phutraonjae
blog inin dibuat untuk memberikan pelayanan kepada pembaca dalam bidang pendidikan khususnya ilmu fisika
Entri Populer
-
TEORI PERKEMBANGAN ATOM DAN MEKANIKA KUANTUM. TEORI ATOM ADALAH SALAH SATU BIDANG KAJIAN...
-
assalamualaikum sobat saat ini dunia pendidikan menjnadi pusat perhatian pemerintah. pemerintah indonesa mulai membangun pendidikan yang b...
-
MENGENAL ALBERT A. MICHELSON (PENEMU KECEPATAN CAHAYA) MICHELSON ADALAH SALAH SATU ILMUAN FISIKA YANG TERKENAL KARENA PENEMUANNYA T...
-
BAB I PENDAHULUAN A. LATAR BELAKANG Perkembangan teknologi nuklir adalah salah satu prestasi yang paling sign...
-
HUKUM-HUKUM NEWTON TENTANG GERAK KHUSUSNYA HUKUM SATU, DUA DAN TIGA NEWTON. HUKUM-HUKUM NEWTON TERBAGI ATAS BEBERAPA BAGIAN NAMUN PADA KES...
-
RESONANSI BUNYI PADA PIPA ORGANA TERTUTUP. VIDEO INI MEMBAHAS TENTANG BAGAIMANA RESONANSI BUNYI YANG TERJADI PADA PIPA ORGANA TERTUTUP. YAN...
-
Berkut adalah sedikit penjelasan tentang sejarah peraadaban India kuno dan sumbangannya terhadap perkembangan ilmu pengetahuan ...
-
TRIK MUDAH MENAKLUKAN HATI WANITA. Untuk sobat yang saat ini sedang mencari pujuan hati atau sedang berjuang menaklukan hati cewek pujaannya...
-
http://online.3dpageflip.com/xgos/tsdg/
Senin, 04 April 2016
Rabu, 10 Februari 2016
TEORI ATOM DAN MEKANIKA KUANTUM
|
TEORI ATOM
ADALAH SALAH SATU BIDANG KAJIAN ILMU FISIKA DAN KIMIA YANG MANA BERBICARA
TENTANG ATOM SEBAGAI UNSUR PENYUSUN TERKECIL DARI SUATU BENDA. DALAM ILMU KIMIA
TEORI ATOM LEBIH DI FOKUSKAN PADA BAGAIMANA SUSUNAN ATOM PADA TABEL PRIODIK DAN
BAGAIMANA CARA SUATU ATOM BEREKASI DENGAN ATOM LAINNYA. NAMUN DALAM BIDANG
FISIKA, TEORI PERKEMBANGAN ATOM INI LEBIH KEPADA BAGAIMANA ENERGI YANG
DIBITUHKAN SUATU ELEKTRON DALAM ATOM UNUTUK MELEPASKAN DIRI DAN BEREKASI DENGAN
ELEKTRON DARI ATOM LAIN, MELALUI TEORI PERKEMBANGAN ATOM INI JUGA DITEMUKAN
SUATU PERTIKEL YANG BERMANFAAT DALAM KAJIAN FISIKA KELISTRIKAN YAITU ELELKTRON,
PROTON DAN NEUTRON. TEORI ATOM INI JUGA MENJADI DASR DARI BEBERAPA PERKEMBANGAN
ILMU FISIKA YAITU, KRLISTRIKAN, KEMAGNETAN, FISIKA ZAT PADAT DAN LAIN
SEBAGAINYA.
MEKANIKA KUANTUM PADA DASARNYA BERAWAL DARI KETIDAK MAMPUAN TEORI-TEORI KLASIK MENJELASAKN TENTANG BERBAGAI PRILAKU BEND PADA TINGKAT MIKROSKOPIS. JUGA KETIKMAMPUAN TEORI KLASIK MENJELASKAN TENTANG DUALISME PADA CAHAYA.
A. Latar Belakang
Perkembangan
teori atom dimulai dari konsep materi Demokritus yang menyatakan bahwa ‘materi
dapat dibagi menjadi bagian yang lebih kecil, sampai diperoleh bagian terkecil
yang tidak dapat dibagi lagi.’ Nah, materi yang sudah tidak bisa dibagi
lagi itu yang disebut Atom. Atom berasal dari kata A yang berarti
‘tidak’ dan TOMos yang berarti ‘dipotong-potong’. Namun, saat itu teori tentang
atom belum ditemukan. Sekarang, kami akan memberikan materi tentang Struktur
Atom dan untuk mempermudah belajarnya, kita akan bahas Perkembangan Teori Atom terlebih dahulu.
Atom adalah satuan dasar materi yang terkecil, yang
terdiri atas inti atom serta awan elektron yang bermuatan negatif yang
mengelilingi inti tersebut.Pada tahun 1808 John Dalton melakukan perenungan
tentang atom. Kemudian pada tahun 1897 J. J. Thomson fisikawan Inggris yang mengemukakan bahwa terdapat
partikel subatom yang disebut elektron yang tersebar di dalam atom. Pada tahun
1911 Ernest Rutherford seorang ahli Fisika Inggris memperbaiki Teori atom J.J.
Thomson. Niels Bohr (1913), fisikawan dari Denmark ini yang selanjutnya
menyempurnakan model atom yang dikemukakan oleh
Rutherford.
Langsung
saja kita simak yang pertama:
1.
Model Atom Dalton
Pada tahun 1808, John Dalton adalah seorang guru di
Inggris yang melakukan perenungan tentang atom. Teori atom
Dalton didasarkan pada dua hukum, yaitu hukum kekekalan massa (hukum Lavoisier)
dan hukum susunan tetap (hukum prouts). Lavosier menyatakan bahwa “Massa total
zat-zat sebelum reaksi akan selalu sama dengan massa total zat-zat hasil
reaksi”. Sedangkan
Prouts menyatakan bahwa “Perbandingan massa unsur-unsur dalam suatu senyawa
selalu tetap”.
Dari kedua
hukum tersebut Dalton mengemukakan pendapatnya tentang atom sebagai berikut:
a. Atom merupakan
bagian terkecil dari materi yang sudah tidak dapat dibagi lagi
b. Atom digambarkan sebagai
bola pejal yang sangat kecil, suatu unsur memiliki atom-atom yang identik dan
berbeda untuk unsur yang berbeda
c. Atom-atom
bergabung membentuk senyawa dengan perbandingan bilangan bulat dan sederhana. Misalnya air
terdiri atom-atom hidrogen dan atom-atom oksigen
d. Reaksi kimia merupakan
pemisahan atau penggabungan atau penyusunan kembali dari atom-atom, sehingga
atom tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan.
Hipotesa Dalton
digambarkan dengan model atom sebagai bola pejal seperti pada tolak peluru.
Kelebihan model/ teori atom John Dalton:
a. Dapat menerangkan hukum kekekalan massa (Lavoisier)
b. Dapat menerangkan hukum perbandingan tetap (Proust).
c. Memulai minat terhadap penelitian
mengenai model atom
Kelemahan model/ teori atom John Dalton
:
a. Ada partikel yang lebih kecil dari atom yang disebut
partikel subatom.
b. Tidak menjelaskan bagaimana atom-atom berikaitan.
c. Tidak menerangkan hubungan lautan
senyawa
dan daya hantar arus listrik, jika atom merupakan bagian terkecil dari
suatu unsure dan tidak dapat dibagi lagi.
2. Model Atom Thomson
J. J. Thomson (1897), fisikawan Inggris yang menyatakan bahwa atom berbentuk
bulat dimana muatan listrik positif yang tersebar merata dalam atom dinetralkan
oleh elektron-elektron yang bermuatan negatif yang berada di antara muatan
positif.
Teori
atom Rutherford muncul berdasarkan eksperimen hamburan sinar alfa dari
uranium. Kesimpulannya adalah atom terdiri dari inti atom yang sangat kecil dan
bermuatan positif, dikelilingi oleh elektron yang bermuatan negatif seperti
tata surya. Kelemahan dari model atom Rutherford adalah teori ini tidak dapat
menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke dalam inti atom
Model
atom Thomson didasarkan pada asumsi bahwa massa elektron lebih kecil dari massa
atom, dan elektron merupakan partikel penyusun atom. Karena atom bermuatan
netral, maka elektron yang bermuatan negatif akan menetralkan suatu muatan
positif dalam atom. Hal ini mendukung keberadaan proton dalam atom.
Kelebihan
model/ teori atom J. J. Thompson:
a. Dapat menerangkan
adanya partikel yang lebih kecil dari pada atom yang disebut partikel
subatomik.
b. Dapat menerangkan sifat
listrik atom
c. membuktikan adanya
partikel lain yang bermuatan negative dalam atom
d. Selain itu juga
memastikan bahwa atom tersusun dari partikel yang bermuatan positif dan
negative untuk membentuk atom netral. Juga membuktikan electron terdapat dalam
semua unsure.
Kelemahan
model/ teori atom J.J. Thompson:
a. Tidak dapat
menjelaskan susunan muatan positif dan negatif dalam bola atom
b. Tidak dapat menerangkan
efek penghamburan cahaya pada lempeng tipis emas
3.
Model Atom Rutherford
Ernest Rutherford (1911), seorang ahli Fisika Inggris. Penelitian penembakan sinar alpha pada plat tipis emas membuat
Rutherford dapat mengusulkan teori dan model atom untuk memperbaiki teori dan
model atom Thomson.
Rutherford mengatakan bahwa “Atom terdiri
dari inti atom yang sangat kecil dan bermuatan positif, dikelilingi oleh
elektron yang bermuatan negatif”. Sebagian besar atom adalah ruangan kosong dan hampir semua massa atom
ada pada inti.
Kelebihan
model/ teori atom Rutherford :
a. Dapat menerangkan
fenomena penghamburan sinar alfa pada lempeng tipis emas
b. Mengemukakan keberadaan
inti atom
Kelemahan
model/ teori atom Rutherford :
a.
Tidak
menjelaskan kenapa elektron tidak jatuh ke dalam inti atom.\
4.
Model Atom Bohr
Niels Bohr (1913), fisikawan dari Denmark ini yang
selanjutnya menyempurnakan model atom yang dikemukakan oleh Rutherford.
Penjelasan Bohr didasarkan pada penelitiannya tentang spektrum garis atom
hidrogen.
Beberapa hal yang dijelaskan oleh Bohr:
Beberapa hal yang dijelaskan oleh Bohr:
-
Elektron mengorbit pada tingkat energi tertentu yang disebut kulit.
Elektron dapat berpindah posisi dari tingkatenergi rendah
dan sebaliknya dengan menyerap dan melepas energi. Menurut model
atom bohr, elektron-elektron mengelilingi inti pada lintasan-lintasan tertentu
yang disebut kulit elektron atau tingkat energi. Tingkat energi paling rendah
adalah kulit elektron yang terletak paling dalam, semakin keluar semakin besar
nomor kulitnya dan semakin tinggi tingkat energinya.
Kelebihan
model/ teori atom Bohn :
b. Menjawab kesulitan teori
atom Rutherford
Kelamahan
model/ teori atom Bohn :
a. Tidak dapat
menjelaskan atom berelektron banyak.
b. Tidak dapat menerangkan
efek Zeeman bila atom ditempatkan pada medan magnet
c. Tidak dapat
menjelaskan spektrum warna dari atom berelektron banyak
Niels Bohr, melakukan percobaan spektrum hidrogen untuk memperbaiki
teori atom Rutherford. Hasil percobaan Bohr adalah elektron-elektron
mengelilingi inti atom yang terdiri dari Proton dan Neutron pada
lintasan-lintasan tertentu yang disebut kulit elektron atau tingkat energi.
5. Model Atom Modern
Model atom modern ditemukan oleh Schrodinger.
Penjelasan model atom modern adalah elektron-elektron yang mengelilingi inti
atom memiliki tingkat energi tertentu tetapi keberadaannya tidak dapat
dipastikan. Elektron berada di dalam orbital-orbital yang merupakan fungsi
gelombang tertentu dalam kulit atom yang disebut sebagai daerah dengan
kebolehjadian paling besar untuk menemukan elektron. Model atom modern disebut
juga model atom Schrodinger.
7.
Kesimpulan
a. Hal yang
berkaitan dengan perkembangan teori atom diantaranya teori atom yang
dikemukakan oleh John dalton, J. J. Thomson, Rutherford dan Neils Bohr.
b. Kelemahan yang
terdapat pada masing-masing teori atom yaitu teori dalton tidak menerangkan
hubungan antara larutan senyawa dan daya hantar arus listrik.teori atom thomson
tidak dapat menjelaskan susunan muatan positif dan negatif dalam bola atom
tersebut .teori atom rutherford tidak dapat menjelaskan mengapa elektron tidak
jatuh kedalam inti atom. Teori atom bohr tidak dapat menjelaskan spektrum warna
dari atom berelektron banyak
c. Kelebihan yang
dimiliki oleh beberapa model teori atom John dalton adalah dapat menerangkan
hukum kekekalan massa (hukum lavoisier) dan menerangkan hukum perbandingan tetap
(hukum proust). Thomson adalah menerangkan adanya partikel yang lebih kecil
dari atom yang disebut partikel sub atomik dan dapat menerangkan sifat listrik
atom. Rutherford adalah fenomena penghamburan sinar alfa oleh lempeng tipis
emas dan mengemukakan keberadaan inti atom. Bohr adalah mengaplikasikan teori
kuantum untuk menjawab kesulitan dalam model atom rutherford.
DAFTAR PUSTAKA
Mekanika kuantum merupakan paradigma sains revolusioner yang
tidak terlepas dari teori-teori atom periode sebelumnya. Mekanika kuantum
merupakan cabang dari fisika dasar yang mempelajari perilaku materi dan energi
pada skala atomik dan partikel-partikel subatomik atau gelombang sebagai bentuk
revolusi dari fisika klasik. Dasar teori mekanika kuantum adalah energi yang tidak
kontinyu. Hal ini bertentangan dengan fisika klasik yang berasumsi bahwa energi
itu berkesinambungan. Pengembangan mekanika kuantum dimulai abad 20, dimana
perumusan-perumusan mekanika klasik tidak mampu 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. Fisika kuantum diawali
oleh hipotesa Planck yang menyatakan bahwa besaran energi suatu benda yang
beosilasi (osilator) tidak lagi bersifat kontinu, namun bersifat diskrit
(kuanta), sehingga muncullah istilah mekanika kuantum dan ditemukannya konsep
dualisme partikel-gelombang yang dipostulatkan oleh Louis De Broglie sebagai
bentuk perbaikan dari kelemahan teori atom Niels Henrik David Bohr, kemudian
dilanjutkan dengan persamaan Heissenbergh dan asas ketidakpastian Heissenbergh,
serta persamaan Schrodinger. Perkembangan teori atom menunjukkan adanya
perubahan konsep susunan atom dan reaksi kimia antaratom.
1.
Sejarah Awal Munculnya
Mekanika Kuantum
Perkembangan dan pemahaman dunia atom mempengaruhi pandangan
emosional, sehingga ilmuan mengalami kesulitan dan kebuntuan dalam
mengimajinasikan dunia atom. Teori-teori yang diciptakan sebelumnya seakan
belum bisa menjawab fakta yang terus terjadi dan mengaami perkembangan. Keadaan
ini dilukiskan oleh pengalaman 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).
Kondisi psikologis Heisenberg merupakan salah satu pemicu
perkembangan revolusioner dunia atom. Benda atau materi yang diciptakan
berkeinginan untuk sesuai dengan fungsi dan kedudukannya dalam suatu fenomena.
Absurd yang dimaksud adalah absurditas subatom yang dipandang sebagai benda
atau materi sudah tidak memadai lagi. Subatom merupakan kesinambungan pembentuk
jaringan dinamis yang terpola, sehingga subatom bukan banda atau materi.
Sub-subatom merupakan jaring-jaring pembentuk dasar materi, bukan sebagai blok-blok
dasar pembentuk materi.
Mekanika kuantum merupakan paradigma sains revolusioner pada
awal abad 20. Lahirnya mekanika kuantum tidak terlepas dari teori-teori yang
sudah diciptakan sebelumnya, utamanya teori atom. Mekanika kuantum merupakan
bentuk perkembangan teori atom yang berperan untuk merevisi teori-teori yang
sudah ada sebelumnya sesuai dengan perkembangan fenomena yang terjadi, terutama
dunia mikroskosmik. Menurut Gary Zukaf (2003:22) Mekanika adalah kajian ilmu
tentang gerak, sedangkan kuantum merupakan kuantitas ukuran sesuatu dengan
besar tertentu. Mekanika kuantum adalah kajian ilmu tentang fenomena gerak
kuantum. Secara sederhana mekanika kuantum menyatakan bahwa partikel pada
tingkat subatomik tidak sesuai dengan hukum fisika klasik. Entitas elektron
dapat berwujud materi atau energi yang
2.
Perkembangan Mekanika
Kuantum
·
Fisika Kuantum
Pembahasan tentang produksi cahaya dan cara pengkajiannya di
dalam tahun 1900 merupakan babak baru yang menandai lahirnya fisika kuantum.
Sumber-sumber cahaya seperti benda benda padat yang dipanaskan dan gas-gas yang
dihasilkan oleh sebuah lecutan listrik merupakan awal dari penelitian tentang
bagaimana kuatnya radiasi pada berbagai panjang gelombang. Joseph Stefan dan
Ludwig Boltzman telah melakukan pengukuran laju energi kalor radiasi yang
dipancarkan oleh suatu benda, kemudian dikenal dengan Hukum Stefan-Boltzman.
Selanjutnya Wilhelm Wien seorang fisikawan Jerman menemukan suatu hubungan
yang empiris sederhana antara panjang gelombang yang dipancarkan untuk
intensitas maksimum (λm) dengan suhu mutlak (T) sebuah benda yang dikenal
sebagai Hukum Pergeseran Wien. Berikut ini terdapat dua teori klasik
yang mencoba menjelaskan spektrum radiasi benda hitam yaitu teori Wien
dan teori Rayleigh Jeans :
- Teori Wien menyatakan hubungan antara intensitas radiasi dengan panjang gelombang menggunakan analogi antara radiasi dalam ruangan dan distribusi kelajuan molekul gas. Ternyata persamaan tersebut hanya mampu menjelaskan radiasi benda hitam untuk λ pendek, tetapi gagal untuk λ panjang.
- Teori Rayleigh-Jeans menyatakan hubungan antara intensitas dan panjang gelombang radiasi dengan menggunakan penurunan dari teori klasik murni. Ternyata persamaan tersebut berhasil menjelaskan radiasi benda hitam untuk λ yang panjang, tetapi gagal untuk λ yang pendek
Pada tahun 1900, fisikawan berkebangsaan Jerman Max Planck
(1858-1947), memutuskan untuk mempelajari radiasi benda hitam. Beliau berusaha
untuk mendapatkan persamaan matematika yang menyangkut bentuk dan posisi kurva
pada grafik distribusi spektrum. Planck menganggap bahwa permukaan benda hitam
memancarkan radiasi secara terus-menerus, sesuai dengan hukum-hukum fisika yang
diakui pada saat itu. Hukum-hukum itu diturunkan dari hukum dasar mekanika yang
dikembangkan oleh Sir Isaac Newton. Namun dengan asumsi tersebut ternyata
Planck gagal untuk mendapatkan persamaan matematika yang dicarinya. Kegagalan
ini telah mendorong Planck untuk berpendapat bahwa hukum mekanika yang
berkenaan dengan kerja suatu atom sedikit banyak berbeda dengan Hukum Newton.
Max Planck mulai berasumsi baru, bahwa permukaan benda hitam
tidak menyerap atau memancarkan energi secara kontinu, melainkan berjalan sedikit
demi sedikit dan secara bertahap. Menurut Planck, benda hitam menyerap energi
dalam berkas-berkas kecil dan memancarkan energi yang diserapnya dalam
berkas-berkas kecil pula. Berkas-berkas kecil itu selanjutnya disebut kuantum.
Teori kuantum ini bias diibaratkan dengan naik atau turun menggunakan tangga.
Hanya pada posisi-posisi tertentu, yaitu pada posisi anak tangga kita dapat
menginjakkan kaki, dan tidak mungkin menginjakkan kaki di antara anak-anak
tangga itu. Dengan hipotesis yang revolusioner ini, Planck berhasil menemukan
suatu persamaan matematika untuk radiasi benda hitam yang benar-benar sesuai
dengan data percobaan yang diperolehnya. Persamaan tersebut selanjutnya disebut
Hukum Radiasi Benda Hitam Planck yang menyatakan bahwa intensitas cahaya
yang dipancarkan dari suatu benda hitam berbeda-beda sesuai dengan panjang
gelombang cahaya. Planck mendapatkan suatu persamaan :
E
= hf
Keterangan:
- E adalah energi (Joule)
- h adalah tetapan Planck, h = 6.63× (Js)
- f adalah frekuensi dari cahaya (Hz)
Hipotesis Planck berlawanan dengan teori klasik tentang
gelombang elektromagnetik yang merupakan titik awal dari lahirnya teori kuantum
sebagai penanda terjadinya revolusi dalam bidang fisika. Terobosan Planck
merupakan tindakan yang sangat berani karena bertentangan dengan hukum fisika
yang telah mapan dan sangat dihormati. Ilmu fisika mampu menyuguhkan pengertian
yang mendalam tentang alam benda dan materi melalui teori ini. Planck
menerbitkan karyanya pada majalah yang sangat terkenal. Namun untuk beberapa
saat, karya Planck ini tidak mendapatkan perhatian dari masyarakat ilmiah saat
itu. Pada mulanya, Planck sendiri dan fisikawan lainnya menganggap bahwa
hipotesis tersebut tidak lain dari fiksi matematika yang cocok. Namun setelah
berjalan beberapa tahun, anggapan tersebut berubah hingga hipotesis Planck
tentang kuantum dapat digunakan untuk menerangkan berbagai fenomena fisika.
·
Pengakuan terhadap Teori
Kuantum
Teori kuantum sangat penting dalam ilmu pengetahuan karena
pada prinsipnya teori ini dapat digunakan untuk meramalkan sifat-sifat kimia
dan fisika suatu zat. Pengakuan terhadap hasil karya Planck datang
perlahan-lahan karena pendekatan yang ditempuh merupakan cara berfikir yang
sama sekali baru. Albert Einstein menggunakan konsep kuantum untuk menjelaskan
efek fotolistrik yang diamati. Efek fotolistrik merupakan fenomena
fisika berupa pancaran elektron dari permukaan benda apabila cahaya dengan
energi tertentu menimpa permukaan benda itu. Semua logam dapat menunjukkan
fenomena ini. Penjelasan Einstein mengenai efek fotolistrik itu terbilang
sangat radikal, sehingga untuk beberapa waktu tidak diterima secara umum.
Einstein melakukan eksperimen dengan menembakkan cahaya pada permukaan logam
Natrium (Sodium) dan mengamati partikel-partikel atau elektron-elektron pada
permukaan logam terhambur dengan kecepatan tertentu.
Elektron-elektron yang terhambur memiliki energi kinetik
sebesar ½ mv2, dimana m adalah masa elektron dan v adalah
kecepatan elektron yang terhambur. Peristiwa pergerakan elektron dengan
kecepatan tertentu merupakan sifat dari partikel, sehingga dikatakan bahwa
gelombang cahaya dapat berperilaku seperti partikel. Namun hanya cahaya dengan
frekuensi atau energi tertentu yang mampu menghamburkan elektron-elektron pada
permukaan logam Natrium, yaitu energi foton harus sama dengan energi yang
diperlukan untuk memindahkan elektron (fungsi kerja logam) ditambah dengan
energi kinetik dari elektron yang terhambur. Dengan demikian, penerapan teori
kuantum untuk menjelaskan efek fotolistrik telah mendorong ke arah perhatian
yang luar biasa terhadap teori kuantum dari Planck yang sebelumnya diabaikan.
·
Eksperimen Davison-Germer
Sebelum eksperimen Davison-Germer, pada tahun 1924
Louis-Victor de Broglie merumuskan secara empiris bahwa semua partikel
atau materi, tidak hanya cahaya, memilki sifat alami seperti gelombang.
Gelombang dalam mekanika klasik memiliki sifat-sifat seperti interferensi,
difraksi dan polarisasi. Pada tahun 1927, hipotesa de Broglie ini
dikonfirmasi oleh dua eksperimen yang dilakukan secara terpisah oleh George
Paget Thomson (anak dari J.J. Thomson, penemu elektron, peraih Nobel Fisika
tahun 1906) yang melakukan eksperimen dengan melewatkan berkas elektron ke
dalam film tipis logam dan mengamati pola difraksi (sifat gelombang) dari elektron
yang terhambur dari permukaan logam. Atas jasanya G.P. Thomson dianugerahi
Nobel Fisika pada tahun 1934. Sedangkan di tempat terpisah C.J. Davisson dan
L.H. Germer (Bell Labs) menembakkan elektron-elektron dengan kecepatan rendah
ke dalam kristal Nikel dan mengukur intensitas elektron-elektron yang terhambur
dari permukaan kristal Nikel pada sudut hamburan yang berbeda. Hasil pengukuran
menunjukkan bahwa elektron-elektron yang terhambur memiliki pola difraksi
seperti yang diperkirakan oleh Bragg dalam difraksi sinar-X dari kristal Nikel.
De Broglie dianugerahi Hadiah Nobel Fisika pada tahun 1929 dan Davison
dianugerahi Nobel Fisika pada tahun 1934 atas penemuan difraksi elektron atas
jasa merumuskan hipotesanya.
Teori Kuantum Modern dikembangkan dalam perhitungan energi
partikel atau elektron menggunakan persamaan gelombang yang dirumuskan oleh
Erwin Schroedinger, sehingga dikenal dengan persamaan Schroedinger. Persamaan
ini bersama dengan prinsip ekslusi Pauli yang menyatakan bahwa elektron dan partikel
Fermion lain tidak dapat memiliki keadaan kuantum yang sama (energi, orbital,
spin dan lain-lain) merupakan dasar bagi penerapan teori kuantum modern dalam
menjelaskan efek zeeman, atom berelektron banyak, osilator harmonis dan atom
hidrogen. Diantara kedua teori kuantum klasik dan modern, terdapat beberapa
model atom dikembangkan oleh Thomson, Rutherford, Bohr dan Sommerfeld-Bohr.
Model atom tersebut berdasarkan teori kuantum lama (besaran diskrit) dan
sebagai dasar bagi penerapakan teori kuantum modern khusunya dalam atom
hidrogen dan atom berlektron banyak.
Pada tahun 1906, J.J. Thomson menemukan besaran perbandingan
antara muatan dan massa elektron (muatan spesifik elektron) yang berkesimpulan
bahwa elektron merupakan partikel paling dasar dari setiap materi. Dengan
demikian model atom Dalton yang menyatakan bahwa atom merupakan bagian terkecil
dari materi gugur. Thomson menyatakan bahwa atom mengandung banyak sekali
elektron-elektron yang bermuatan negatif. Karena atom bersifat netral, maka di
dalam atom terdapat muatan-muatan positif yang menyeimbangkan elektron yang
bermuatan negatif. Thomson membuat model bahwa atom berbentuk bola padat dengan
muatan-muatan listrik positif tersebar merata di seluruh bagian bola.
Muatan-muatan positif dinetralkan oleh elektron-elektron bermuatan negatif yang
melekat pada bola segaram pada bola bermuatan positif seperti kismis yang
melekat pada kue. Sehingga model atom Thomson dikenal dengan model atom kue
kismis. J. J. Thomson akhirnya diberi hadiah Nobel Fisika pada tahun 1906 .
Ernest Rutherford dibantu asistennya yaitu Geiger dan
Marsden pada tahun 1911 melakukan eksperimen menembakkan partikel alfa (α)
melalui celah pelat timbal yang akhirnya menumbuk lempeng tipis emas. Untuk
mendeteksi partikel alfa yang terhambur dari lempeng emas, dipasang lempeng
lapisan seng sulfida. Hasilnya menunjukkan bahwa sebagian besar partikel alfa
dilewatkan tanpa mengalami pembelokkan oleh lapisan emas dan hanya sedikit yang
dibelokkan atau dipantulkan. Hasil eksperimen Rutherford menunjukkan bahwa
model atom Thomson yang menyatakan bahwa muatan positif tersebar merata di
dalam atom tidak dapat diterima. Model atom Rutherford menyatakan bahwa semua
muatan positif berkumpul di tengah atom (inti atom) dan inti atom dikelilingi
oleh elektron-elektron pada jarak yang relatif jauh. Elektron-elektron ini
berputar pada lintasan-lintasannya seperti planet mengelilingi matahari dalam
sistem tata surya. Model atom Rutherford tidak mampu menjelaskan dua pertanyaan
yaitu pertama, mengapa elektron yang dipercepat hingga memancarkan gelombang
elektromagnetik tidak dapat jatuh ke dalam inti atom? Karena dengan model tadi
diperkirakan bahwa elektron akan jatuh ke dalam inti atom dalam waktu 10-8
detik, namun kenyataannya elektron bergerak stabil di lintasannya. Kedua, hasil
pengamatan spektrum atom hidrogen melalui spektrometer menunjukkan bahwa
spektrum berbentuk garis (deret Balmer) sedangkan menurut model atom
Rutherford, spektrum atom hidrogen harus.
Pada tahun 1911 Niels Bohr membuat model atom seperti
berikut:
- Elektron bergerak dalam orbitnya yang melingkar di sekitar inti atom (proton) dibawah pengaruh gaya Coulomb.
- Elektron tidak dapat berputar di sekitar inti melalui setiap orbit, tetapi elektron hanya melalui orbit stabil (orbit stasioner) tanpa memancarkan energi.
- Radiasi dipancarkan oleh atom jika elektron melompat dari suatu orbit stasioner yang energinya lebih tinggi ke dalam orbit yang energinya lebih rendah.
- Ukuran orbit-orbit yang diperbolehkan ditentukan oleh keadaan kuantum tambahan yaitu momentum sudut orbital elektron.
Pada
tahun 1913, Niels Bohr seorang fisikawan berkebangsaan Swedia mengikuti jejak
Einstein menerapkan Teori Kuantum untuk menerangkan hasil studinya mengenai
spektrum atom hidrogen. Bohr mengemukakan teori baru mengenai struktur dan
sifat-sifat atom. Teori atom Bohr pada prinsipnya menggabungkan teori kuantum
Planck dan teori atom dari Ernest Rutherford yang dikemukakan pada tahun
1911. Bohr mengemukakan bahwa apabila elektron dalam orbit atom menyerap suatu
kuantum energi, elektron akan meloncat keluar menuju orbit yang lebih tinggi.
Sebaliknya, jika elektron itu memancarkan suatu kuantum energi, elektron akan
jatuh ke orbit yang lebih dekat dengan inti atom. Melalui teori kuantum, Bohr
juga menemukan rumus matematika yang dapat dipergunakan untuk menghitung
panjang gelombang dari semua garis yang muncul dalam spektrum atom hidrogen.
Nilai hasil perhitungan ternyata sangat cocok dengan yang diperoleh dari
percobaan langsung. Namun, untuk unsur yang lebih rumit dari hidrogen, teori
Bohr tidak cocok dalam meramalkan panjang gelombang garis spektrum. Meskipun
demikian, teori ini diakui sebagai langkah maju dalam menjelaskan
fenomena-fenomena fisika yang terjadi dalam tingkatan atomik.
Teori kuantum dari Planck diakui kebenarannya karena dapat
dipakai untuk menjelaskan berbagai fenomena fisika yang saat itu tidak bisa
diterangkan dengan teori klasik. Pada tahun 1918 Planck memperoleh Hadiah Nobel
bidang fisika berkat teori kuantumnya. Dengan memanfaatkan teori kuantum untuk menjelaskan
efek fotolistrik, Einstein memenangkan hadiah nobel bidang fisika pada tahun
1921. Selanjutnya Bohr yang mengikuti jejak Einstein menggunakan teori kuantum
untuk teori atomnya juga dianugerahi Hadiah Nobel Bidang Fisika tahun 1922.
Tiga hadiah Nobel fisika dalam waktu yang hampir berurutan di awal abad ke-20
sebagai penanda pengakuan secara luas terhadap lahirnya teori mekanika kuantum.
Teori ini mempunyai arti penting dan fundamental dalam fisika.
Di antara perkembangan beberapa bidang ilmu pengetahuan di
abad ke-20, perkembangan mekanika kuantum memiliki arti yang paling penting,
jauh lebih penting dibandingkan teori relativitas dari Einstein. Oleh sebab
itu, Planck dianggap sebagai Bapak Mekanika Kuantum yang telah mengalihkan
perhatian penelitian dari fisika makro yang mempelajari objek-objek tampak ke
fisika mikro yang mempelajari objek-objek sub-atomik. Perombakan dalam
penelitian fisika sejak memasuki abad ke-20, perhatian orang mulai tertuju ke
arah penelitian atom. Melalui penjelasan teori kuantum inilah manusia mampu
mengenali atom dengan baik. Sebagai konsekuensi atas beralihnya bidang kajian
dalam fisika, maka muncul beberapa disipilin ilmu spesialis seperti fisika
nuklir dan fisika zat padat. Fisika nuklir yang perkembangannya cukup kontroversial
kini menawarkan berbagai macam aplikasi praktis yang sangat bermanfaat dalam
kehidupan. Energi nuklir misalnya, saat ini telah mensuplai sekitar 17 %
kebutuhan energi listrik dunia. Sedang perkembangan dalam fisika zat pada telah
mengantarkan ke arah revolusi dalam bidang mikro-elektronika, dan kini sedang
menuju ke arah nano-elektronika.
3.
Tokoh-Tokoh Pelopor Mekanika
Kuantum
·
Max Planck
Lahir pada tahun 1858 di kota Kiel, Jerman. Dia belajar di
Universitas Berlin dan Munich diperoleh gelar Doktor dalam ilmu fisika dengan
summa cum laude dari Universitas Munich saat berumur dua puluh satu tahun. 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. Saat itu tahun 1928.
·
Albert Einstein
Albert Einstein adalah seorang ilmuan fisika yang dipandang
luas sebagai ilmuan terbesar di abad ke-20. Dia mengemukakan teori relativitas
dan juga banyak menyumbang dalam pengembangan mekanika kuantum, mekanika
statistik, dan kosmologi. Dia dianugerahi penghargaan nobel dalam fisika pada
tahun 1921 untuk penjelasannya tentang efek foto elektrik dan pengabdiannya
bagi fisika teoretis. Setelah teori relativitas umum dirumuskan, Einstein
menjadi terkenal ke seluruh dunia, hal ini merupakan pencapaian yang tidak
biasa bagi seorang ilmuan. Di masa tuanya, keterkenalan Einstein melampaui
ketenaran semua ilmuan dalam sejarah dan dalam budaya populer. Kata Einstein
dianggap bersinonim dengan kecerdasan atau bahkan jenius. Einstein dinamakan
“Orang Abad Ini” oleh majalah time pada tahun 1999. Kepopulerannya juga membuat
nama “Einstein” digunakan secara luas dalam iklan dan barang dagang lain, dan
akhirnya “Albert Eisntein” didaftarkan sebagai merk dagang. Sebagai salah satu
penghargaan baginya, sebuah satuan fotokimia diberi nama einstein, sebuah unsur
kimia diberi nama einsteinium, dans ebuah asteroid diberi nama 2001 Einstein.
Einstein dilahirkan di Ulm di Württemberg, Jerman (sekitar 100 km sebelah timur
Stuttgart). Ayah Einstein bernama Hermann Einstein dan ibunya bernama Peuline.
Ayahnya adalah seorang penjual ranjang bulu yang kemudian menjalani pekerjaan
elektrokimia. Mereka menikah di Stuttgart-Bad Cannstatt. Keluarga mereka
keturunan yahudi. Albert Einstein disekolahkan di sekolah katolik dan atas
keinginan ibunya dia diberi pelajaran biola. Saat berumur lima tahun, ayahnya
menunjukkan kompas kantung, dan Einstein menyadari bahwa sesuatu diruang kosong
akan bereaksi terhadap jarum di kompas tersebut. Dia kemudian menjelaskan
pengalamannya sebagai salah satu saat yang paling menggugah dalam hidupnya.
Meskipun dia membuat model dan alat mekanik sebagai hobi, dia dianggap sebagai
pelajar yang lambat. Kemungkinannya disebabakan oleh dyslexia, sifat pemalu, atau
karena struktur yang tidak biasa pada otaknya (setelah diteliti kematiannya).
·
Niels Bohr
Niels Henrik Dacid Bohr merupakan seorang bapak teori
struktur atom yang lahir pada tahun 1885 di Kompenhagen. Dia meraih gelar
doktor fisika dari Universitas Compenhagen pada tahun 1911. Tak lama kemudian,
dia pergi ke Cambridge, Inggris. Di sana dia belajar di bawah asuhan J.J.
Thomson seorang ilmuan yang menemukan elektron. Beberapa bulan kemudian, dia
pindah lagi ke Manchester untuk belajar pada Ernest Rutherford yang beberapa
tahun sebelumnya menemukan nucleus atau bagian inti atom. Rutherford menegaskan
bahwa atom umumnya kosong, denga bagian pokok berat pada tengahnya dan elektron
dibagian luarnya. Tak lama kemudian, Bohr mengembangkan teorinya sendiri yang baru
serta radikal tentang struktur atom. Kertas kerja Bohr bagaikan membuai dalam
sejarah “On the Constitution of Atoms and Molecules” diterbitkan dalam
Philosophical Magazine tahun 1933.
·
Louis de Broglie
Louis
Victor Pierre Raymon de Broglie lahir pada 15 Agustus 1892 di Dieppe, Perancis.
Keturunan de Broglie 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 tahun 1740, Raja Louis XI mengangkat salah satu anggota
keluarga de Broglie, Francois Marie (1671-1745) sebagai Duc (seperti Duke di
Inggris), yaitu 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.
Setelah meninggalnya saudara tertua Louis de Broglie yaitu
Maurice yang juga fisikawan (eksperimen) pada 1960, 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)” seorang matematikawan besar
Perancis.
·
Werner Karl Heisenberg
Pada tahun 1925 Werner Karl Heisenberg mengajukan rumus baru
dibidang fisika. Rumus tersebut merupakan suatu rumus yang teramat sangat
radikal, jauh berbeda dalam pokok konsep dengan rumus klasik Newton. Teori
rumus baru ini telah mengalami beberapa perbaikan dan berhasil oleh orang-orang
sesudah Heisenberg. Kini rumus tersebut diterima dan digunakan terhadap semua
sistem fisika. Secara matematik dapat dibuktikan hanya dengan menggunakan
sistem mikroskopik untuk di ukur. Atas dasar ini, mekanika klasik secara
matematik lebih sederhana dari mekanika kuantum. Ketika dihadapkan pada sistem
dimensi atom, perkiraan tentang mekanika kuantum lebih tepat daripada mekanika
klasik.
·
Erwin Schrodinger
Erwin rudolf Josef Alexander Schrödinger (1887-1961) ialah
fisikawan Austria. Ia lahir 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. Disana
ia menangkap pengertian Louis Victor de Broglie yang menyatakan bahwa partikel
yang bergerak memilik sifat gelombang dan mengembangkan pengertian itu menjadi
suatu teori yang terperinci dengan baik. Setelah ia menemukan persamaannya yang
terkenal, ia dan ilmuan 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
ilmuan masa itu. Schrödinger memperlihatkan bahwa kedua formulasi itu setara
secara matematis.
·
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
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 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.
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
4.
Eksperimen – Eksperimen yang
Mendasari Mekanika Kuantum
Berikut
eksperimen – eksperimen yang mendasari perkembangan mekanika kuantum :
- Thomas Young mendemonstrasikan sifat gelombang cahaya pada tahun 1805 melalui eksperimen celah ganda.
- Henri Becquerel pada tahun 1896 menemukan radioaktivitas.
- J.J. Thomson menemukan elektron pada tahun 1897 melalui eksperimen sinar katoda.
- Penjelasan studi radiasi benda hitam antara tahun 1850 sampai 1900 tanpa menggunakan konsep mekanika kuantum.
- Einstein menjelaskan efek foto listrik pada tahun 1905 menggunakan konsep foton dan partikel cahaya dengan energi terkuantisasi.
- Robert Millikan pada tahun 1909 menunjukkan bahwa arus listrik bersifat seperti kuanta dengan menggunakan eksperimen tetes minyak.
- Ernest Rutherford pada tahun 1911 mengungkap model atom pudding yaitu massa dan muatan positif dari atom terdistribusi merata pada percobaan lempeng emas.
- Otti Stern dan Walther Gerlach pada tahun 1920 mendemonstrasikan sifata terkuantisasinya spin partikel yang dikenal dengan eksperimen Stern-Gerlach.
- Clinton davisson dan Lester Germer pada tahun 1927 mendemonstrasikan sifat gelombang dalam elektron melalui percobaan difraksi elektron.
- Clyde L. Cowan dan Frederick pada tahu 1955 menjelaskan keberadaan neutron.
5.
KESIMPULAN
Berdasarkan
pembahasan yang telah disampaikan pada makalah ini maka dapat disimpulkan
sebagai berikut :
- Dasar dimulaianya periode mekanika kuantum adalah ketika mekanika 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.
- Fisika Modern merupakan pengembangan fisika klasik dalam objek yang sangat kecil dalam bentuk partikel atau elektron. Perumusan-perumusan yang digunakan sama dengan yang dirumuskan dalam fisika klasik. Fisika modern diawali oleh prinsip besaran yang bersifat diskrit (kuanta) sehingga sering disebut dengan fisika kuantum. Fisika modern secara umum dibagi menjadi dua yaitu teori kuantum klasik dan teori kuantum modern. Teori kuantum lama didasari oleh konsep dualisme partikel sebagai gelombang dan gelombang sebagai partikel, sedangkan teori kuantum moderen dilandasi oleh persamaan Schroedinger untuk menentukan energi partikel atau elektron.
- Max Planck (tahun 1900) menyatakan bahwa energi dapat dibagi-bagi menjadi beberapa paket atau kuanta. Ide in digunakan untuk menjelaskan intensitas radiasi yang dipancarkan oleh benda hitam. Albert Einstein (tahun 1905) menjelaskan efek fotolistrik dengan menyimpulkan bahwa energi cahaya datang dalam bentuk kuanta yang disebut foton. Niels Bohr (tahun 1913) menjelaskan garis spektrum dari atom hidrogen dengan menggunakan kuantisasi. Louis de Broglie (tahun 1924) memberikan teorinya tentang gelombang benda. Werner Karl Heisenberg dan Erwin Schrodinger (1925) muncul mekanika kuantum ketika Werner Karl Heisenberg mengembangkan mekanika matriks dan Erwin Schrodinger menemukan mekanika gelombang dan persamaan Schrodinger.
- Thomas Young (1805) dengan eksperimen celah ganda mendemonstrasikan sifat gelombang cahaya. Henri Becquerel (1896) penemu radioaktivitas. J.J. Thompson (1897) penemu elektron melalui eksperimen sinar katoda. Albert Einstein (1905) menjelaskan efek foto listrik dengan menggunakan konsep foton dan partikel cahaya dengan energi terkuantisasi. Robert Milikan (1909) menunjukan bahwa arus listrik bersifat seperti kuanta dengan menggunakan eksperimen tetes minyak. Ernest Rutherford (1911) mengungkapkan model atom pudding yaitu massa dan muatan postif dari atom terdistribusi merata dengan percobaan lempengan emas. Otti Stern dan Walther Gerlach (1920) mendemonstrasikan sifat terkuantisasinya spin partikel yang dikenal dengan eksperimen Stern-Gerlach. Clinton Davisson dan Lester Germer (1927) mendemondtrasikan sifat gelombang dari electron melalui percobaan difraksi electron. Clyde L. Cowan dan Frederick Reines (1955) menjelaskan keberadaan neutron.
DAFTAR PUSTAKA
Langganan:
Postingan (Atom)