Kamis, 02 Januari 2014

Lubang Cacing dan Fisika Kuantum





 Fisika Kuantum



Sejarah Fisika Kuantum

Fenomena yang mendasari Lahirnya Fisika Kuantum
Dikutip dari tulisan  : Novi Rosinta
Dasar dimulainya periode fisika kuantum adalah ketika fisika klasik tidak bisa menjelaskan gejala-gejala fisika yang bersifat mikroskopis dan bergerak dengan kecepatan yang mendekati kecepatan cahaya. Oleh karena itu, diperlukan cara pandang yang berbeda dengan sebelumnya dalam menjelaskan gejala fisika tersebut.
Sejarah fisika kuantum dimulai ketika Michael Faraday menemukan sinar katoda. Kemudian pada tahun 1859-1860, Gustav Kirchoff memberikan pernyataan tentang radiasi benda hitam. Pada tahun 1887 Ludwig Boltzman menyatakan bahwa bentuk energi pada sistem fisika berbentuk diskrit.

Max Planck

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 fisika klasik 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 yang 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.Planck juga 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.
Eksperimen mendasari perkembangan FIsika 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 menunjukkan 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.
12)  Efek Hall kuantum yang ditemukan oleh Klaus von Klitzing pada tahun 1980.
13)  Eksperimental verification dan quantum entanglement oleh Alain Aspect pada tahun 1982.
Perkembangan Fisika 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 ditembakkan 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, Niels Bohr mencoba menjelaskan garis-garis spectrum dari atom hydrogen dengan menggunakan teori kuantisasi. Penjelasannya ini diterbitkan pada bulan Juli 1913 dalam papernya yang berjudul On the Constitution of Atoms and Molecules. Teori ini ia kemukakan untuk mendapat gambaran yang lebih 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 lainnya. 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 di tahun-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.
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 menunjukkan sifat gelombang dan sebaliknya.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 menunjukkan 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"!
Bagi Heisenberg, penegasan Einstein tersebut sangat bermanfaat dalam penelitian selanjutnya bersama dengan Neils Bohr. Penegasan tersebut sekaligus mengingatkan bahwa akan sangat membahayakan apabila hanya meneliti tentang kuantitas yang teramati saja, padahal di samping 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 prinsip 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 Schrodinger.
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 dibangun 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 di antaranya 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. Kuantum elektrodinamika merupakan teori kuantum tentang electron, positron, dan medan electromagnet.
Teori kuantum chromodynamics 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.

Tambahan:
Dalam pandangan fisika kuantum
1)  Kita mengenal apa yang disebut medan gaya. Medan ini dapat didefinisikan sebagai struktur tidak terlihat yang menempati ruang angkasa dan kita mengenali melalui pengaruhnya.
2)  Medan-medan ini menurut Gary Zukav, “merupakan inti alam semesta. Benda-benda yang kita amati dalam berbagai percobaan, yakni manifestasi fisik materi sebagai partikel, merupakan efek sekunder dari Medan”3). Kesimpulan ilmiah ini mau tidak mau mendorong para ilmuwan untuk menjauhi cara berfikir materialistik dan parsial yang dominan. Sebaliknya, teori medan memaksa ilmuwan untuk berfikir tentang sebuah alam yang mengandung berbagai pengaruh yang saling bertemu dan struktur tak terlihat saling berhubungan.
3)  Kesadaran akan keberadaan Sang Maha Cerdas telah memasuki bumi, turun ke dalam mencapai hubungan puncak. Sebuah peradaban baru telah lahir. Sekarang kita tepat berada di tengah-tengah masa transisi di mana dua dunia bercampur; dunia lama tetap bertahan dengan begitu kuatnya dan terus saja mendominasi kesadaran kaum awam, dan kesadaran baru muncul secara diam-diam, evolutif, tanpa diketahui sampai sedemikian rupa sehingga secara eksternal dunia telah sedikit demi sedikit berubah untuk sementara waktu, kemudian dunia baru ini akan bergulir, tumbuh sampai pada suatu hari akan menjadi cukup kuat untuk berdiri sendiri.
4)  Menurut Einstein, bahwa ruang dan waktu bukanlah entitas-entitas terpisahkan. Keduanya merupakan sebuah kontinum, atau aspek-aspek yang berbeda dari sesuatu yang penting dan sama. Kemampuan puncak saling bertukar tempat dari keduanya seperti kemampuan yang dimiliki materi dan energi.
5) Tulisan yang tersebut di atas sengaja kami paparkan sebagai prolog karena dalam kehidupan zaman sekarang ini sesungguhnya kita sudah masuk ke zaman nuklir, ada pengalaman menarik yang dialami oleh seorang penulis Argentina Jorge Luis Borges yang terkagum-kagum ketika memahami mistik dan fisika kuantum, dia menjelaskan sebuah pandangan yang biasanya dimiliki oleh para mistikus dan idealis, yakni sifat halusinatif dunia ini. Katanya, “Kita (Tuhan Yang Maha Esa yang bekerja pada diri kita) telah memimpikan dunia ini. Kita telah memimpikannya sebagai abadi, misterius dan dapat dilihat, hadir dalam ruang dan tetap dalam waktu; tetapi kita setuju dengan interval-interval ketidak logisan arsitektur dunia yang renggang dan kekal yang mungkin kita mengetahui bahwa itu keliru”, papar Jorge Luis Borges.
6)  Demikianlah celotehan para fisikawan quantum yang merasakan keberadaan Dzat Maujud Mutlak yang berada di luar cakrawala pengetahuan dan pengalaman manusia. Data yang ada pada manusia hanya memungkinkan cakrawala itu bergeser, sehingga medan pemahaman tentangnya makin bertambah. Demikianlah para ilmiawan itu mengintip lewat celah-celah fisika kuantum, makin hanyut dalam ketakjuban. (QS. Al Mulk:4).
Dalam bahasa matematika batas atas disebut limit. Definisi limit adalah nilai-nilai suatu pengalaman manusia senantiasa mendekati ambang limit, tetapi dia takkan bisa melampauinya. Ambang limit itu sendiri merupakan ungkapan yang tak terbatas dan tak terperikan. Kehendak melampaui ambang ini adalah upaya mahluk keluar dari ketaksempurnaan dirinya. Akan tetapi, begitu ia keluar dari ambang ini, ia akan tertelan dalam Kekosongan - jati diri eksistensinya akan lenyap dalam Ketakterbatasan. Pada saat dengan fana oleh ahli makrifat.
7)  Mengikuti firman Allah : Semua yang berada di alam (ciptaan) akan merasakan fana (musnah, binasa). Dan tetap kekallah Wajah Tuhanmu yang mempunyai kebesaran dan kemuliaan. (QS. Ar Rahman : 26-27). Bahasa sebagai hasil pengalaman manusia tidak akan bisa menangkap Ketakterbatasan, karena hal itu bertentangan dengan kodrat penalaran manusia yang cenderung mengurai, dan membatasi. Sesuatu yang tak terungkap dan tak terbatas, pastilah tak kan terurai. Artinya sesuatu yang tak terurai ini tidak mungkin dicerap oleh manusia. Wujud Mutlak atau Pewujud berada di luar analitis dan definisi, observasi ataupun verifikasi, ia hanya bisa di umpamakan dan dibayangkan, disembah dan dipuji, diagungkan dan diseru dengan keimanan dan penghambaan.
Lalu bagaimana cara mengenal Wujud Mutlak ini? Caranya mintalah kepada-Nya untuk memperkenalkan Diri-Nya. Agama adalah wilayah pengungkapan Ilahi. Melalui kalam dan wahyu Ilahi wujud mutlak atau Allah itu memperkenalkan Diri-Nya dalam bahasa perumpamaan (mitsal) dan tanda (ayat) yang bisa dipahami oleh pikiran manusia.
Untuk memperkenalkan Diri-Nya, Allah menciptakan tanda-tanda dan perumpamaan. Dengan tanda dan perumpamaan ini Allah menyingkapkan Diri-Nya kepada mahluknya.
Sebagai contoh, ketika X bergerak kita memahami bahwa gerakan X adalah proses yang harus dilalui X untuk menuju kepada kesempurnaannya. Tentunya pusat yang dituju oleh X tidak mungkin bergerak-gerak, karena akan menggugurkan asumsi bahwa gerakan adalah proses penyempurnaan. Oleh karena itu, mesti kita simpulkan bahwa gerakan semua benda menuju kepada Pusat yang tidak bergerak, yakni Wujud yang Maha Sempurna sehingga Wujud itu kita sebut Penggerak yang tidak bergerak. 

Bibliography :
1) Talbot, Michael; Mistisisme dan Fisika Baru, (Asli : Mysticism and the new Phisycs. Beyond Space and Time, Beyond God, to the Ultimate Cosmic Consciousness) Pustaka Pelajar, Yogyakarta, 2002, hal. 258
2) Margaret J. Wheatley, Leadership and the New Sciences, Abdi Tandur, 1997 hal. 35
3) Gary Zukav, The Dancing Wu Li Masters, Bantam books, 1979, hal 199
4) Talbot Michael; ibid, Satprem, Sri Aurobindo or the adventure of consciousness, hal. 149
5) Talbot Michael, Ibid, hal. 119
6) Talbot Michael, Ibid, hal,1
7) Kahzim, Musa; Tafsir Sufi Mendedah Masalah Ketuhanan dalam Al Quran, Penerbit Lentera Basritama, Jakarta, 2003. (Hal. 44-63)

Glossary
1) Fisika Quantum = Cabang fisika yang mempelajari atom-atom
2) Kuantum = Satuan diskret energy
3) Medan gaya = Ruang di mana garis-garis gaya listrik, magnetik atau dinamis bekerja


Ruang Lingkup Fisika Kuantum.

 

Dikutip dari S. Riyadi DUNIA FISIKA KUANTUM

Mekanika kuantum adalah cabang dasar fisika yang menggantikan mekanika klasik pada tataran atom dan subatom Ilmu ini memberikan kerangka matematikauntuk berbagai cabang fisika dan kimia, termasuk fisika atom, fisika molekuler, kimia komputasi, kimia kuantum, fisika partikel, dan fisika nuklir. Mekanika kuantum adalah bagian dari teori merdan kuantum dan fisika kuantum umumnya, yang, bersama relativitas umum, merupakan salah satu pilar fisika modern.(www.wekipedia.com)

 Albert Einstein
Dasar dari mekanika kuantum adalah bahwa energi itu tidak kontinyu, tapi diskrit -- berupa 'paket' atau 'kuanta'. Konsep ini cukup revolusioner, karena bertentangan dengan fisika klasik yang berasumsi bahwa energi itu berkesinambungan Fisika kuantum adalah fisika yang dipelopori oleh Einstein, yang menjadi gejolak . 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 tercantum 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.

 Model atom Niels Bohr
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. Photon adalah boson. Photon adalah zarah cahaya, kuantum cahaya, paket cahaya. 
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.

Patung Erwin Schrodinger
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.
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. 
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 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 Lampu berbagai warna, catu daya, resistor, voltmeter, spektrometer. Rumusnya: E=eVo=hc/λ.
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. 
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 mengganggu adalah pernyataan bahwa gerakan partikel itu acak, atau bersifat probabilistik. Terbiasa dengan prediksi yang selalu terbukti tepat, Einstein pun tidak menyukai fisika kuantum.

Fisikawan Yahudi di Balik Ilmu Fisika Kuantum

Siapa pun yang tidak terguncang akal budinya oleh teori kuantum tidak memahaminya (Niels Bohr)
Dikutip dari Aos Blog
Dari 28 fisikawan yang meneliti ilmu fisika kuantum dan disebut dalam bab ini, 12 di antaranya berdarah Yahudi. Mereka mencakup Albert Einstein, Niels Bohr, Enrico Fermi, Murray Gell-Mann, Jerome I. Friedman, Leon M. Lederman, Martin L. Perl, Frederik Reines, Wolfgang Pauli, Steven Weinberg, Sheldon Glashow, David Bohm, dan Richard Feynman. Kecuali Enrico Fermi dan David Bohm, ke-10 fisikawan berdarah Yahudi lainnya adalah peraih atau ikut meraih Hadiah Nobel untuk Ilmu Fisika.



Richard Feynman

Ilmu Fisika Kuantum
Ilmu fisika kuantum, disebut juga mekanika kuantum, adalah sains tentang materi atau benda-benda yang begitu kecil sehingga sifat kuantum dari realitas punya suatu akibat. Kuantum berarti "jumlah dengan ciri tersendiri atau berlainan"; ia bisa diartikan secara longgar sebagai "porsi". Max Planck (1858-1917), seorang fisikawan Jerman dan peraih Hadiah Nobel untuk Ilmu Fisika 1918, dipandang pendiri teori kuantum modern. Dia menemukan pada tahun 1900 bahwa benda apa pun, seperti secarik kertas, yang Anda bagi-bagi menjadi makin kecil akhirnya tidak bisa dibagi lagi. Dengan kata lain, ada suatu batas minimum yang tidak bisa Anda lewati ketika Anda ingin membagi-bagi benda itu menjadi lebih kecil lagi. Batas minimum ini sekarang disebut unit Planck.
David Bohm

Atom dan Partikel Subatomik
Semua benda di sekitar kita - orang, hewan, tanaman, mobil, pesawat terbang, rumah, pohon, gelas, senduk, air, awan, gas - dibentuk oleh potongan-potongan sangat kecil dari materi. Lalu, apakah materi paling kecil itu?
Di masa awal penelitian tentang materi paling kecil, para ilmuwan mengatakan atomlah materi yang paling kecil, tidak bisa dibagi lagi menjadi lebih kecil. Istilah ilmu fisika modern untuk materi paling kecil ini adalah partikel atau zarah. Suatu partikel adalah suatu potongan sangat kecil dari materi yang menjadi suatu bagian dari atom. Ukuran sangat kecil ini bisa kita bayangkan melalui sebutir pasir atau debu - kecil sekali, bukan? Tapi partikel sebagai bagian dari atom lebih kecil dari butir pasir atau debu. 
Suatu cabang Ilmu Fisika yang memelajari partikel-partikel disebut Ilmu Fisika Partikel. Ilmu ini menemukan kemudian hari bahwa atom ternyata bukanlah potongan materi paling kecil dalam alam semesta. Ketika atom dibagi-bagi atau dibelah, ilmuwan menemukan bahwa ia terdiri dari partikel-partikel. Ada di dalamnya partikel bernama elektron dan inti atom; elektron mengitari inti atom. Sesudah diteliti lebih dalam, ternyata inti atom masih bisa dibagi menjadi lebih kecil:proton dan neutron. Ternyata proton dan neutron dibentuk oleh zarah-zarah yang lebih kecil, disebut kuark-kuark.
Bagian-bagian atau belahan-belahan yang lebih kecil dari atom tadi dipandang berada subatom, di bawah atom. Partikel-partikel yang sifatnya adalah di bawah atom lalu disebut partikel-partikel atau zarah-zarah subatomik.
 Para fisikawan yang meneliti partikel-partikel percaya kuark, suatu partikel subatomik, bersifat mendasar. Artinya, zarah subatomik ini tidak bisa dibagi lagi menjadi lebih kecil.

Partikel Elementer atau Fundamental

Struktur materi: Materi dibentuk oleh partikel-partikel sangat kecil bernama atom-atom. Selanjutnya, atom dibentuk oleh inti sangat kecil yang dikitari suatu awan partikel bernama elektron. Inti atom terdiri dari proton dan neutron, masing-masing dibentuk oleh partikel-partikel lebih kecil yang disebut kuark. Kuark dipercaya bersifat fundamental, tidak bisa lagi dibelah menjadi partikel yang lebih kecil
Zarah-zarah subatomik yang oleh ilmuwan dipercaya tidak bisa dibelah lagi menjadi lebih kecil disebut partikel-partikel elementer atau partikel-partikel fundamental. Partikel-partikel fundamental menyediakan satuan-satuan dasar yang membentuk semua materi dan energi di alam semesta.
Materi = energi
Frasa "materi dan energi" menyiratkan suatu gagasan besar dari Albert Einstein. Suatu persamaan matematiknya yang anggun adalah: E=mc2. Melalui persamaan ini, dia meramalkan bahwa energi bisa diubah menjadi materi.
Fermion atau boson
Apakah kuark satu-satunya partikel fundamental yang tidak bisa dibelah lagi? Ternyata tidak. Di samping kuark, ada tiga partikel fundamental lain: lepton, boson yang menyalurkan forsa, dan boson Higgs. 
Penelitian lebih mendalam dari partikel-partikel elementer menunjukkan bahwa materi - seperti planet, orang, rumah, hewan, tanaman, dan atom - ternyata bisa dikelompokkan ke dalam salah satu dari dua kategori partikel subatomik: fermion atau boson. Yang menetapkan apakah berbagai jenis materi tergolong pada fermion atau boson adalah perilaku suatu partikel atau kelompok partikel di dalamnya. Beda antara kedua kategori ini tidak tampak pada skala besar, seperti pada rumah atau orang, tapi ia punya implikasi yang jauh dalam dunia atom dan zarah-zarah elementer. Partikel-partikel elementer dikelompokkan entah sebagai fermion atau boson. Fermion-fermion fundamental bergabung membentuk atom dan partikel-partikel lain yang lebih khas. Sementara itu, boson-boson fundamental menyalurkan keempat forsa fundamental alam semesta antara partikel-partikel dan memberi massa atau bobot pada partikel-partikel. Secara khusus, zarah-zarah yang menyalurkan keempat forsa fundamental berpengaruh pada materi dan lawannya, antimateri; zarah-zarah dengan peranan ini adalah boson-boson yang disebut penyalur forsa-forsa (force carriers).
Kedua istilah tadi berasal dari nama dua orang fisikawan tenar abad ke-20. Fermion dinamakan sesuai sebagian nama Enrico Fermi, fisikawan berdarah Yahudi yang sudah kita kenal dari suatu tulisan sebelumnya. Boson mengacu pada Bose, nama marga atau kedua seorang matematikawan India bernama Satyendra Bose.
Fermion-fermion fundamental yang membentuk materi tergolong pada dua kategori: lepton dan kuark. Setiap lepton dan kuark punya pasangan antipartikelnya; antipartikel ini punya massa yang sama dengan pasangannya - lepton dan kuark - tapi muatan listriknya berbeda.
Penggagas teori tentang kuark adalah Murray Gell-Man, seorang fisikawan AS. Dia membuat riset tentang interaksi zarah-zarah elementer. Melalui riset ini, dia mengajukan teorinya tentang kuark. Teori ini mengantarnya untuk meraih Hadiah Nobel dalam Ilmu Fisika pada tahun 1969.
Meskipun demikian, teori kuark Murray Gell-Mann belum dibuktikan melalui eksperimen ilmiah. Ini baru dilakukan tahun 1969 oleh tiga orang fisikawan: Jerome Friedman dan Henry Kendall dari Amerika Serikat serta Richard Taylor dari Kanada. Eksperimen mereka menunjukkan bahwa proton punya struktur internal. Eksperimen tersebut mengantar mereka untuk meraih Hadiah Nobel Ilmu Fisika tahun 1990.
Leon Lederman dari AS dan koleganya menemukan suatu generasi ketiga kuark pada tahun 1977. Partikel fundamental ini mereka namakan kuark bottom
Para fisikawan percaya masih ada lagi sejenis boson fundamental lain yang mereka namakan boson Higgs. Boson Higgs memberi massa pada materi dan antimateri. Tapi mereka sejauh ini belum menemukan boson Higgs. 
Kata "Higgs" mengacu pada nama keluarga seorang fisikawan asal Inggris: Peter Higgs. Dialah yang mengajukan teori tentang adanya boson itu pada tahun 1964, kemudian boson Higgs dijadikan suatu istilah ilmu fisika kuantum sebagai suatu tanda penghormatan baginya.
Tahun 1983, suatu partikel penyalur forsa nuklir lemah ditemukan oleh Carlo Rubbia, seorang fisikawan asal Italia, dan koleganya. Partikel ini dinamakan boson W dan Z. Rubbia dan Simon Van der Meer, seorang fisikawan dari Belanda, meraih bersama-sama Hadiah Nobel untuk Ilmu Fisika tahun 1984 karena karya mereka tentang penemuan boson W dan Z.
Neutrino, muon, dan tau
Penelitian-penelitian makin jauh menemukan lagi bahwa lepton masih ada berbagai jenisnya. Jenis-jenis ini diberi nama-nama khas dan generasinya.
Bagaimanakah lepton generasi pertama dibentuk? Melalui rerasan (decay) atomik. Ketika mereras, atom-atom secara radioaktif terkadang memancarkan suatu elektron dalam suatu proses yang disebut rerasan beta.
Rerasan beta dikaji dan para ilmuwan menemukan suatu partikel fundamental baru yang mereka namakan neutrino elektron. Ia ternyata suatu jenis lepton tanpa muatan listrik. Jenis neutrino ini adalah juga generasi pertama lepton. Atom melepaskan neutrino bersama elektron ketika melepaskan rerasan beta.
Para fisikawan lalu menemukan lagi suatu partikel yang mirip elektron dan proton. Tapi ia lebih berat dari elektron dan lebih ringan dari suatu proton. Partikel ini disebut muon, generasi kedua lepton yang bermuatan listrik. 
Penemu muon pada tahun 1947 adalah Carl Anderson dan Seth Neddermeyer, dua orang fisikawan. Ini indikasi pertama suatu jenis lepton yang baru. 
Penemuan muon mengantar para fisikawan pada penemuan sejenis lepton yang baru yang disebut neutrino muon pada tahun 1962. Ternyata, muon punya mitra yang secara listrik netral terhadapnya. Itulah neutrino muon. Jenis neutrino ini punya massa yang sangat kecil atau tanpa massa. Muon neutrino dilepaskan ketika suatu muon mereras. Muon dan neutrinonya dipandang generasi kedua lepton.
Dua orang fisikawan AS yang lain, Martin Perl dan Frederick Reines, bersama koleganya menemukan tau, suatu lepton generasi ketiga yang bermuatan listrik. Seperti neutrino muon, tau punya suatu mitra netral secara listrik bernama neutrino tau. Neutrino tau punya massa yang sangat kecil. Karena penemuannya, Perl dan Reines kemudian meraih Hadiah Nobel untuk Ilmu Fisika tahun 1995.
Fermion, asas ekslusi, dan neutrino elektron
Wolfang Pauli, seorang fisikawan AS berdarah Yahudi kelahiran Austria, berjasa dalam merumuskan suatu aturan ilmu fisika. Ilmu ini lalu menolong merumuskan fermion-fermion.
Dia juga menunjukkan bahwa setiap elektron unik. Unik dalam arti tidak satupun dari dua elektron bisa punya sifat dan lokasi yang sama.
Wolfgang Pauli terkenal juga karena suatu gagasan besarnya dalam ilmu fisika kuantum. Itulah asas ekslusi. Asas ini menjelaskan mengapa semua elektron dalam atom-atom punya jumlah energi yang agak berbeda. Asas ini belum dikukuhkan secara matematik.
Pembuktiannya kemudian dilakukan oleh Enrico Fermi dan Paul Dirac, seorang fisikawan Inggris. Mereka berdua mengembangkan persamaan matematik yang memerikan perilaku elektron. Persamaan mereka menyediakan bukti matematik dari asas ekslusi. Karena berjasa dalam menemukan asas ekslusi, Wolfgang Pauli meraih Hadiah Nobel untuk Ilmu Fisika tahun 1945.
Para fisikawan lalu menyebut partikel-partikel yang mematuhi asas ekslusi sebagai fermion-fermion. Contoh-contoh fermion mencakup proton, neutron, dan kuark.
Awal abad ke-20, para ilmuwan memelajari rerasan beta. Mereka memerhatikan bahwa jumlah massa dan energi sebelum rerasan itu lebih besar dari jumlah massa dan energi yang ada sesudah rerasan itu. Untuk menghitung energi yang hilang itu, Wolfgang Pauli mengusulkan tahun 1928 bahwa ada suatu partikel baru.
Hipotetisnya terbukti betul. Partikel itu sekarang dikenal dengan sebutan neutrino listrik.Ia tanpa muatan listrik dan tanpa muatan warna.
Hampir 30 tahun sesudah Pauli pertama kali mengusulkan adanya partikel tadi, dua orang fisikawan AS menemukan neutrino itu pertama kali tahun 1956. Mereka adalah Frederick Reines dan Clyde Cowen. Reines berbagi Hadiah Nobel untuk Ilmu Fisika tahun 1995 dengan seorang fisikawan lain untuk eksperimennya. 
Partikel yang tidak mematuhi asas ekslusi
Foton atau partikel cahaya tergolong pada beberapa partikel yang tidak mematuhi asas eksklusi. Dua foton atau lebih bisa punya ciri yang persis sama.
Ciri tadi dinyatakan Albert Einstein dan Satyendra Bose. Mereka berdua mengembangkan seperangkat persamaan matematik yang memerikan perilaku partikel yang tidak mematuhi asas ekslusi.

Zarah antimateri
Dalam alam semesta, ada materi dan lawannya, antimateri. Akan tetapi, materi masa kini lebih banyak dari antimateri. Mengapa ada kepincangan ini, para ilmuwan belum menemukan jawaban yang tuntas. Ada materi dan antimateri berarti ada partikel dan antipartikel. 
Paul Dirac meramalkan pada tahun 1928 bahwa ada antipartikel, yang bergabung membentuk antimateri. Antipartikel punya massa yang sama dengan pasangan partikel normalnya, tapi punya beberapa jumlah yang berlawanan, seperti muatan listrik dan muatan warna.
Semua fermion punya antipartikel-antipartikel. Partikel anti dari suatu elektron disebut positron dan partikel anti dari proton disebut antiproton. Antiproton terdiri dari antikuark.
Penemu positron adalah Carl Anderson. Dia mengukuhkan teori Paul Dirac tentang pasangan antipartikel dan antimateri, yaitu partikel dan materi. Karena penemuannya, Anderson berbagi Hadiah Nobel untuk Ilmu Fisika tahun 1936.
Penyatuan dua forsa dan model baku
Berbeda dengan fisikawan-fisikawan tadi, Steven Weinberg dan Sheldon Glashow dari AS serta Abdus Salam dari Pakistan berhasil menyatukan forsa elektromagnetik dan nuklir lemah pada tahun 1967. Karena hasil risetnya, ketiga fisikawan ini berbagi Hadiah Nobel untuk Ilmu Fisika tahun 1979.
Mereka bertiga pun terkenal dalam ilmu fisika modern karena teori mereka yang dikenal sebagai model baku (standard model) ilmu fisika tentang zarah-zarah. Teori ini adalah hasil pengembangannya secara matematik tentang hakekat dan perilaku partikel-partikel elementer. Teori mereka sangat memajukan pemahaman tentang partikel-partikel fundamental dan forsa-forsa di alam semesta.
Realitas Kuantum yang Aneh
Niels Bohr, salah seorang ilmuwan kunci di balik ilmu fisika kuantum modern, mengatakan, "Siapa pun yang tidak terguncang akal budinya oleh teori kuantum tidak memahaminya." Pernyataannya menyiratkan realitas aneh dunia kuantum, realitas yang sering menantang logika sehari-hari kita.
Bagaimanakah kita memahami keanehan dunia kuantum? Bisa melalui tiga eksperimen yang disebut eksperimen melalui celah ganda, eksperimen dengan bola lampu listrik, dan eksperimen dengan kucing Schroedinger.
Eksperimen celah ganda
Ini yang paling mudah dari ketiga-tiganya. Percobaan ini melibatkan penyinaran seberkas cahaya melalui dua celah yang sama ukurannya dan sejajar. Di belakang kedua celah itu terbentang layar. Kemudian, suatu foton tunggal atau partikel cahaya ditembak melalui salah satu celah. Anehnya, foton tunggal itu menyela dirinya sendiri pada layar, seakan-akan ia bergerak melewati kedua celah itu secara serentak. 
Untuk memahami secara mendasar eksperimen ini, ada visualisasinya ditambah suara dalam bahasa Inggris di Internet. Ketiklah http://www.youtube.com/, lalu ketiklah pada kotak dialog untuk video dr quantum - double slit experiment. Anda akan melihat videonya, berisi gambar seorang lelaki berjubah kuning dan biru miripSuperman, separuh kepalanya berambut uban dan berkaca mata tebal. Dia secara menawan menjelaskan dalam bahasa Inggris yang sederhana keanehan dunia kuantum melalui eksperimen celah ganda.
Eksperimen dengan bola lampu listrik
Bayangkan kawat pijar sebuah bola lampu listrik yang memancarkan suatu foton. Pancaran foton tampaknya mengikuti suatu arah yang acak. Bagaimana bisa ada peluang untuk menemukan foton itu pada suatu titik tertentu? Akan tampak sejenis gelombang. Gelombang ini mirip suatu riak yang ditimbulkan sebuah batu kerikil yang dijatuhkan ke dalam suatu kolam air; mirip riak ini, pancaran foton tadi akan menjalar ke luar dari kawat pijar itu. 
Keanehan kuantum terjadi ketika Anda membuat pengamatan. Begitu Anda melihat ke arah foton-foton, fungsi gelombang-gelombangnya ambruk menjadi suatu titik tunggal. Titik tunggal itulah realitas sesungguhnya dari foton-foton itu!
Eksperimen dengan kucing Schroedinger
Erwin Schroedinger (1887-1961) adalah seorang fisikawan Austria. Dia terkenal dalam ilmu fisika modern karena suatu eksperimen pikiran (thought experiment) yang disebut eksperimen dengan kucing Schroedinger. Eksperimen ini menunjukkan sekali lagi keanehan dunia kuantum yang menantang logika sehari-hari kita. Dia ikut meraih Hadiah Nobel untuk Ilmu Fisika pada tahun 1933.
Percobaan ilmiah ini berasal dari teorinya. Dalam percobaan ini, seekor kucing piaraan dimasukkan ke dalam sebuah kotak yang berisi sebotol racun sianida. Kotak ini berisi juga perlengkapan lain yang memampukan suatu detektor mengamati suatu elektron yang terpisah. Selain itu, detektor ini bisa menetapkan apakah elektron itu spin up (berpusing-pusing ke atas) atau spin down (berpusing-pusing ke bawah). (Elektron tersebut bisa punya salah satu ciri ini, ciri yang tampaknya "dipilih" secara acak.) Kalau elektron itu spin up, botol sianida itu terbuka dan kucing memperolehnya. Sepuluh menit kemudian, kotak itu dibuka untuk melihat apakah kucing itu mati karena racun sianida atau hidup. Pertanyaannya ialah: kucing berada dalam keadaan mana antara detektor yang tengah aktif dan Anda yang tengah membuka kotak itu? 
Mekanika kuantum menunjukkan bahwa sesudah suatu waktu kucing itu mati dan hidup sekaligus. Tapi begitu kita melihat ke dalam kotak itu, kita melihat bahwa kucing itu entah hidup atau entah mati.
Eksperimen pikiran Schroedinger bertujuan untuk membahas keanehan superposisi kuantum. Ini suatu keadaan yang di dalamnya suatu benda kuantum seperti sebuah atom berada dalam lebih dari satu keadaan pada suatu waktu. Atom ini, misalnya, bisa berada dalam banyak tempat sekaligus. Interferens atau interaksi antara keadaan-keadaan individual dalam superposisi membentuk keanehan kuantum. Dekoherens, kebalikan interferens, mencegah interaksi seperti itu dan, karena itu, menghancurkan perilaku kuantum.


Kucing Schroedinger: mati atau hidup?

Sepertinya, belum ada yang melakukan eksperimen ini. Tapi ia memang menunjukkan suatu paradoks (seseorang, sesuatu atau keadaan yang punya dua ciri yang berlawanan dan karena itu tampak aneh) yang muncul dalam beberapa interpretasi tentang dunia kuantum.
Enam Penafsiran tentang Keanehan Kuantum
Anda sebenarnya tidak perlu berpikir tentang keanehan dunia kuantum yang ditunjukkan ketiga eksperimen tadi. Tapi kalau Anda penasaran untuk memikirkannya, Anda harus percaya pada salah satu dari beberapa penafsiran berikut:
·                     Kesadaranmu memengaruhi perilaku zarah-zarah subatomik.
·                     Kalau penafsiran pertama Anda tolak, ada penafsiran lain: partikel-partikel bergerak ke belakang dan ke depan dalam waktu dan tampak dalam semua tempat yang mungkin ada secara serentak.
·                     Tidak sepakat dengan kedua penafsiran tadi? Ada penafsiran ketiga: alam semesta terpecah-belah dalam sepersekian dari sepersekian dari sepersekian dari sepersekian dari sepersekian dari sepersekian dari satu detik - ini disebut waktu Planck - menjadi miliaran alam semesta paralel.
·                     Masih ada penafsiran lain lagi kalau Anda tidak setuju dengan ketiga penafsiran tadi: alam semesta saling terkait dengan pengirim informasi yang lebih cepat dari cahaya.
Semua penafsiran yang berbeda-beda tentang ilmu fisika kuantum tadi saling bersaing. Yang dicari adalah arti atau makna semua gejala kuantum tadi. Meskipun berbeda penafsirannya, semuanya sama dalam menjelaskan semua fakta dan menjelaskan hasil setiap eksperimen secara tepat.
Di antara sekian penafsiran, kita akan menyoroti lebih jauh enam penafsiran yang berbeda. Pertama, penafsiran Kopenhagen; kedua, penafsiran tentang banyak dunia; ketiga, penafsiran tentang gelombang pemandu, variabel tersembunyi, dan ketertiban yang melibatkan; keempat, penafsiran tentang sejarah yang berganti-ganti; kelima, penafsiran tentang pembalikan waktu; dan, keenam, penafsiran transaksional.
Penafsiran Kopenhagen
Tokoh berpengaruh di balik penafsiran ini adalah Niels Bohr dari Universitas Kopenhagen di Denmark. Penafsiran ini tiba pada suatu kesimpulan: kesadaran dan ilmu fisika tentang partikel saling bertautan.
Penafsiran tentang banyak dunia
Penafsiran ini menghasilkan suatu konsep yang disebut dekoherens. Menurut konsep ini, berbagai alam semesta bisa bercabang-cabang ke luar secara cepat sehingga ada sedikit sekali hubungan antara cabang-cabang itu dalam suatu pecahan yang sangat kecil dari satu detik.
Penafsiran tentang banyak dunia termasuk salah satu yang paling populer tentang keanehan dunia kuantum. Ini berarti miliaran dari diri Anda terbelah-belah setiap sepersekian detik menjadi banyak alam semesta yang terpisah. Ini berarti juga setiap jenis materi apa pun ada dalam salah satu alam semesta ini. Timbullah suatu konsep yang sulit dicerna: suatu belahan Anda yang berusia 500 tahun ada dalam alam semesta yang lain sementara belahan lain mati sejak lahir dalam alam semesta lain lagi.
Penggagas interpretasi tentang banyak dunia adalah Max Tegmark dari Universitas Princeton, Amerika Serikat. Pada tahun 1997, dia mengajukan suatu eksperimen untuk membuktikan bahwa interpretasinya betul. Percobaan ini melibatkan suatu senapan yang berisi peluru, diarahkan pada kepalamu, dan pemicunya ditarik. Anda tewas seketika, bukan? Tapi, Tegmark akan bertanya balik: dalam alam semesta yang manakah Anda tewas? Lalu dia akan mengatakan Anda bisa tewas dan hidup sekaligus: tewas dalam satu alam semesta tapi hidup dalam alam semesta yang lain! Anda tentu akan hidup dalam alam semesta tempat senapan, untuk alasan apapun, gagal dipicu. Kalau tembakan senapan gagal setiap kali, Anda boleh menarik napas lega dan percaya penafsiran tentang banyak dunia benar. Jadi, dalam satu alam semesta, keluargamu akan meratap pada pemakamanmu tapi dalam alam semesta yang lain, mereka barangkali menggeleng-gelengkan kepala sambil menggerutu karena eksperimen dengan senapan yang berisi peluru gagal ketika pemicunya ditarik.
Penafsiran tentang gelombang pemandu, variabel tersembunyi, dan ketertiban yang melibatkan
Penafsiran ini berasal dari David Bohm (1917-1992), seorang fisikawan berotak sangat cemerlang. Teorinya tentang banyak dunia anggun tapi rumit.
Teori Bohm mengikuti beberapa wawasan asli Louis de Broglie (1892-1987). Fisikawan inilah yang pertama kali meneliti pada tahun 1924 sifat-sifat mirip gelombang dari perilaku zarah-zarah. De Broglie mengakui fungsi gelombang (wavefunction) penafsiran Kopenhagen; fungsi gelombang ini normal. Tapi dia menyatakan ada suatu gelombang kedua, jenis gelombang yang dia temukan. Menurut Bohm, gelombang kedua menetapkan suatu posisi yang tepat bagi suatu partikel pada waktu khusus apapun. Menurut teorinya, ada beberapa variabel tersembunyi yang menetapkan posisi yang tepat dari foton.
Selanjutnya, teori Bohm tentang gelombang kedua memang lebih cepat dari cahaya. Semakin jauh rambatannya, ia bukannya melemah melainkan menembus seluruh alam semesta secara cepat. Gelombang cahaya ini sekaligus berperan sebagai suatu penuntun bagi gerakan foton. Itulah sebabnya gelombang kedua Bohm disebut suatu "gelombang pemandu".
Teori David Bohm menjelaskan secara sempurna paradoks-paradoks ilmu fisika kuantum. Tapi teori ini memperkenalkan suatu gelombang yang lebih cepat dari cahaya. Konsep ilmiah ini memperkenalkan juga beberapa mekanisme yang tersembunyi untuk menetapkan arah tujuan gelombang itu, yaitu, untuk menciptakan suatu "ketertiban yang melibatkan (implicate order)". Gagasan Bohm tentang gelombang yang melebihi kecepatan cahaya mengganggu pikiran banyak fisikawan yang berpegang pada teori relativitas Einstein bahwa unsur paling cepat dalam alam semesta adalah cahaya.
Penafsiran tentang sejarah yang berganti-ganti
Meski sangat berbeda, penafsiran ini mirip penafsiran tentang banyak dunia. Penafsiran tentang sejarah yang berganti-ganti bersikukuh bahwa hanya hasil terakhir itulah dunia sesungguhnya; realitas-realitas lain yang di dalamnya kita ada sebenarnya tidak ada. Ini menyiratkan bahwa realitas-realitas itu "ambruk".
Penafsiran tentang pembalikan waktu
Penafsiran ini memberi penjelasan rasional tentang hasil percobaan melalui celah ganda. Mengapa satu partikel yang ditembakkan melalui satu celah saja bisa muncul pada dua tempat di layar monitor?
Penafsiran yang menjawab pertanyaan tadi berasal dari Richard Feynman (1918-1988). Dia seorang jenius yang mengembangkan suatu pendekatan baru terhadap mekanika kuantum. Prestasi puncak yang diresmikannya adalah suatu cabang ilmu fisika kuantum bernama Elektrodinamika Kuantum, teori ilmiah paling cermat yang pernah digagaskan. Dia juga mengembangkan Diagram Feynman, yang menandakan interaksi dua partikel sebagai pertukaran suatu zarah ketiga. Diagram ini menunjukkan waktu pada satu sumbu dan ruang pada sumbu lain; interaksi kedua partikel tadi bisa dipandang sebagai terjadi baik ke arah depan maupun ke arah belakang dalam waktu.
Suatu contoh yang memakai sebuah elektron bisa menjelaskan Diagram Feynman. Dalam perjalannya dari titik A ke titik B, sebuah elektron bisa bertabrakan dengan sebuah foton. Dalam diagramnya, tabrakan ini bisa digambarkan sebagai mengirimkan elektron itu ke arah belakang tidak hanya dalam ruang tapi juga dalam waktu. Kemudian, elektron itu bertabrakan dengan foton yang lain, yang menggerakkannya ke arah depan sekali lagi dalam waktu, tapi mengikuti suatu arah yang berbeda dalam ruang. Dengan cara ini, elektron itu bisa ada dalam dua tempat sekaligus.
Tidak diragukan lagi bahwa suatu diagram Feynman menawarkan cara yang paling gampang untuk meramalkan hasil suatu percobaan subatomik. Banyak fisikawan sudah melihat kehebatan alat ini dan mengambil langkah berikut: mereka mengajukan argumen bahwa perjalanan menembus waktu (time travel) ke arah belakang - ke masa lampau - adalah apa yang sesungguhnya terjadi dalam realitas. Sulit bagi orang awam dalam ilmu fisika modern tentang kuantum untuk memahami mengapa suatu foton mental ke sana kemari begitu rupa sehingga tampak muncul pada dua tempat sekaligus.
Penafsiran transaksional
Penafsiran ini dikemukakan John Cramer dengan mengandalkan simetri-waktu yang mendasar dari alam semesta. Dia berargumen bahwa zarah-zarah melakukan semacam "jabat tangan" sementara saling berinteraksi. Yang satu menimbulkan rambatan suatu gelombang ke arah depan dalam waktu, dan yang lain menimbulkan rambatan gelombang yang lain ke arah belakang dalam waktu.




Jember, 2 Januari 2014


Dr. H.M. Nasim Fauzi
Jl. Gajah Mada 118
Tlp. (0331) 481127 Jember

Tidak ada komentar:

Poskan Komentar