Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

INDUKSI DAN DEDUKSI DALAM SAINS:

Presentasi serupa


Presentasi berjudul: "INDUKSI DAN DEDUKSI DALAM SAINS:"— Transcript presentasi:

1 INDUKSI DAN DEDUKSI DALAM SAINS:
Dari jarak Angstrom sampai tahun cahaya, Dari waktu Planck sampai milyar tahun FREDDY P. ZEN, M.Sc., D.Sc., THEORETICAL PHYSICS LABORATORY, THEORETICAL HIGH ENERGY PHYSICS & INSTRUMENTATION DIVISION, FACULTY OF MATHEMATICS AND NATURAL SCIENCES, ITB.

2 I. PENDAHULUAN INDUKSI postulat (“frog jump”) DEDUKSI
Menurunkan atau mengaplikasikan teori atau model untuk mendapatkan sesuatu yang diinginkan

3 II.1. Gejala Kuantum A. Fisika Awal Abad 20 B. Max Planck
C. Efek Foto Listrik D. Niels Bohr E. Sifat Gelombang-Partikel

4 A. Perkembangan Fisika Awal Abad 20.
Awal Abad 20, terdapat fenomena dalam fisika yang tidak dapat dijelaskan oleh teori klasik, yaitu : 1. Teori/model untuk benda-benda yang ukurannya kecil orde angstrom  m (gejala kuantum) 2. Model untuk sistem pada kecepatan tinggi dan hasil percobaan Michelson & Morley, bahwa kecepatan cahaya konstan, tidak bergantung kerangka acuan inersial (Teori Relativitas Khusus atau TRK). 3. Perihelion planet disekitar matahari yang tidak dapat dijelaskan teori Newton Teori Relativitas Umum (TRU).

5 B. Max PLANCK DAN RADIASI BENDA HITAM
Teori klasik tidak sesuai dengan data eksperimen Penyimpangan ini dinamakan ultraviolet catastrophe

6 Resolusi Planck : En = n h ƒ
Postulat Planck: radiasi benda hitam dihasilkan oleh resonator Resonator adalah osilator harmonik Resonator hanya dapat memiliki energi diskrit En = n h ƒ n dinamakan bilangan kuantum ƒ frekuensi vibrasi h disebut tetapan Planck, h=6.626 x J s Energi terkuantisasi

7 Kurva Radiasi Benda Hitam
Data eksperimen distribusi energi radiasi benda hitam Temperatur bertambah besar, puncak distribusi bergeser ke panjang gelombang yang lebih pendek Hukum pergeseran Wien λmax T = x 10-2 m • K Walaupun resolusi Planck cocok dengan data eksperimen, tetapi tidak dapat dijelaskan mengapa energi sistem diskrit dan bergantung frekuensi

8 C. Einstein dan Efek Foto Listrik
Ketika cahaya mengenai logam E, elektron-elektro foto diemisikan Elektron-elektron terkumpul di C melalui ammeter merupakan arus dalam rangkaian C memiliki potensial positif oleh power supply

9 Grafik Arus/Tegangan Arus bertambah besar terhadap penyinaran, tetapi mencapai tingkat jenuh untuk ΔV besar Tidak ada arus mengalir untuk tegangan yang lebih kecil atau sama dengan –ΔVs, potensial penghenti (stopping potential)

10 Akibat yang tidak dapat dijelaskan oleh fisika klasik/teori gelombang
Tidak ada elektron yang diemisikan jika frekuensi cahaya datang di bawah cutoff frequency yang merupakan karakteristik bahan yang diiluminasi Energi kinetik maksimum elektron foto tidak bergantung pada intensitas cahaya Energi kinetik maksimum elektron foto bertambah besar terhadap frekuensi cahaya Elektron-elektron yang diemisikan dari permukaan sifatnya sesaat (instantaneously)

11 D. Niels BOHR DAN TEORI ATOM HIDROGEN
Mengapa Atom H stabil ? “Gaya” apa yang menahan elektron, sehingga tetap berada pada lintasannya ? Mengapa spektrum atom H diskrit ? Postulat Bohr : Keadaan stasioner atom H dikarakterisasi oleh momentum sudut Bohr dapat menjelaskan spetrum atom H

12 E. Sifat Gelombang Partikel
Louis de Broglie (1924) mempostulatkan bahwa karena foton memiliki karakteristik gelombang dan partikel, mungkin semua bentuk materi memiliki kedua sifat tersebut Misalnya, untuk foton: Menurut De Broglie rumus ini berlaku untuk setiap partikel! Sehingga, frekuensi dan panjang gelombang dari gelombang materi dapat ditentukan, jadi atau

13 II. 2. Prinsip Dasar Kuantum, konstanta Planck h
Dunia Klasik Keadaan (state) sistem dikarakterisasi oleh momentum p(t) dan posisi X(t). Solusinya dinyatakan oleh himpunan {p(t), X(t); t ≥ 0}. Pengukuran dalam sistem ini hanya bergantung kepada kepandaian pengukurnya. Secara prinsip, pengukuran ketidakpatian momentum (∆p) dan ketidakpastian posisi (∆X) secara serentak memenuhi ∆p ∆X ≥ 0. p X Keadaan awal Keadaan akhir Trayektori Sistem Klasik

14 Trayektori Sistem Kuantum
Dunia Kuantum Pengukuran dibatasi oleh ketidakpastian Heisenberg ∆p ∆X ≥ h, h adalah konstanta Planck. Sehingga pengukuran momentum dan posisi mengandung ketidakpastian, yang dibatasi oleh konstanta Planck h. Akibatnya: Keadaan sistem tidak dapat dikarakterisasi oleh himpunan p dan X. Untuk mengkarakterisasi sistem diambil fungsi gelombang Ψ yang disimbolkan sebagai | Ψ > . Sebagai contoh spin up | 1 > , spin down | 0 >. Dan || Ψ||2 diinterpretasikan sebagai fungsi probabilitas (Max Born). p X ∆X ∆p Trayektori Sistem Kuantum Einstein : “Tuhan tidak bermain dadu”

15 Sistem Klasik Sistem Kuantum Formulasi Keadaan Sistem Deterministik: Posisi, X momentum, p Fungsi Gelombang (State) Pengamatan Momentum, p Probabilistik: Interpretasi Max Born Fungsi Probabilitas Pengukuran Tidak ada interaksi antara objek yang diukur dan pengukur (pengamat) Pengukur merusak informasi asli, sehingga menjadi keadaan yang sesuai dengan pengukur (pengamat)

16 Philosophical Problem
Schrodinger Cat Foton |kucing> = | hidup> + | mati> Cianide (Cn) Kucing : hidup atau mati Kucing

17 II.3. TRK dan TRU Einstein Postulat Teori Relativitas Khusus :
Kecepatan cahaya c tetap, tidak bergantung kerangka acuan yang inersial. Hukum fisika tidak berubah (invarian) terhadap kerangka acuan inersia Kecepatan Cahaya c (konstan)

18 (dilasi waktu) Faktor Lorentz  > 1, karena v < c, Pengukuran waktu bersifat relatif, bergantung pengamat pada kerangka acuan inersial yang mengukurnya

19 (kontraksi ruang) Pengukuran ruang bersifat relatif, bergantung pengamat pada kerangka acuan inersial yang mengukurnya Newton : Waktu bersifat mutlak dan Ruang bersifat relatif Einstein : Waktu dan Ruang bersifat relatif

20 B. Teori Relativitas Umum dan Prinsip Ekivalensi
Konstanta Gravitasi G a g Bumi Daun Bola Bola dan daun jatuh dengan percepatan yang sama a = -g

21      Prinsip ekivalensi mI = mgrav.
Cahaya “melengkung” Prinsip ekivalensi mI = mgrav. Massa bergerak cahaya ( = foton ), tidak sama dengan massa diam (mdiam= 0) Cahaya “jatuh” atau “melengkung” atau “ditarik” oleh bumi Bumi

22 Disekitar benda bermassa terjadi lengkungan ruang waktu
Sudut defleksi (deflection angle) =  Matahari Bumi Pada saat gerhana matahari di Afrika (1919), di amati deflection angle Δ = 1,75 menit Cahaya melengkung disekitar benda bermassa atau cahaya mengikuti lintasan lengkung Disekitar benda bermassa terjadi lengkungan ruang waktu

23 II.4. Poincare’ upper half plane Contoh Non Euclidean Geometry Dimensi 2

24 y x

25 Contoh Euclidean Geometry dalam Dimensi 2

26 III. Problem Awal Milenium
Awal milenium terdapat fenomena yang memerlukan penyelesaian dengan teori atau model baru ? 1. Quantum Gravity 2. Theory of Everything Superstring atau M-Theory ? 3. Quantum Computation

27 Konstanta Gravitasi G Special Relativity Classical Mechanics
Speed of light, c Quantum Mechanics Relativistic Quantum Mechanics Planck constant, ћ Relativistic Quantum Mechanics + Field Theory = Quantum Field Theory Konstanta Gravitasi G Max Planck

28 The aesthetic unity and the harmony of the hole
Quantum Gravity (Planck Length) (Planck Energy) (Planck Time) But what is the meaning of Planck’s ћ, G and c? It turn up everywhere where a natural phenomenon is probed to its depth. Is it a “ground tone” of the universe? Simplicity in Complexity. The ground tone of all Beethoven’s symphonies! There are no longer loose strains of music. There is found to be a definite mutual connection. They appear to be woven together in one grand symphony. The symphony of the universe.

29 III.1. Quantum Gravity ∆x ~ 10-35 m ∆E ~ 1019 GeV ∆ t ~ 10-43 sec
∆x, ∆E dan ∆t diperoleh dari tiga konstanta universal: konstanta Planck (h), kecepatan cahaya (c) dan konstanta gravitasional (G) yang merupakan ground tone of the universe.

30 III.2. Theory of Everything ?
1. Jika Bigbang awal terbentuknya alam semesta, maka pada saat itu semua interaksi (Gravitasi, Kuat, Elektromagnetik, Lemah) haruslah bersatu (unified) dengan symmetry tertentu. Pada waktu tp = 10-43 detik dan energi Ep = 1019 GeV atau Giga electron Volt, Gravitasi berpisah dengan Interaksi Kuat, Elektromagnetik, Lemah serta supersymmetry (symmetry antara partikel boson dan fermion). 2. Kemudian breaking symmetry atau transisi fasa, dimana interaksi kuat berpisah dengan Elektromagnetik dan Lemah (electroweak). Fasa ini terjadi pada energi E = 1015 GeV dan waktu t = detik setelah Bigbang. 3. Fasa berikutnya, pada energi 103 GeV (t = detik), interaksi Lemah dan Elektromagnetik berpisah. Sehingga sekarang ini kita mendapati 4 buah interaksi, yaitu Gravitasi, Kuat, Elektromagnetik dan Lemah. 4. Unifikasi interaksi diatas merupakan mimpi manusia untuk menemukan satu teori yang dapat menjelaskan semua interaksi atau Theory of Everything (TOE).

31 Kelistrikan Listrik Magnet Kemagnetan Cahaya Interaksi Electroweak
Salam-Glashow-Weinberg (Nobel Fisika 1979) Kelistrikan Listrik Magnet Kemagnetan Grand Unified Theory SU(5), SU(3)xSU(2)xSU(1) Cahaya Interaksi Electroweak Peluruhan Beta Model Standar (GUT) Interaksi Lemah Interaksi Neutrino Supersymmetry Supergravity Protons Theory of Everything Interaksi Kuat Neutrons Pions Gravitasi Terrestrial Gravitasi Universal Teori Relativitas Umum (Einstein) Mekanika (Newton) Geometri Ruang-Waktu

32 III.3. Quantum Computation
Komputer saat ini - bit, rangkaian bilangan biner, yaitu rangkaian 0 dan 1 - Masa jenuh, leakage arus listrik, ada batas pengembangan jumlah memory besar tetapi ukuran (dimensi) memory makin kecil. Bagaimana mengatasinya? Komputasi Kuantum bit, menjadi kuantum bit (qbit) |0> dan |1> Sistem komputasi dapat digunakan sebagai kombinasi linear dari bit. Sebagai contoh: 3 bit dan 3 qbit - Komputasi Klasik: 000, 001, 010, 011, 101, 110, 111 (23 buah = 8 buah) - Komputasi Kuantum:

33 Quantum Dot Memory dalam Komputer Kuantum
Contoh: gate - NOT gate - NOT Isi Kosong Qubit dikirimkan melalui Quantum Tunneling (tanpa menggunakan arus listrik) bit dikirimkan melalui kawat (arus listrik)

34 Cryptography Rivest, Shamir, Adlemann (RSA)
Memanfaatkan teori bilangan untuk membuat sebagian kunci sandi diketahui publik dan sebagian lainnya dipegang masing-masing anggota (rahasia). Contoh: Enkripsi (encrypt) : Penyebaran kunci sandi (secara acak) c = be mod(M) Dekripsi (decrypt) : Penguraian kunci sandi b = cd mod(M) Info yang kita berikan kepada publik : e dan M - masing-masing anggota mendapatkan informasi : b (rahasia) - kunci sandi kita : d (rahasia) e . d = (p – 1)(q – 1) dan M = p q Nilai M besar sekali 21000, sehingga memerlukan waktu yang sangat lama untuk faktorisasi p dan q dari M. Sehingga sandi RSA aman. P.W. Shor (1995): Menggunakan algoritma kuantum dapat memecahkan faktorisasi dalam (1000)3 langkah, sehingga RSA tidak aman, kunci sandi dapat diuraikan oleh penyadap (eavesdropper). Cryptography kuantum berdasarkan Bennet & Brassard 1984 (BB 84) BB 84 : Penyebaran kunci sandi menggunakan QUANTUM BIT. Tahun 2000 di Eropa BB 84 telah dimanfaatkan untuk komunikasi berjarak puluhan kilometer. Tahun 2005, negara tetangga kita telah membuat BB 84 untuk komunikasi antar gedung.

35 Cryptography BB 84 |0> |1> |+> |-> Basis A Kirim
B Amati Informasi ke A Hasil B Berita A Hasil OK QKD A QKD B

36 E harus kirim foton supaya sadapan tidak diketahui
A Kirim E sadap Hasil |1> |0> Berita A OK Hasil E E harus kirim foton supaya sadapan tidak diketahui B amati Hasil B QKD A QKD E QKD B

37 IV. Penutup Telah dibahas masalah induksi dan deduksi dalam sains, khususnya Fisika, dari ukuran Angstrom sampai orde tahuncahaya, dari waktu Planck sampai 15 milyar tahun sesudah Bigbang. Memang benar dibalik semua kegiatan yang dilakukan, kita tidak boleh melupakan tujuan “kemanusiaan” (human purpose). Hanya dengan sains hasil menuju ke human purpose itu sedikit lebih panjang. Tidak mudah segera terlihat. Sebaliknya tanpa theoretical science, yang praktis itu akhirnya akan kekeringan dan kehilangan makna. Menerawang alam semesta melalui ayat-ayat kauniyah merupakan aksi mencoba mengerti ciptaan TUHAN, dari sana terpapar kebesaran TUHAN dan keinsyafan akan ketidak berartian manusia.


Download ppt "INDUKSI DAN DEDUKSI DALAM SAINS:"

Presentasi serupa


Iklan oleh Google