Post on 05-Oct-2015
2/4/2015 FisikaKuantum|PesonaFisika
http://arhielipu.blogspot.com/2011/04/fisikakuantum.html 1/6
26thApril2011
A.FenomenayangMendasariMunculnyaMekanikaKuantum
Dasar dimulainyaperiode fisikakuantumadalahketika fisikaklasik tidakbisamenjelaskan
gejalagejala fisika yang bersifat mikroskofis dan bergerak dengan kecepatan yang mendekati
kecepatancahaya.Olehkarenaitu,diperlukancarapandangyangberbedadengansebelumnyadalam
menjelaskangejalafisikatersebut.
SejarahfisikakuantumdimulaiketikaMichaelFaradaymenemukansinarkatoda.Kemudian
pada tahun18591860,GustavKirchoffmemberikanpernyataan tentang radiasi bendahitam.Pada
tahun1887LudwigBoltzmanmenyatakanbahwabentukenergipadasistemfisikaberbentukdiskrit.
Pada tahun 1900 fisikawan Jerman, Max Planck memperkenalkan ide bahwa energi itu
terkuantisasi. Ide inimuncul berkenaan dengan situasi pada saat tersebut yaitu ketika para ilmuan
tidakbisamenjelaskanfenomenaradiasispectrumcahayayangdipancarkanolehsuatubendamampat
pada temperatur tertentuyangdikenaldengan radiasibendahitam.Teori fisikaklasikpadasaat itu
tidakbisamenjelaskankenapacahayaselaincahayatampak,cahayacahayalainyangtidaktampak
pun dipancarkan.Hal tersebutmenunjukan bahwa untukmeradiasikan gelombang elektromagnetik
ternyatabendatidakperluterlalupanas,bahkanpadasuhukamarpunbendatetapbisamemancarkan
gelombangelektromagnetik.
Sifat yangdiamati dari radiasi bendahitam ini tidakbisa diterangkanoleh teoriteori fisika
yang berkembang pada saat itu. Sampai akhirnya Planck menurunkan persamaan yang dapat
menerangkan radiasi spectrum ini sebagai fungsi temperatur dari benda yangmeradiasikannya dan
memandangbahwaradiasiinidipancarkantidakdalambentukkontinutapidalambentukpaketpaket
energi yang disebut kuanta. Besarnya energi yang diradiasikan itu sebanding dengan frekuensi v.
Setiappaketenergitersebutmeradiasikanenergisebesar:
E=hv
DenganhmerupakankonstantaPlanck.Planck juga tidakmenyangsikan teoriklasikyangditerima
pada waktu itu yaitu bahwa cahaya diradiasikan dalam bentuk gelombang bukan dalam bentuk
partikelyangmembuatteoritersebuttidakbisamenjelaskanfenomenaradiasibendahitamini.
FisikaKuantum
2/4/2015 FisikaKuantum|PesonaFisika
http://arhielipu.blogspot.com/2011/04/fisikakuantum.html 2/6
B.EksperimenEksperimenyangMendasariPerkembanganFisikaKuantum
Berikut ini adalah eksperimen eksperimen yang mendasari perkembangan mekanika
kuantum:
1) ThomasYoungdenganeksperimencelahgandamendemonstrasikan sifatgelombangcahaya
padatahun1805,
2)HenriBecquerelmenemukanradioaktivitaspadatahun1896,
3)J.J.Thompsondenganeksperimensinarkatodamenemukaelectronpadatahun1897,
4)Studiradiasibendahitamantara1850sampai1900yangdijelaskantanpamenggunakankonsep
mekanikakuantum,
5)Einsteinmenjelaskanefekfotolistrikpadatahun1905denganmenggunakankonsepfotondan
partikelcahayadenganenergiterkuantisasi,
6) RobertMilikanmenunjukan bahwa arus listrik bersifat seperti kuanta denganmenggunakan
eksperimentetesminyakpadatahun1909,
7)ErnestRutherfordmengungkapkanmodelatompuddingyaitumassadanmuatanpostifdariatom
terdistribusimeratadenganpercobaanlempenganemaspadatahun1911,
8) OttiSterndanWaltherGerlachmendemonstrasikan sifat terkuantisasinya spinpartikel yang
dikenaldenganeksperimenSternGerlachpadatahun1920,
9)ClintonDavissondanLesterGermermendemondtrasikansifatgelombangdarielectronmelalui
percobaandifraksielectronpadatahun1927,
10)ClydeL.CowandanFrederickReinesmenjelaskankeberadaanneutrinopadatahun1955,
11)ClaussJonssondenganeksperimencelahgandamenggunakanelectronpadatahun1961,
12)EfekHallkuantumyangditemukanolehKlausvonKlitzingpadatahun1980,dan
13)EksperimentalverivicationdanquantumentanglementolehAlainAspectpadatahun1982.
C.PerkembanganFisikaKuantum
Padatahun1905,AlbertEinsteinberhasilmenjelaskanefekfotolistrikdengandidasarioleh
pendapatPlancklimatahunsebelumnyadenganmempostulatkanbahwacahayaataulebihkhususnya
radiasi elektromagenetik dapat dibagi dalam paketpaket tertentu yang disebut kuanta dan berada
2/4/2015 FisikaKuantum|PesonaFisika
http://arhielipu.blogspot.com/2011/04/fisikakuantum.html 3/6
dalamruang.Energiberhasilmenjelaskanbahwauntukmembuatelectronterpancardaripermukaan
logam diperlukan cahaya yang menumbuk. Cahaya tersebut harus memiliki frekuensi melebih
frekuensi ambangdari logam tersebut.Efek foto listrik ini tidakbergantungpada intensitas cahaya
yangditembakansepertipandanganmekanikaklasiktetapihanyabergantungpadafrekuensinyasaja.
Walaupun cahaya lemah ditembakan tetapi memiliki frekuensi yang melebihi frekuensi ambang
ternyataadaelectronyangdipancarkan.
Pernyataan Einstein bahwa cahaya teradiasikan dalam bentuk paketpaket energi yang
kemudiandisebutkuantadinyatakandalamjurnalkuantumyangberjudul"Onaheuristicviewpoint
concerning the emission and transformation of light" pada bulanMaret 1905. Pernyataan tersebut
disebutsebutsebagaipernyataanyangpalingrevolusioneryangditulisolehfisikawanpadaabadke
20.
Paketpaket energiyangpadamasa itudisebutdengankuantakemudiandisebutoleh foton,
sebuahistilahyangdikemukakanolehGilbert&Lewispadatahun1926.Idebahwatiapfotonharus
terdiri dari energi dalam bentuk kuanta merupakan sebuah kemajuan. Hal tersebut dengan efektif
merubahparadigmailmuwanfisikapadasaatituyangsebelumnyamenjelaskanteorigelombang.Ide
tersebuttelahmampumenjelaskanbanyakgejalafisikapadawaktuitu.
Teori kuantum yang menyatakan bahwa cahaya teradiasi dalam bentuk paketpaket energi
secara terpisah dan diserap oleh electron secara individual berhasil menjelaskan efek foto listrik
dengan baik yaitu pada intensitas cahaya yang lemah pun bisa terpancarkan electron dari logam
asalkanfrekuensicahayayangdiberikanmelebihifrekuensiambangdarilogamyangdisinari.Halini
tidak bisa dijelaskan oleh teori gelombang yang dianut para fisikawan pada saat itu.Namun, teori
gelombangtentangcahayainijugadapatmenjelaskandenganbaikbagaimanaterjadinyadifraksidan
interferensi cahaya yang menganggap bahwa cahaya teradiasikan dalam bentuk gelombang yang
menjalarsepertiriakairketikasebuahbendajatuhkedalamair.
Padatahun1913,NeilsBohrmencobamenjelaskangarisgarisspectrumdariatomhydrogen
dengan menggunakan teori kuantisasi. Penjelasannya ini di terbitkan pada bulan Juli 1913 dalam
papernyayangberjudulOntheConstitutionofAtomsandMolecules.Teoriiniiakemukakanuntuk
mendapatgambaranyanglebis jelastentangbagaimanastrukturatomicyangterdapatdalambenda.
2/4/2015 FisikaKuantum|PesonaFisika
http://arhielipu.blogspot.com/2011/04/fisikakuantum.html 4/6
Ilmuwansebelumnyayangberusahamenjelaskan tentangstrukturatomadalahJ.J.Thompsonyang
menyatakan bahwa atom seperti sebuah bola yang bermuatan postif serba sama yangmengandung
electrondantersebarmeratadipermukaannya.
Namun, ternyata teori Bohr ini tidak bisa menjelaskan mengapa garis spectral tertentu
berintensitas lebih tinggi dari yang laiinya. Selain itu, teori ini tidak bisa menjelaskan hasil
pengamatanbahwabanyakgarisspectralsesungguhnyaterdiridarigarisgaristerpisahyangpanjang
gelombangnya sedikit berbeda. Yang paling penting, teori Bohr ini tidak dapat menjelaskan
bagaimana interaksiatomatompenyusun inibisamenyusunkumpulanmakroskopisyangmemiliki
sifatfisikadankimiasepertiyangkitaamatisekarang.
WalaupunteoriBohrtidakterbuktisecaraeksperimen,namunhalinimenjadisebuahcatatan
yangmerubahparadigmaparailmuwasaat itutentangbagaimanamenjelaskangejalatomikdengan
memakaipendekatanyanglebihumum.Halinikemudiandilakukanolehilmuwanilmuwanlainnya
ditahuntahunselanjutnya.
DaridiskusiHenriPoincare tentang teoriPlanckpada tahun1912, tulisannyayangberjudul
Surlatheoriedesquantamenyatakanbahwawalaupunteoritentangkuantisasienergiiniberhasildan
cukup fenomenal, namunpada saat itu tidak adapertimbanganyang tepat tentangkuantisasi.Oleh
karenaitu,kemudianteoritersebutdisebutdenganteorikuantumlama.
Kemudian pada tahun 1931 kata fisika kuantum pertama kali diungkapkan oleh Johnston
dalambukunyayangberjudulPlanck'sUniverseinLightofModernPhysics.
Padatahun1924,seorangfisikawanPerancis,LouisdeBrogliemenyatakanteorinyatentang
gelombang materi dengan menyatakan bahwa partikel dapat menunjukan sifat gelombang dan
sebalikanya. Teori ini berlaku utuk partikel tunggal. Teori tersebut diambil dari teori relativitas
khusus.
Kemudian berdasarkan pemikiran de Broglie mekanika kuantum modern lahir pada tahun
1925yaituketika fisikawanJerman,WernerHeisenbergdanMaxBornmengembangkanmekanika
matriks.Selainitu,ErwinSchrodingerseorangfisikawanAustriamenemukanmekanikagelombang
danpersamaannonrelativistikSchrodinger sebagai pendekatan terhadapkasusumumdari teori de
Broglie.Schrodingermenunjukanbahwakeduatemuannyaeqivalen.
2/4/2015 FisikaKuantum|PesonaFisika
http://arhielipu.blogspot.com/2011/04/fisikakuantum.html 5/6
Padatahun1926EinsteinpernahbertanyakepadaW.HeisenbergdiBerlin"Filosofiapayang
mendasariandamengenaiteorianehanda?Teoritersebutterlihatmenarik,tetapiapayangdimaksud
dengankuantitasyangdapatdiamatisaja?"W.Heisenbergmenjawabbahwaiatidakpercayakepada
keberadaan jejakjejak dalam kamar kabut. Kemudian Einstein menimpali: "tetapi anda harus
menyadaribahwahal tersebutsangatlahsalah".W.Heisenbergmenjawab lagi"tetapikenapakalau
sementarahalinitidakbenarsedangkanandamenggunakannya".Einsteinmengatakanbahwa"Imay
haveusedit,butstillitisnonsense"!
BagiHeisenberg,penegasanEinsteintersebutsangatbermanfaatdalampenelitianselanjutnya
bersama dengan Neils Bohr. Penegasan tersebut sekaligus mengingatkan bahwa akan sangat
membahayakanapbilahanyamenelititentangkuantitasyangteramatisaja,padahaldisampingsemua
kuantitas yang dapat diamati secara langsung masih banyak hal yang dimungkinkan untuk dapat
diamatisecaratidaklangsung.AkhirnyaHeisenbergmengakuinyadenganmengemukakan"thiswas
thatoneshouldnotstricktoomuchtoonespecialgroupofexperimentsoneshouldrathertrytokeep
intouchwithallthedevelopmentsinalltherelevantexperimentssothatoneshouldalwayshavethe
wholepictureinmindbeforeonetriestofixatheoryinmathematicalorotherlanguages".
Heisenbergmerumuskanprisipketidaktentuannyapadatahun1927.InterpretasiCopenhagen
jugamulaimelakukanhalyangsamapadasaatitu.Kemudiandimulaipadasekitartahun1927Dirac
memprosespenyatuanmekanikakuantumdenganrelativitaskhususdenganmengajukanpersamaan
dirac untuk elektron. Persamaan dirac mampu menjelaskan gambaran relativistic dari fungsi
gelombangdarisebuahelectronyanggagaldijelaskanolehSchrodonger.
Persamaan dirac memprediksikan spin electron dan menuntun Dirac untuk meramalkan
keberadaan positron. Dia juga merintis penggunaan tools matematika dalam menjelaskan teori,
termasuknotasibraket.Halinidigambarkandalambukunyayangterkenalpadatahun1930.
Padaperiodeyangsama,seorangpolimatJohnVonNeumannmerumuskandasarmatematika
yang tepat untuk mekanika kuantum yaitu teori operator linear. Hal tersebut digambarkan dalam
bukunyapadatahun1932.
Bidang ilmu kimia kuantum dirintis oleh fisikawanWalter Heitler dan Fritz London yang
mempublikasikansuatustuditentangikatankovalendanmolekulhydrogenpadatahun1927.Kimia
2/4/2015 FisikaKuantum|PesonaFisika
http://arhielipu.blogspot.com/2011/04/fisikakuantum.html 6/6
kuantumdibangaunolehbanyakorangtermasukkimiawanteoriAmerika,PaulingdanJohnCSlater
kedalambanyakteorimisalnyateorimolekulerorbitdanteorivalensi.
Pada tahun 1927mulai dilakukan penerapanmekanika kuantum untuk sebuah bidang yang
lebihdaripartikeltunggal,yangmenghasilkanteorimedankuantum.Orangorangyangpertamakali
menekuni bidang ini diantaranya adalah P.A.M. Dirac, W. Pauli, V. Weisskopf, dan P. Jordan.
Penelitian inimencapaipuncaknyaketikaperumusanelektrodinamikakuantumolehR.P.Feynmen,
F. Dyson, J. Schwinger, dan S.I Tomonaga sepanjang tahun 1940. Kuantum elektrodinamika
merupakanteorikuantumtentangelectron,positron,danmedanelectromagnet.
Teorikuantumchromoynamicspertamakalidirumuskanpadaawaltahun1960.Teoritersebut
dirumuskanolehPolitzer,GrossdanWilczekpadatahun1975.Kemudianberdasarkanpadahasildari
pekerjaanyangdipeloporiolehSchwinger,HiggsdanGoldstone,fisikawanGlashow,Weinbergdan
Salammenunjukanbagaimanagayanuklir lemahdankuantumelektrodinamikadapatdisatukanke
dalamgaya listrik lemah.Darihal tersebutpada tahun1979merekamenerimahadiahnobeldalam
bidangfisika.
Diposkan26thApril2011olehArhieLipu
Label:FisikaKuantum
MasukkankomentarAnda...
Berikomentarsebagai: GoogleAccount
Publikasikan Pratinjau
0 Tambahkankomentar