Fisika
kuantum adalah fisika yang dipelopori oleh Einstein, tetapi kemudian dibencinya
sendiri. Fisika kuantum yang memberi kesan bahwa alam ini probabilistik atau
acak membuatnya gusar. Sebagai penolakan, konon Einstein pernah berkomentar: ”
Alam penuh rahasia karena ia memang agung, bukan menipu”. Sebagian
menginterpretasikan kalimat Einstein itu dengan “Tuhan tidak bermain dadu”,
atau “Tuhan tidak berjudi”. Kata kuantum dalam KBBI (ku·an·tum n 1 banyaknya
(jumlah) sesuatu; 2 bagian dr energi yg tidak dapat dibagi lagi) sama sekali
tidak menggambarkan apa yang dimaksudkan dengan kuantum dalam fisika. Maknanya
tercatum dalam entri zarah (za·rah n 1 butir (materi) yg halus sekali;
partikel;). Dalam fisika kuantum, radiasi adalah zarah. Hanya saja, zarahnya dibagi
lagi. Zarah yang bisa menempati suatu titik secara bersama-sama, disebut boson.
Zarah yang individualis, tidak mau bersama-sama, disebut fermion. Tapi,
gabungan fermion berjumlah genap jadi boson, sedangkan gabungan boson tetap
boson. Tambah aneh saja. Pada tahun 1913 Niels Bohr mengungkapkan konsep atom
sebagai inti atom yang dikelilingi sejumlah elektron pada orbitnya, seperti
matahari dikelilingi oleh satelit-satelitnya. Orbit yang berbeda memiliki
tingkat energi yang berbeda. Elektron dapat melompat dari satu orbit ke orbit
yang lain berdasarkan energi yang dilepas atau di terima. Bila elektron
menerima energi, ia dapat melompat dari orbit berenergi rendah ke orbit
berenergi lebih tinggi. Sebaliknya, bila karena sesuatu sebab elektron melompat
dari orbit berenergi lebih tinggi ke orbit berenergi lebih rendah,
dilepaskanlah energi. Serapan atau lepasan energi ini disebut photon. Photon
adalah boson. Photon adalah zarah cahaya, kuantum cahaya, paket cahaya. Anda
tahu LED (light Emitting Diode), kan? Elektron dalam LED berlompatan ke level
energi yang lebih rendah (karena kita memberinya tegangan listrik) sehingga
kelihatan menyala (melepaskan photon). Lompatan antara beda energi yang rendah
menghasilkan cahaya yang tak tampak (infra merah, kita gunakan pada remote
control TV dan AC). Lompatan dengan beda energi yang lebih besar menghasilkan
warna merah. Beda energi yang lebih besar lagi menghasilkan cahaya kuning, lalu
hijau, lalu biru. Jadi warna yang dihasilkan LED adalah warna aslinya, tidak
perlu diberi bungkus warna tertentu. Layar TV anda yang baru mungkin juga
terdiri dari jutaan LED berwarna merah, hijau, dan biru. Kombinasi intensitas
tiga warna ini memberikan jutaan warna lain. Kalau intensitas ke tiga warna ini
nol, warna yang dihasilkan adalah hitam. Peristiwa fisika kuantum tak terasa
telah menyerbu kehidupan kita. Fisika kuantum telah memungkinkan berkembangnya
teknologi elektronika dan komunikasi. Sensasi warna adalah peristiwa fisika
kuantum. Bersyukurlah kalau anda tidak buta warna. Gambaran yang diberikan oleh
Bohr mengenai atom tidak sepenuhnya benar. Erwin Schrodinger menyusun teori
mengenai mekanisme atom, sehingga teorinya disebut mekanika kuantum, dan
menjelaskan bahwa elektron tidak mengorbit secara teratur di sekeliling inti
atom. Elektron memenuhi ruang disekitar inti atom dengan probabilitas
keberadaannya. Probabilitas ini berbentuk awan atau kabut yang menyelimuti inti
atom. Bila kita tidak mengukurnya dengan sengaja, kita tidak tahu di mana
elektron berada. Tunneling, adalah fenomena dimana sesuatu menyebrangi
penghalang, padahal energi yang dimilikinya tidak cukup untuk memanjat
penghalang untuk menyebranginya. Benda yang mengalami tunneling tidak memanjat,
tetapi menembus dinding penghalang itu untuk sampai ke seberang, seperti hantu.
Tunneling diijinkan terjadi oleh fisika kuantum, dimana posisi sesuatu adalah
probabilitas, dan probabilitas keberadaan sesuatu di seberang tembok tidaklah
nol. Saya tidak pernah mengalami mobil yang sudah dimasukkan garasi tiba-tiba
ditemukan di luar. Sekalipun teori kuantum menyatakan kemungkinannya
(probabilitasnya) tidak nol. Lagian, mobil bukan zarah. Probabilitas memang
konsep yang bisa ditafsirkan bermacam-macam. Dalam konteks ini, probabilitas
adalah pola yang muncul bila data atau peristiwa yang terjadi berjumlah banyak.
Misalnya undian dengan melempar koin. Karena koin cuma punya dua sisi, bila
probabilitas kemunculan kedua sisinya sama, maka kita menyebutnya memiliki
probabilitas 50% untuk mendapatkan depan, dan 50% untuk mendapatkan belakang.
Ini tidak berarti bahwa kalau kita melempar koin dua kali akan selalu diperoleh
satu depan dan satu belakang. Bisa jadi empat lemparan semuanya memberikan
depan. Dalam sepuluh lemparan mungkin diperoleh 8 depan dan 2 belakang. Kalau
kita perbanyak jumlah lemparan, maka perbandingan munculnya depan dan belakang
akan mendekati 50:50. Setelah 1000 lemparan, bisa jadi diperoleh 513 depan dan
487 belakang (51,3% depan). Setelah sejuta lemparan mungkin diperoleh 500034
depan dan 499766 belakang (50,003% depan dan 49,976% belakang). Yang terakhir
ini kalau kita bulatkan sampai satu desimal saja akan memberikan angka 50:50.
Jadi kalau mobil saya cuma satu dan sudah masuk garasi, maka bisa jadi akan
ditemukan di luar tanpa siapapun memindahkannya (karena tunneling) setelah
sejuta tahun. Padahal besok mobil itu saya keluarkan dengan sengaja. Peristiwa
yang memiliki probabilitas kecil akan muncul bila prosesnya berlangsung tak
henti. Tunnel diode (dioda tunnel), misalnya. Dampak dari electron tunneling
pada dioda ini menyebabkan adanya resistansi negatif (arus turun dengan naiknya
tegangan). Resistansi negatif adalah resep untuk menghasilkan osilasi. Tunnel
diode digunakan sebagai osilator pada peralatan elektronik dan telekomunikasi.
Tunneling terjadi karena jumlah elektron yang terlibat banyak sekali, dan
sumber daya diberikan terus menerus. Salah satu prinsip penting dalam fisika
kuantum adalah: Aliran energi itu tidak kontinyu, namun berbentuk kuantum atau
paket. Implikasinya, perubahan energi juga begitu, dalam bentuk paket.
Perubahan merupakan kelipatan dari paket yang terkecil. Kelipatan terkecil itu
dulu disebut quantum of action, nilainya 6.62606957×10−34 Joule detik. Sekarang
bilangan ini disebut konstanta Planck. Planck menemukan bilangan ini pada tahun
1899, ketika ia kebingungan dengan persamaan yang ia susun untuk menjelaskan
radiasi benda panas. Persamaannya mempunyai banyak jawaban, kecuali bila
radiasi yang terpancar itu dianggap tidak kontinyu, tetapi dalam paket-paket.
Paket atau kuantum itu merupakan kelipatan bilangan yang amat kecil,
6.62606957×10−34 Joule detik. Planck berharap penjelasannya yang aneh ini akan
segera diperbaiki oleh para peneliti lain. Tetapi Einstein malah memberikan
konfirmasi dalam teori fotoelektrik, bahwa radiasi memang berbentuk paket atau
kuantum. Teori fotoelektrik memberi Einstein hadiah Nobel. Konstanta Planck
sekarang sudah menjadi bahan praktikum fisika. Praktikan diminta menghitung
konstanta Planck dengan peralatan yang sekarang sudah dianggap sederhana:
sejumlah LED berbagai warna, catu daya, resistor, voltmeter, spektrometer.
Rumusnya: E=eVo=hc/λ. e adalah muatan elektron. Vo adalah tegangan nyala LED. c
adalah kecepatan cahaya λ adalah panjang gelombang cahaya yang dihasilkan LED.
Konstanta Planck bila ditulis dalam desimal akan menjadi 0,00...06626, dengan
33 buah nol di belakang koma sebelum angka 6. Kecil banget, sehingga untuk
kemudahan sehari-hari sama dengan nol, dan kita boleh saja menganggap energi
yang mengalir di rumah kita yang menyalakan lampu, TV, kulkas, mesin cuci,
pompa air, dsb. adalah kontinyu. Selama ini kita tak punya keraguan bahwa
udara, air dan semua benda yang bisa kita raba adalah kontinyu. Padahal mereka
terdiri atas molekul dan atom yang diskrit atau berbentuk paket atau kuantum.
Atom sendiri terdiri atas inti atom (proton dan neturon) yang diselimuti kabut
elektron. Volume kabut elektron ini jauh lebih besar dari inti atom, sehingga
sebenarnya benda-benda ini merupakan ruang kosong, dan dibentuk oleh ruang yang
merupakan kabut elektron. Sedangkan kita tahu yang disebut kabut elektron itu
bukan kabut yang disebabkan oleh banyaknya elektron yang seliweran, namun hanya
beberapa elektron yang memiliki probabilitas keberadaan yang membentuk ruang
yang berbentuk awan atau kabut. Secara singkat, fisika kuantum menyatakan bahwa
semua partikel (molekul, atau atom, dan semua yang lebih kecil) selalu
bergerak, dan gerakannya acak, memancarkan atau menyerap energi secara paket
(kuantum). Makin tinggi suhunya, makin cepat gerakannya. Pada gas, gerak yang lebih
cepat ini menyebabkan kenaikan tekanan. Pada zat cair, pemanasan menyebabkan
sebagian atom memperoleh energi yang cukup untuk melepaskan diri dari ikatan
cairan dan menjadi gas (menguap). Pada zat padat, pemanasan menyebabkan ikatan
padat melemah sehingga mencair. Yang cukup menganggu adalah pernyataan bahwa
gerakan partikel itu acak, atau bersifat probabilistik. Terbiasa dengan
prediksi yang selalu terbukti tepat, Einstein pun tidak menyukai fisika
kuantum. Saya sih ok saja apapun kata fisika kuantum, karena saya hanya
mengerti sedikit saja. Namun saya percaya kepada para ahli. Mereka telah
memungkinkan para industrialis meraup untung, dan membuat hidup kita lebih
nyaman. Saya juga hidup dalam skala makro, bukan pada tingkat zarah.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar