep umum fisika.
Tetapi, dengan penggunaan ini dia mampu menemukan keaslian teoritis yang tepat
daripada formula yang benar tentang "radiasi kuantitas gelap."
Teori Planck begitu revolusioner, yang tak syak lagi bisa dianggap suatu gagasan eksentrik
kalau saja Planck bukan seorang ahli fisika yang mantap dan konservatif. Kendati
hipotesanya terdengar aneh, dalam soal khusus ini jelas merupakan penuntun ke arah
formula yang benar.
Pada mulanya, umumnya ahli fisika (termasuk Planck sendiri) melihat hipotesanya sebagai
tak lain dari sebuah fiksi matematik yang cocok. Sesudah beberapa tahun, hal itu berubah
sehingga konsepsi Planck tentang kuantum dapat digunakan untuk pelbagai fenomena
fisik selain untuk "radiasi kuantitas gelap." Einstein menggunakan konsep ini di tahun
1905 dalam rangka menjelaskan efek fotoelektrika, dan Niels Bohr menggunakannya di
tahun 1913 dalam teorinya tentang struktur atom. Menjelang tahun 1918 tatkala 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.

8. 8
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 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).
Dia kemudian diberikan penghargaan untuk teori relativitasnya karena kelambatannya ini,
dan berkata dengan berpikir dalam tentang ruang dan waktu dari anak-anak lainnya, dia
mampu mengembangkan kepandaian yang lebih berkembang. Pendapat lainnya,
berkembang belakangan ini, tentang perkembangan mentalnya adalah dia menderita
Sindrom Asperger, sebuah kondisi yang berhubungan dengan autisme. Einstein mulai
belajar matematika pada umur dua belas tahun. Ada gosip bahwa dia gagal dalam
matematika dalam jenjang pendidikannya, tetapi ini tidak benar; penggantian dalam
penilaian membuat bingung pada tahun berikutnya. Dua pamannya membantu
mengembangkan ketertarikannya terhadap dunia intelek pada masa akhir kanak-kanaknya

9. 9
dan awal remaja dengan memberikan usulan dan buku tentang sains dan matematika. Pada
tahun 1894, dikarenakan kegagalan bisnis elektrokimia ayahnya, Einstein pindah dari
Munich ke Pavia, Italia (dekat Milan). Albert tetap tinggal untuk menyelesaikan sekolah,
menyelesaikan satu semester sebelum bergabung kembali dengan keluarganya di Pavia.
Kegagalannya dalam seni liberal dalam tes masuk Eidgenössische Technische Hochschule
(Institut Teknologi Swiss Federal, di Zurich) pada tahun berikutnya adalah sebuah langkah
mundur;j dia oleh keluarganya dikirim ke Aarau, Swiss, untuk menyelesaikan sekolah
menengahnya, di mana dia menerima diploma pada tahun 1896, Einstein beberapa kali
mendaftar di Eidgenössische Technische Hochschule. Pada tahun berikutnya dia melepas
kewarganegaraan Württemberg, dan menjadi tak bekewarganegaraan.
Pada 1898, Einstein menemui dan jatuh cinta kepada Mileva Maric, seorang Serbia yang
merupakan teman kelasnya (juga teman Nikola Tesla). Pada tahun 1900, dia diberikan
gelar untuk mengajar oleh Eidgenössische Technische Hochschule dan diterima sebagai
warga negar Swiss pada 1901. Selama masa ini Einstein mendiskusikan ketertarikannya
terhadap sains kepada teman-teman dekatnya, termasuk Mileva. Dia dan Mileva memiliki
seorang putri bernama Lieserl, 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 fisika modern, tanpa
banyak sastra sains yang dapat ia tunjuk atau banyak kolega dalam sains yang dapat ia
diskusikan tentang teorinya. Banyak fisikawan setuju 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.
Teori Bohr memperkenalkan atom sebagai sejenis miniatur planit mengitari matahari,
dengan elektron-elektron mengelilingi orbitnya sekitar bagian pokok, tetapi dengan
perbedaan yang sangat penting: bilamana hukum-hukum fisika klasik mengatakan tentang

10. 10
perputaran orbit dalam segala ukuran, Bohr membuktikan bahwa elektron-elektron dalam
sebuah atom hanya dapat berputar dalam orbitnya dalam ukuran spesifik tertentu. Atau
dalam kalimat rumusan lain: elektron-elektron yang mengitari bagian pokok berada pada
tingkat energi (kulit) tertentu tanpa menyerap atau memancarkan energi. Elektron dapat
berpindah dari lapisan dalam ke lapisan luar jika menyerap energi. Sebaliknya, elektron
akan berpindah dari lapisan luar ke lapisan lebih dalam dengan memancarkan energi.
Teori Bohr memperkenalkan perbedaan radikal dengan gagasan teori klasik fisika.
Beberapa ilmuwan yang penuh imajinasi (seperti Einstein) segera bergegas memuji kertas
kerja Bohr sebagai suatu "masterpiece," suatu kerja besar; meski begitu, banyak ilmuwan
lainnya pada mulanya menganggap sepi kebenaran teori baru ini. Percobaan yang paling
kritis adalah kemampuan teori Bohr menjelaskan spektrum dari hydrogen atom. Telah
lama diketahui bahwa gas hydrogen jika dipanaskan pada tingkat kepanasan tinggi, akan
mengeluarkan cahaya. Tetapi, cahaya ini tidaklah mencakup semua warna, tetapi hanya
cahaya dari sesuatu frekuensi tertentu. Nilai terbesar dari teori Bohr tentang atom adalah
berangkat dari hipotesa sederhana tetapi sanggup menjelaskan dengan ketetapan yang
mengagumkan tentang gelombang panjang yang 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 para pencoba. Sebagai tambahan, teori Bohr tentang struktur atom menyuguhkan
penjelasan 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 direkturnya.
Di bawah pirnpinannya cepat menarik minat ilmuwan-ilmuwan muda 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 sempurna menjelaskan kesulitan
masa depan atom (misalnya hidrogen) yang punya satu elektron, tidak dengan persis
memperkirakan spektra dari atom-atom lain. Beberapa ilmuwan, terpukau oleh sukses luar
biasa teori Bohr dalam hal memaparkan atom hidrogen, berharap dengan jalan
menyempurnakan sedikit teori Bohr, mereka dapat juga menjelaskan spektra atom yang
lebih berat. Bohr sendiri merupakan salah seorang pertama yang menyadari
penyempurnaan kecil itu tak akan menolong, karena itu yang diperlukan adalah
perombakan radikal. Tetapi, bagaimanapun dia mengerahkan segenap akal geniusnya, toh
dia 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 di Kopenhagen, yang tak syak lagi telah
mengambil manfaat yang besar dari diskusi-diskusi dengan Bohr dan saling berhubungan
satu sama lain. Bohr sendiri bergegas menuju ide baru itu dan membantu
mengembangkannya. Dia membuat sumbangan penting terhadap teori baru, dan liwat
disuksi-diskusi dan tulisan-tulisan, dia menolong membikin lebih sistematis.
Tahun 1930-an lebih menunjukkan perhatiannya terhadap permasalahan bagian pokok
struktur atom. Dia mengembangkan model penting "tetesan cairan" bagian pokok atom.
Dia juga mengajukan masalah teori tentang "kombinasi bagian pokok" dalam reaksi atom

11. 11
untuk dipecahkan. Tambahan pula, Bohr merupakan orang yang dengan cepat menyatakan
bahwa isotop uranium yang terlibat dalam pembagian nuklir adalah U235. Pernyataan ini
punya makna penting dalam pengembangan berikutnya dari bom atom.
Dalam tahun 1940 balatentara Jerman menduduki Denmark. Ini menempatkan diri Bohr
dalam bahaya, sebagian karena dia punya sikap anti Nazi sudah tersebar luas, sebagian
karena ibunya seorang Yahudi. Tahun 1943 Bohr lari meninggalkan Denmark yang jadi
daerah pendudukan, menuju Swedia. Dia juga menolong sejumlah besar orang Yahudi
Denmark melarikan diri agar terhindar dari kematian dalam kamar-kamar gas Hitler. Dari
Swedia Bohr lari ke 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 lembaga hingga
rohnya melayang tahun 1`562. Dalam tahun-tahun sesudah perang Bohr berusaha keras –
walau tak berhasil– mendorong dunia internasional agar mengawasi penggunaan energi
atom.
Bohr kawin tahun 1912, di sekitar saat-saat dia melakukan kerja besar di bidang ilmu
pengetahuan. Dia punya lima anak, salah seorang bernama Aage Bohr, memenangkan
hadiah Nobel untuk bidang fisika di tahun 1975. Bohr merupakan orang yang paling
disenangi di dunia ilmuwan, bukan semata-mata karena menghormat ilmunya yang genius,
tetapi juga pribadinya dan karakter serta rasa kemanusiaannya yang mendalam.
Kendati teori orisinal Bohr tentang struktur atom sudah berlalu lima puluh tahun yang
lampau, dia tetap merupakan salah satu dari tokoh besar di abad ke-20. Ada beberapa
alasan mengapa begitu. Pertama, sebagian dari hal-hal penting teorinya masih tetap
dianggap benar. Misalnya, gagasannya bahwa atom dapat ada hanya pada tingkat energi
yang cermat adalah merupakan bagian tak terpisahkan dari semua teori-teori struktur atom
berikutnya. Hal lainnya lagi, gambaran Bohr tentang atom punya arti besar buat
menemukan sesuatu untuk diri sendiri, meskipun ilmuwan modern tak menganggap hal itu
secara harfiah benar. Yang paling penting dari semuanya itu, mungkin, adalah gagasan
Bohr yang merupakan tenaga pendorong bagi perkembangan "teori kuantum." Meskipun
beberapa gagasannya telah kedaluwarsa, namun jelas 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.

12. 12
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.
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
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
Salah satu konsekuensi dari teori Heisenberg adalah apa yang terkenal --dengan rumus
"prinsip ketidakpastian" yang dirumuskannya sendiri di tahun 1927. Prinsip itu umumnya
dianggap salah satu prinsip yang paling mendalam di bidang ilmiah dan paling punya daya
jangkau jauh. Dalam praktek, apa yang diterapkan lewat penggunaan "prinsip
ketidakpastian" ini adalah mengkhususkan batas-batas teoritis tertentu terhadap

13. 13
kesanggupan kita membuat ukuran-ukuran ilmiah. Akibat serta pengaruh dari sistem ini
sangat dahsyat. Apabila hukum dasar fisika menghambat seorang ilmuwan --bahkan dalam
keadaan yang ideal sekalipun-- mendapatkan pengetahuan yang cermat dari suatu
penyelidikan, ini disebabkan karena sifat-sifat masa depan dari sistem itu tidak
sepenuhnya bisa diramalkan. Menurut "prinsip ketidakpastian," tak akan ada perbaikan
pada peralatan ukur kita yang akan mengijinkan kita mengungguli kesulitan, ini.
"Prinsip ketidakpastian" ini menjamin bahwa fisika, dalam keadaannya yang lumrah, tak
sanggup membikin lebih dari sekedar dugaan-dugaan statistik. Seorang ilmuwan yang
menyelidiki radioaktivitas, misalnya, mungkin mampu menduga bahwa satu dari setriliun
atom radium, dua juta akan mengeluarkan sinar gamma dalam waktu sehari sesudahnya.
Tetapi, Heisenberg sendiri tidak bisa menaksir apakah ada atom radium yang khusus yang
akan berbuat begitu. Dalam banyak hal yang praktis, ini bukannya satu pembatasan yang
ketat. Bilamana menyangkut jumlah besar, metoda statistik sering mampu menyuguhkan
basis pijakan yang dapat dipercaya untuk sesuatu langkah. Tetapi, jika menyangkut jumlah
dari ukuran kecil, soalnya jadi lain. Di sini "prinsip ketidakpastian" memaksa kita
menghindar dari gagasan sebab-akibat fisika yang ketat. Ini mengedepankan suatu
perubahan yang amat mendasar dalam pokok filosofi ilmiah. Begitu mendasarnya sampai-
sampai ilmuwan besar Einstein tak pernah mau terima prinsip ini. "Saya tidak percaya,"
suatu waktu Einstein berkata, "bahwa Tuhan main-main dengan kehancuran alam
semesta."
Tetapi, ini pada hakekatnya sebuah pertanda bahwa ahli-ahli fisika yang paling modern
merasa perlu menerimanya.
Jelaslah sudah, dari sudut teori kuantum, dan pada tingkat lebih lanjut bahkan lebih besar
dari "teori relativitas," telah merombak konsep dasar kita tentang dunia fisik. Tetapi,
konsekuensi teori ini tidaklah semata bersifat filosofis.
Diantara penggunaan praktisnya, dapat dilihat pada peralatan modern seperti mikroskop
elektron, laser dan transistor. Teori kuantum juga secara luas digunakan dalam bidang
fisika nuklir dan tenaga atom. Ini membentuk dasar pengetahuan kita tentang bidang
"spectroscopy" (alat memprodusir dan meneliti spektra cahaya), dan ini digunakan secara
luas di sektor astronomi dan kimia. Dan juga dimanfaatkan dalam penyelidikan teoritis
dalam masalah yang topiknya beraneka ragam seperti kualitas khusus cairan belium, dasar
susunan 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.

14. 14
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 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.
Setelah menyelesaikan pendidikan SMA dan sekolah teknik, Paul Dirac melanjutkan studi
di Jurusan teknik elektro Universitas Bristol pada tahun 1918. Pilihannya ini diambil
berdasarkan anjuran ayahnya yang menginginkan Paul mendapatkan pekerjaan yang baik.
Dirac menyelesaikan kuliahnya dengan baik, tetapi dia tidak mendapatkan pekerjaan yang
cocok paska berkecamuknya perang dunia pada saat itu. Keinginannya adalah pergi ke
Universitas Cambridge untuk meperdalam matematika dan fisika. Dia diterima di akademi
St John Cambridge pada tahun 1921, tetapi hanya ditawarkan beasiswa yang tidak
memadai untuk menyelesaikan kuliahnya. Untungnya dia sanggup mengambil kuliah
matematika terapan di Universitas Bristol selama dua tahun tanpa harus membayar uang
kuliah dan tetap dapat tinggal di rumah. Setelah itu pada tahun 1923 dia berhasil
mendapatkan beasiswa penuh di akademi St John dan dana penelitian dari Departemen
perindustrian dan sains, tetapi dana ini pun belum bisa menutupi jumlah biaya yang
diperlukan untuk kuliah di Cambridge. Pada akhirnya Paul Dirac berhasil mewujudkan
keinginannya kuliah di Akademi St John karena adanya permintaan dari pihak universitas.
Di Cambridge Paul Dirac mengerjakan semua pekerjaan sepanjang hidupnya sejak kuliah
paska sarjananya pada tahun 1923 sampai pensiun sebagai 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 of merit tahun 1973. Paul
Dirac merupakan fisikawan teoritis Inggris terbesar di abad ke-20. Pada tahun 1995
perayaan besar disellenggarakan di London untuk mengenang hasil karyanya dalam fisika.
Sebuah monumen dibuat di Westminster Abbey untuk mengabadikan namanya dan hasil
karyanya, di mana di sini dia bergabung bersama sejumlah monumen yang sama yang
dibuat untuk Newton, Maxwell, Thomson, Green dan fisikawan-fisikawan besar lainnya.
Pada monumen itu disertakan pula Persamaan Dirac dalam bentuk relativistik yang
kompak. Sebenarnya persamaan ini bukanlah persamaan yang digunakan Dirac pada saat
itu, tetapi kemudian persamaan ini digunakan oleh mahasiswanya. Dirac mengukuhkan
teori mekanika kuantum dalam bentuk yang paling umum dan mengembangkan
persamaan relativistik untuk elektron, yang sekarang dinamakan menggunakan nama

15. 15
beliau yaitu persamaan Dirac. Persamaan ini juga mengharuskan adanya keberadaan dari
pasangan antipartikel untuk setiap partikel misalnya positron sebagai antipartikel dari
elektron. Dia adalah orang pertama yang mengembangkan teori medan kuantum yang
menjadi landasan bagi pengembangan seluruh teori tentang partikel subatom atau partikel
elementer. Pekerjaan ini memberikan dasar bagi pemahaman kita tentang gaya-gaya
alamiah. Dia mengajukan dan menyelidiki konsep kutub magnet tunggal (magnetic
monopole), sebuah obyek yang masih belum dapat dibuktikan keber-adaannya, sebagai
cara untuk memasukkan simetri yang lebih besar ke dalam persamaan medan
elektromagnetik Maxwell.
Paul Dirac melakukan kuantisasi medan gravitasi dan membangun teori medan kuantum
umum dengan konstrain dinamis, yang memberikan landasan bagi terbentuknya Teori
Gauge dan Teori Superstring, sebagai kandidat Teory Of Everything, yang berkembang
sekarang. Teori-teorinya masih berpengaruh dan penting dalam perkembangan fisika
hingga saat ini, dan persamaan dan konsep yang dikemukakannya menjadi bahan diskusi
di kuliah-kuliah fisika teori di seluruh dunia. Langkah awal menuju teori kuantum baru
dimulai oleh Dirac pada akhir September 1925. Saat itu, R H Fowler, pembimbing
risetnya, menerima salinan makalah dari Werner Heisenberg berisi penjelasan dan
pembuktian teori kuantum lama Bohr dan Sommerfeld, yang masih mengacu pada prinsip
korespondensi Bohr tetapi berubah persamaannya sehingga teori ini mencakup secara
langsung kuantitas observabel. Fowler mengirimkan makalah Heisenberg kepada Dirac
yang sedang berlibur di Bristol dan menyuruhnya untuk mempelajari makalah itu secara
teliti. Perhatian Dirac langsung tertuju pada hubungan matematis yang aneh, pada saat itu,
yang dikemukakan oleh seorang seperti Werner Karl Heisenberg.
Beberapa pekan kemudian setelah kembali ke Cambridge, Dirac tersadar bahwa bentuk
matematika tersebut mempunyai bentuk yang sama dengan kurung poisson (poisson
Bracket) yang terdapat dalam fisika klasik dalam pembahasan tentang dinamika klasik dari
gerak partikel. Didasarkan pada pemikiran ini dengan cepat dia merumuskan ulang teori
kuantum yang didasarkan pada variabel dinamis non-komut (non-comuting dinamical
variables). Cara ini membawanya kepada formulasi mekanika kuantum yang lebih umum
dibandingkan dengan yang telah dirumuskan oleh fisikawan yang lain. Pekerjaan ini
merupakan pencapaian terbaik yang dilakukan oleh Dirac yang menempatkannya lebih
tinggi dari fisikawan lain yang pada saat itu sama sama mengembangkan teori kuantum.
Sebagai fisikawan muda yang baru berusia 25 tahun, dia cepat diterima oleh komunitas
fisikawan teoritis pada masa itu. Dia diundang untuk berbicara di konferensi-konferensi
yang diselenggarakan oleh komunitas fisika teori, termasuk kongres Solvay pada tahun
1927 dan tergabung sebagai anggota dengan hak-hak yang sama dengan anggota yang lain
yang terdiri dari para pakar fisika ternama dari seluruh dunia.
Formulasi umum tentang teori kuantum yang dikembangkan oleh Dirac
memungkinkannya untuk melangkah lebih jauh. Dengan formulasi ini, dia mampu
mengembangkan teori transformasi yang dapat menghubungkan berbagai formulasi-
formulasi yang berbeda dari teori kuantum. Teori tranformasi menunjukkan bahwa semua
formulasi tersebut pada dasarnya memiliki konsekuensi fisis yang sama, baik dalam
persamaan mekanika gelombang Schrodinger maupun mekanika matriknya Heisenberg.
Ini merupakan pencapaian yang gemilang yang membawa pada pemahaman dan kegunaan
yang lebih luas dari mekanika kuantum. Teori tranformasi ini merupakan puncak dari
pengembangan mekanika kuantum oleh Dirac karena teori ini menyatukan berbagai versi
dari mekanika kuantum, yang juga memberikan jalan bagi pengembangan mekanika

16. 16
kuantum selanjutnya. Di kemudian hari rumusan teori transformasi ini menjadi miliknya
sebagaimana tidak ada versi mekanika kuantum yang tidak menyertainya. Bersama dengan
teori transformasi, mekanika kuantum versi Dirac disajikan dalam bentuk yang sederhana
dan indah, dengan struktur yang menunjukkan kepraktisan dan konsep yang elegan, dan
berkaitan erat dengan teori klasik.
Karir cemerlang Dirac sesungguhnya telah tampak ketika dia masih berada di tingkat
sarjana. Pada saat itu Dirac telah menyadari pentingnya teori relatifitas khusus dalam
fisika, suatu teori yang menjadikan Einstein terkenal pada tahun 1905, yang dipelajari
Dirac dari kuliah yang dibawakan oleh C D Broad, seorang profesor filsafat di Universitas
Bristol. Sebagian besar makalah yang dibuat Dirac sebagai mahasiswa paska sarjana
ditujukan untuk menyajikan bentuk baru dari rumusan yang sudah ada dalam literatur
menjadi rumusan yang sesuai (kompatibel) dengan relatifitas khusus. Pada tahun 1927
Dirac berhasil mengembangkan teori elektron yang memenuhi kondisi yang disyaratkan
oleh teori relatifitas khusus dan mempublikasikan persamaan relativistik yang invarian
untuk elektron pada awal tahun 1928. Sebagian fisikawan lain sebenarnya memiliki
pemikiran yang sama dengan apa yang dilakukan oleh Dirac, meskipun demikian belum
ada yang mampu menemukan persamaan yang memenuhi seperti apa yang telah dicapai
oleh Dirac. Dia memiliki argumen yang sederhana dan elegan yang didasarkan pada tujuan
bahwa teori tranformasinya dapat berlaku juga dalam mekanika kuantum relativistik
sebuah argumen yang menspesifikasikan bentuk umum dari yang harus dimiliki oleh
persamaan relativistik ini, sebuah argumen yang menjadi bagian 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-baru ini menulis, persamaan
ini bagi saya adalah bagian fisika teori yang paling indah dan menantang yang pernah saya
lihat sepanjang hidup saya, yang hanya bisa dibandingkan dengan kesimpulan Maxwell
bahwa arus perpindahan dan juga medan elektromagnetik harus ada. Selain itu, persamaan
Dirac untuk elektron 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 sampai sekarang. Perkiraan yang
dibuatnya telah dibuktikan dalam sistem atom dan molekul. Telah ditunjukkan juga bahwa
hal ini berlaku untuk partikel lain yang memiliki spin yang sama dengan elektron seperti
proton, hyperon dan partikel keluarga baryon lainnya. konsep ini dapat diterapkan secara
universal dan diketahui dengan baik oleh para fisikawan dan kimiawan, sesuatu yang tidak
seorangpun dapat membantahnya. Melihat kenyataan ini, Dirac merasa sudah waktunya
untuk menyatakan, teori umum mekanika kuantum sudah lengkap sekarang, hukum-
hukum fisika yang yang mendasari diperlukannya teori matematika dari bagian besar
fisika dan keseluruhan bagian dari kimia.
Dirac menunjukkan kemudian bahwa persamaannya ini mengandung implikasi yang tidak
diharapkan bagi suatu partikel. Persamaannya memperkirakan adanya antipartikel, seperti
positron dan antiproton yang bermuatan negatif, yaitu suatu obyek yang saat ini sudah
sangat dikenal di laboratorium fisika energi tinggi. Menurut teorinya, semua partikel
memiliki antipartikel yang tertentu yang terkait dengannya. sebagian besar dari
antipartikel ini sekarang telah dibuktikan keberadaannya. Positron dan antiproton adalah
sebagian kecil dari antipartikel yang sudah sangat dikenal, keduanya dapat berada dalam
kondisi stabil di ruang hampa, dan saat ini digunakan secara luas dalam akselerator
penumbuk partikel (collider accelerator) yang dengannya fisikawan mempelajari

17. 17
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.
E. 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:
 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.

18. 18
BAB III
PENUTUP
A. KESIMPULAN
Berdasarkan pembahasan yang telah disampaikan pada makalah ini maka dapat
ditarik 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.
B.

19. 19
DAFTAR PUSTAKA
 http://www.fisikanet.lipi.go.id/utama.cgi?cetakartikel&1110895619
 http://id.wikipedia.org/wiki/Mekanika_kuantum
 http://translate.google.co.id/translate?hl=id&langpair=en|id&u=http://en.wikipedia.
org/wiki/History_of_quantum_mechanics
 http://tokoh-ilmuwan-penemu.blogspot.com/2009/08/ilmuwan-fisika-teori-dirac.html
 http://elektrokita.blogspot.com/2008/10/biografi-albert-einstein.html
 http://kolom-biografi.blogspot.com/2010/01/biografi-ernest-rutherford-penemu-
model.html
 http://kolom-biografi.blogspot.com/2009/02/biografi-werner-heisenberg.html
 http://kolom-biografi.blogspot.com/2009/01/biografi-max-planck.html

20. 20
KATA PENGANTAR
Puji dan Syukur kita Panjatkan ke Hadirat Tuhan Yang Maha Esa karena berkat limpahan
Rahmat dan Karunia-Nya sehingga penulis dapat menyusun makalah ini tepat pada
waktunya. Makalah ini membahas tentang Teori Atom Mekanika Kuantum sebagai tugas dari
mata kuliah Kimia.
Dalam penyusunan makalah ini, penulis banyak mendapat tantangan dan hambatan akan
tetapi dengan bantuan dari berbagai pihak tantangan itu bisa teratasi. Olehnya itu, penyusun
mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada 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 dari bentuk
penyusunan maupun materinya. Kritik konstruktif dari pembaca sangat diharapkan untuk
penyempurnaan makalah selanjutnya.
Akhir kata semoga makalah ini dapat memberikan manfaat kepada kita.
Raha, November 2013
Penyusun

21. 21
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR…………………………………………………………... i
DAFTAR ISI……………………………………………………………………. ii
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang………………………………………………………..….. 1
1.2 Tujuan Makalah ......................................................................................... 1
II. PEMBAHASAN
2.1 Sejarah Awal .............………………………………….................................. 2
2.2 Perkembangan Mekanika Kuantum ................................................................. 5
2.3 Eksperimen-Eksperimen yang Mendasari Mekanika Kuantum ..................... 10
2.4 Tokoh-Tokoh Mekanika Kuantum ................................................................. 11
2.4 Bukti dari Mekanika Kuantum ....................................................................... 30
BAB III KESIMPULAN
DAFTAR PUSTAKA

22. 22
TUGAS KIMIA ORGANIK
JURNAL ILMIAH YANG MENGENAI
AMILUN PADA DAUN DAN PUSTAKA
PEMBANDINGNYA
DISUSUN OLEH :
NAMA : PUTU SUARJANA
NIM : 91204016
PRODI : AGROTEKNOLOGI
SEKOLAH TINGGI PERTANIAN WUNA
(STIP)
2013

23. 23