Fisika kuantum merupakan cabang ilmu fisika yang dikenal sulit dipelajari. Hal ini karena dalam berbagai penelitian yang dilakukan, seorang peneliti tidak dapat melihat secara langsung objek yang sedang diteliti, melainkan hanya bisa merasakan kehadirannya melalui besaran ukuran tertentu yang dapat terdeteksi.
Kesulitan ini membuat cabang ilmu fisika kuantum menjadi studi yang sulit untuk dipelajari sehingga tidak dibahas secara detail pada mata pelajaran sekolah. Hal ini juga karena secara umum mata pelajaran sekolah akan lebih fokus pada konsep serta perumusan matematis tanpa menggunakan pengamatan yang dilakukan secara langsung.
Nah, bagaimana teori fisika kuantum dan fakta-fakta menarik tentangnya? Simak artikel berikut dengan baik, ya!
BACA JUGA: Rumus Besaran Vektor Dalam Fisika Beserta Contoh Soalnya
Apa itu fisika kuantum?
Fisika kuantum adalah cabang ilmu yang mempelajari tentang perilaku materi dan energi yang ada di tingkatan molekuler, atom, nuklir, mikroskopis,serta materi atau energi yang lebih kecil. Apa itu quantum? Quantum merupakan bahasa latin yang memiliki makna berapa banyak. Hal ini mengacu pada unit diskrit materi serta energi yang diamati dan juga diprediksi dalam cabang ilmu fisika ini.
Fisika kuantum atau mekanika kuantum seringkali juga dikenal sebagai teori medan kuantum. Cabang ilmu fisika ini merupakan ilmu yang mengkaji berbagai benda berukuran sangat kecil yang menjadi penyusun alam semesta. Cabang ilmu ini juga mengkaji perilaku berbagai benda kuantum dan dampaknya pada alam semesta.
Ilmu fisika kuantum akan membuat segala hal yang kita lihat bukanlah seperti yang kita lihat. Benda padat yang terlihat keras sebenarnya adalah sekumpulan molekul yang tersusun dari sekumpulan atom dengan gelombang informasi dan konsentrasi energi. Bahkan dapat dikatakan bahwa 99,9% penyusun partikel atom merupakan ruang kosong.
Berdasarkan penjelasan di atas, maka dapat ditarik kesimpulan bahwa seluruh belahan dunia serta benda fisik yang ada di dalamnya, termasuk manusia, terdiri dari kehampaan dan yang membedakan antara satu dengan lainnya adalah frekuensi serta getaran energi yang ada.
Tokoh fisika kuantum
Tokoh-tokoh terkenal dibalik teori ini tentu memiliki tingkat kejeniusan yang tinggi. Diketahui bahwa sebelum Albert Einstein, salah seorang fisikawan Jerman telah memberikan kontribusi dalam perkembangan fisika kuantum melalui makalah ilmiah pada tahun 1900 bertopik radiasi benda hitam.
Ada pula ilmuwan bernama Niels Bohr yang memiliki gagasan mengenai bentuk partikel atom. Tidak hanya itu, tokoh dalam cabang ilmu fisika ini juga terdiri dari Erwin Schrodinger, Werner Heisenberg, dan masih banyak ilmuwan lainnya.
BACA JUGA: Rumus Cepat Rambat Gelombang dengan Soal & Pembahasan
Teori-teori fisika kuantum
Beberapa teori mengenai fisika kuantum berikut muncul karena banyaknya fenomena yang tidak sesuai dengan gagasan fisika klasik. Dengan demikian, para ahli fisika kuantum akhirnya mendapatkan kesimpulan sebagai berikut.
- Seluruh benda di alam semesta adalah sekumpulan molekul yang terdiri dari sekumpulan atom.
- Semua benda yang dapat dilihat secara fisik merupakan energi yang bergetar. Fenomena ini menyebabkan berbagai benda terlihat seakan-akan nyata padahal kenyataannya tidaklah benar.
- Seseorang bisa menjadi abadi jika dapat melakukan perjalanan melalui kecepatan cahaya. Hal ini karena pada kecepatan tersebut, masa lalu, masa kini, dan masa depan berada di saat yang bersamaan.
- Kesadaran kuantum merupakan teori mengenai semua orang dan segala hal yang ada di alam semesta adalah saling berhubungan antara satu sama lain, berdasarkan fakta bahwa medan kuantum bisa menjangkau segala hal.
- Benda-benda pada alam semesta berasal dari ruang hampa dan merupakan sebuah energi yang tampak dan bergetar.
- Menurut para ilmuwan fisika kuantum, sebuah realitas yang nyata hanyalah sebuah ilusi semata.
- Para ilmuwan fisika kuantum telah membuktikan bahwa sebuah benda bisa berada di dalam 2 dimensi berbeda di waktu yang bersamaan.
- Teori biosentrisme menyatakan bahwa tubuh manusia bisa mati, namun kesadarannya akan selalu ada atau abadi, sehingga kematian kesadaran tidaklah ada.
- Interaksi antar makhluk hidup dapat mempengaruhi segala hal yang ada di alam semesta.
Penerapan dalam kehidupan
Cabang ilmu fisika ini memiliki penerapan yang sangat penting dalam kehidupan. Namun, penerapannya di Indonesia masih sangat jarang dilakukan, sehingga saat ini masih belum ada jurusan fisika kuantum secara khusus di universitas negeri maupun swasta.
Meskipun Indonesia belum menerapkannya, namun di berbagai negara maju, mereka telah mengembangkan sebuah teknologi dengan menggunakan berbagai konsep fisika kuantum di dalamnya.
Salah satunya adalah komputer kuantum yang menggunakan prinsip fisika kuantum dalam perhitungan prosesor serta reaktor fusinya, sehingga dapat menciptakan benteng kecil buatan sebagai sumber energi. Selain itu, juga terdapat hasil observasi lubang hitam atau black hole yang merupakan sebuah singularitas yang tidak dapat dijelaskan melalui ilmu fisika klasik.
BACA JUGA: Rumus Percepatan Beserta Contoh Soal & Pembahasannya
Fakta menarik yang terkait
Selanjutnya adalah pembahasan mengenai fakta menarik dari cabang ilmu fisika kuantum. Artikel kali ini tidak membahas rumus fisika kuantum maupun fisika kuantum contoh soalnya bagaimana karena lebih fokus pada pembahasan fakta-fakta menarik. Tetap simak dengan baik, ya!
Mampu membantu dalam memahami bintang
Fakta menarik yang pertama adalah ilmu quantum physics dapat membantu para ilmuwan dalam memahami bintang. Tercatat pada tahun 1913, seorang fisikawan Denmark bernama Niel Bohr bersama fisikawan Selandia Baru bernama Ernest Rutherford, menggambar sebuah model untuk menyatakan bahwa elektron yang mengorbit di dalam sebuah atom juga mengalami kuantisasi.
Elektron mengorbit berdasarkan ukuran yang sudah ditentukan dengan tingkat energi. Jika sebuah elektron turun dari tingkatan energi yang tinggi menuju tingkatan yang lebih rendah, maka foton dengan tingkat energi dan ukuran celah yang sama akan dikeluarkan. Mereka juga menyebutkan bahwa sebuah elektron juga dapat menyerap partikel cahaya dan menggunakan energi tersebut untuk melompat ke tingkat energi yang lebih tinggi.
Keberadaan multiverse menjadi mungkin
Fakta selanjutnya adalah keberadaan multiverse yang menjadi mungkin di dalam cabang ilmu fisika ini. Terdapat gagasan bahwa sebuah observasi dapat menghancurkan fungsi gelombang serta memaksa pilihan kuantum atau interpretasi Copenhagen oleh Niels Bohr dan Werner Heisenberg terhadap ilmu fisika kuantum.
Adanya gagasan atau pernyataan tersebut menciptakan pemahaman terkait multiverse atau alam semesta yang berbeda-beda. Meskipun begitu, para pendukung gagasan keberadaan multiverse juga mengatakan bahwa tidak ada pilihan sama sekali. Hal ini karena saat pengukuran dilakukan, realitas akan pecah menjadi dua buah salinan dari diri sendiri, satu salinan menghasilkan A, dan satu lainnya menghasilkan B.
Satu objek dapat berada di dua tempat berbeda pada waktu bersamaan
Fakta selanjutnya adalah adanya sebuah objek di dua tempat berbeda pada waktu bersamaan bukanlah hal yang mustahil. Selain menjadi landasan dari cabang ilmu fisika kuantum, dualitas antara gelombang dan partikel juga menjadi sebuah konsep superposisi.
Ketika sebuah objek kuantum ada di dalam beberapa status di waktu yang bersamaan, maka hal ini dapat terjadi. Sebagai contoh, sebuah elektron dapat berada di beberapa lokasi dalam waktu yang bersamaan karena terkait dengan probabilitas.
Keberadaan objek secara umum dapat ditafsirkan sesudah dilihat. Dengan begitu, berbagai peluang kemudian dirumuskan menjadi fungsi gelombang. Namun, jika dilakukan pengamatan, maka fungsi gelombang yang ada dapat kolaps dan menghancurkan superposisi, sehingga sebuah objek terpaksa harus masuk ke dalam salah satu keadaan dari banyaknya probabilitas yang ada.
Teori ini kemudian ingin dibuktikan oleh Erwin Schrodinger pada tahun 1935 dengan penelitian yang dikenal sebagai Kucing Schrodinger. Setelah melakukan perbincangan dengan Albert Einstein, Erwin Schrodinger kemudian melakukan eksperimen imajiner tersebut dengan memberikan satu paradoks soal superposisi dari fisika kuantum.
Sebagai contoh, adanya seekor kucing yang ditempatkan pada sebuah ruang dengan zat radioaktif dan juga pencacah Geiger akan membuatnya ada pada dua kondisi hingga pengukuran dilakukan. Kucing tersebut berada dalam kondisi hidup serta mati hingga peneliti selesai melakukan intervensi. Namun, superposisi tersebut akan kolaps jika peneliti hanya ingin melakukan pengamatan saja.
BACA JUGA: Konveksi adalah Perpindahan Panas, Kenali Contohnya
Gelombang dan partikel merupakan suatu hal biasa
Fakta menarik selanjutnya adalah keberadaan gelombang dan partikel merupakan sesuatu hal yang biasa di dalam dunia fisika kuantum. Hal ini dibuktikan oleh seorang fisikawan Inggris bernama Sir J. J. Thomson pada tahun 1906 yang berhasil memenangkan penghargaan Nobel dari penemuannya berupa elektron sebagai partikel.
Selanjutnya pada tahun 1937, putranya yang bernama Sir George P. Thomson juga berhasil memenangkan penghargaan Nobel karena berhasil menunjukkan sifat elektron sebagai gelombang. Kedua pernyataan tersebut sama-sama benar karena dualitas antara gelombang dan partikel merupakan sebuah landasan fisika kuantum yang berlaku pada elektron dan cahaya.
Kita dapat melihat cahaya sebagai sebuah gelombang elektromagnetik. Namun, cahaya juga dapat digambarkan sebagai foton. Sebagai contoh saat sebuah teleskop dapat memfokuskan gelombang cahaya dari sebuah bintang yang jauh dan bertindak sebagai wadah dari cahaya untuk mengumpulkan foton.
Hal tersebut berarti bahwa cahaya dapat memberikan tekanan ketika partikel foton menghantam sebuah objek. Prinsip ini dapat juga diterapkan untuk menggerakan pesawat luar angkasa melalui layar matahari dan mengubah jalur asteroid yang berbahaya supaya tidak menabrak planet Bumi.
Dunia fisika kuantum tidaklah mulus
Sebelum mendapatkan berbagai teori seperti saat ini, para peneliti membutuhkan banyak perjuangan untuk membuktikan hal ini. Dibuktikan dengan Albert Einstein yang berhasil memenangkan Penghargaan Nobel pada tahun 1921 pada penelitiannya di tahun 1905 yang berjudul “On a Heuristic Point of View Concerning the Production and Transformation of Light”.
Dalam penelitian tersebut, Albert Einstein membuktikan konsep kuantisasi energi, yang menyatakan bahwa energi hadir dalam kelipatan kuanta. Kuanta merupakan konstanta Planck yang berasal dari Max Planck.
Max Planck merupakan ilmuwan yang berusaha memecahkan misteri terkait radiasi benda hitam pada tahun 1900 dengan menggunakan objek langit Matahari. Berdasarkan penelitian tersebut, Max Planck berhasil menghasilkan Hukum Planck yang juga sejalan dengan dengan eksperimen yang dilakukan oleh Albert Einstein.
Mampu menjelaskan luasnya alam semesta
Fakta menarik berikutnya adalah mampu menjelaskan luasnya alam semesta. Menurut teori yang berkembang saat ini, alam semesta dimulai dari ledakan dahsyat. Namun, pada tahun 1980an, teori lain yang dikenal sebagai “Inflasi” muncul untuk menjelaskan keberadaan alam semesta. Teori tersebut menyebutkan bahwa kosmos mengembang dari ukuran yang lebih kecil dari atom menjadi seukuran jeruk bali, atau 1.078 kali lebih besar.
Ukuran yang lebih kecil dari atom ini membuat alam semesta muda didominasi oleh fluktuasi kuantum berdasarkan asas ketidakpastian Heisenberg. Inflasi kemudian menyebabkan alam semesta berkembang sebelum fluktuasi tersebut memudar. Akibatnya, energi menjadi terpusat ke area-area lain seperti benih di alam semesta. Para astronom meyakini bahwa penjelasan semacam inilah yang dapat menjelaskan mengapa galaksi-galaksi masa kini bisa terbentuk.
BACA JUGA: Amplitudo: Pengertian, Jenis, Tujuan dan Manfaatnya
Menyebabkan lubang hitam menguap
Fisika kuantum memiliki asas yang disebut sebagai “Asas ketidakpastian Heisenberg”. Asan ini menyatakan bahwa mustahil untuk mengetahui dua sifat sistem secara bersamaan. Hal ini karena semakin akurat pengenalan akan satu sistem, maka sistem lain akan semakin tidak dikenali. Asas ini berlaku pada momentum dan posisi, serta energi dan waktu.
Seorang fisikawan Inggris bernama Stephen Hawking menggunakan asas tersebut di batas lubang hitam, di mana satu partikel seperti radiasi Hawking lolos, tetapi partikel lainnya terserap ke dalam. Seiring berjalannya waktu, lubang hitam kemudian secara perlahan menguap karena tidak dapat mengembalikan jumlah energi yang diambilnya.
Mencegah keruntuhan bintang-bintang yang telah mati
Bintang dapat berhenti mengalami fusi dan mati, dimana gravitasi akan membesar, sehingga bintang menjadi kolaps. Semakin kecil ukuran bintang, maka akan semakin banyak materi yang dijejalkan. Oleh karena itu, aturan fisika kuantum yang disebut “Asas Larangan Pauli” pun berlaku.
Asas ini menyatakan bahwa haram hukumnya jenis partikel tertentu (seperti elektron) berada di keadaan kuantum yang sama. Saat gravitasi melakukannya, maka akan terdapat hambatan yang disebut dengan “tekanan degenerasi”. Jika keruntuhan bintang berhenti maka akan muncul objek baru seukuran Bumi yang disebut sebagai bintang “katai putih”.
Namun, tekanan degenerasi hanya dapat menahan hambatan dalam jumlah tertentu. Jika katai putih tumbuh dan mendekati massa yang setara dengan 1/4 matahari, maka akan terjadi gelombang fusi yang mampu meledakkannya. Hal ini disebut dengan supernova tipe 1a yang cukup terang untuk mengaburkan seluruh galaksi.
Matahari tak bersinar tanpa fisika kuantum
Fakta menarik lainnya adalah matahari tidak akan bersinar tanpa adanya fisika kuantum Mengapa hal ini bisa terjadi? Karena matahari menghasilkan energi melalui proses yang disebut “fusi nuklir”, yakni dua proton yang saling menempel, namun, muatan identik masing-masing proton tersebut membuat mereka saling menolak layaknya dua kutub magnet yang sama. Hal inilah yang disebut sebagai “Penghalang Coulomb” pada dinding di antara dua proton.
Proton dapat menjadi partikel dan gelombang. Saat menjadi partikel, dua proton hanya akan bertabrakan dengan penghalang Coulomb dan bergerak terpisah. Namun, saat menjadi gelombang, puncak gelombang proton akan mencapai penghalang Coulomb dan bagian tepi terdepan akan berhasil melewatinya.
Tinggi gelombang proton tersebut menunjukkan probabilitas terbesar lokasi proton. Hal ini membuat proton seolah-olah telah “menggali” melalui penghalang Coulomb dan terjadilah reaksi fusi yang menyebabkan Matahari bersinar terang.
BACA JUGA: Rumus Energi Kinetik Beserta Contoh Soal & Pembahasannya
Sampai sekarang, fisika kuantum tetap menjadi sesuatu yang tidak dimengerti
Di masa kini, hukum “Keterkaitan Kuantum” diketahui sebagai sesuatu yang nyata. Namun, manusia belum sepenuhnya memahami apa yang terjadi dan bahkan Einstein pun mengatakan bahwa ini adalah “peristiwa yang mengerikan”.
Sebagai permisalan, jika kita menyatukan dua partikel sedemikian rupa sehingga keterkaitan kuantum tak terelakkan, maka satu partikel akan berada di keadaan “A”, dan yang lain di keadaan “B”. Oleh karena itu, asas larangan Pauli akan berlaku dan kedua partikel tidak dapat berada di keadaan yang sama.
Namun jika diubah salah satu, maka partikel lain akan ikut berubah sebagai gantinya. Asas ini juga bisa terjadi bahkan jika kita berusaha memisahkan dua partikel satu sama lain jauh di kedua sisi berlawanan di alam semesta dan seolah-olah informasi perubahan antar partikel dapat bergerak lebih cepat dari kecepatan cahaya dan Einstein pun mengatakan hal ini tidak mungkin terjadi.
Nah, itulah informasi mengenai pengertian fisika kuantum berserta fakta-fakta menariknya. Semoga informasi ini dapat menambah wawasan Sedulur dalam mempelajari ilmu fisika lebih baik lagi. Selamat belajar.
Mau belanja bulanan nggak pakai ribet? Aplikasi Super solusinya! Mulai dari sembako hingga kebutuhan rumah tangga tersedia lengkap. Selain harganya murah, Sedulur juga bisa merasakan kemudahan belanja lewat handphone. Nggak perlu keluar rumah, belanjaan pun langsung diantar.
Bagi Sedulur yang punya toko kelontong atau warung, bisa juga lho belanja grosir atau kulakan lewat Aplikasi Super. Harga dijamin lebih murah dan bikin untung makin melimpah.
