MUHAMMAD BAGASWARA SARENDRA XII IPA 3 ABSEN : 20

 Fisika Kuantum – Menjelang akhir abad ke-19, banyak perkembangan yang terjadi pada dunia fisika. Setelah ditemukannya teori mekanika Newton, teori elektromagnetik Maxwell, dan termodinamika, fisika berhasil menjelaskan berbagai macam fenomena yang terjadi di dunia. Ketiga teori tersebut kemudian dikenal sebagai fisika klasik.  Seiring dengan berkembangnya berbagai peralatan untuk eksperimen, para fisikawan menemukan bahwa ada fenomena- fenomena yang tidak dapat dijelaskan menggunakan teori fisika klasik. Fenomena-fenomena ini baru dapat dijelaskan pada awal abad ke-20 yang merupakan awal era fisika modern. Era fisika modern sendiri ditandai dengan penemuan teori fisika yang mampu menjawab fenomena-fenomena yang sebelumnya tidak dapat dijelaskan oleh teori fisika klasik.

 Fisika kuantum merupakan studi mengenai perilaku materi dan energi pada tingkat molekuler, atom, nuklir, dan juga tingkat mikroskopis, dan bahkan lebih kecil lagi. Kuantum merupakan terjemahan langsung dari “quantum” yang berasal dari bahasa latin yang artinya “berapa banyak”. Maksudnya adalah mengacu pada unit diskrit materi dan energi yang diprediksi dan diamati dalam fisika kuantum.energiatom  Pada penelitian-penelitian fisika kuantum, peneliti tidak dapat melihat objek yang ditelitinya, hanya dapat merasakan kehadirannya melalui besaran ukuran-ukuran tertentu yang terdeteksi. Oleh karena itulah, fisika kuantum lebih sulit dipelajari dan tidak dipelajari lebih lanjut lagi di sekolah-sekolah karena lebih fokus pada konsep dan perumusan matematis, tanpa adanya pengamatan secara langsung yang tentu saja sulit untuk dimengerti bagi sebagian besar orang.

 Fisika kuantum terkadang disebut juga sebagai mekanika kuantum atau disebut sebagai teori medan kuantum. Fisika kuantum mengkaji benda-benda yang sangat kecil penyusun alam semesta. Fisika kuantum mengkaji perilaku dan properti benda-benda kuantum tersebut dan efeknya alam semesta.  Dari sudut pandang fisika kuantum, semua yang kita lihat, bukanlah seperti yang kita lihat. Sebagai contoh, benda padat yang kita lihat, yang dapat kita rasakan padat dan keras, sebenarnya hanyalah kumpulan dari molekul-molekul penyusun dan molekul adalah kumpulan dari atom-atom. Atom-atom yang dikatakan sebagai benda penyusun terkecil ternyata terdiri lagi dari partikel sub atom, yang tidak mempunyai kepadatan sama sekali. Pada hakikatnya, partikel sub atom tersebut merupakan kumpulan atau gelombang- grelombang informasi dan konsentrasi energi. Jadi dapat dikatakan bahwa 99,9 % penyusun atom adalah ruang kosong.

 Dari penjelasan diatas, dapat dikatakan bahwa seluruh dunia dan benda fisik termasuk diri kita sendiri terdiri dari kehampaan. Jadi, yang membedakan antara satu benda dengan benda yang lainnya ialah perbedaan frekuensi getaran energinya. Hal ini memang sulit untuk diterima, tetapi hal ini bagaimanapun merupakan kebenaran

 Ilmu-ilmu Fisika kuantum tidak terlalu dipakai di Indonesia karena lebih fokus pada konsep, oleh karena itu tidak ada jurusan fisika kuantum di Indonesia. Akan tetapi di negara-negara maju bidang ini diminati karena mereka juga sudah mengembangkan teknologi yang memakai konsep- konsep pada fisika kuantum. Salah satunya adalah Komputer kuantum dengan memakai prinsip fisika kuantum pada perhitungan prosesornya dan reaktor fusi untuk menciptakan bintang kecil buatan sebagai sumber energi. Selain itu, beberapa waktu ini telah viral beredarnya hasil observasi lubang hitam (black hole) untuk yang pertama kalinya. Lubang hitam merupakan suatu singularitas yang tidak dapat dijelaskan dengan fisika klasik, fisika kuantum membantu menjelaskan fenomena adanya lubang hitam.

 1. Fenomena Radiasi Benda Hitam  Kegagalan fisika klasik bermula di akhir abad ke-19 ketika para ilmuwan tidak mampu menjelaskan fenomena radiasi benda hitam. Meskipun tidak ada benda yang benar-benar hitam sempurna di dunia ini, secara teori benda hitam akan menyerap semua cahaya yang datang tanpa memancarkan radiasi energi berupa panas seperti benda-benda lainnya. Namun faktanya benda hitam tetap memancarkan radiasi energi dengan tingkatan atau intensitas yang berbeda. Intensitas ini dapat diprediksi dengan mengetahui temperaturnya menggunakan Hukum Rayleigh-Jeans.  Hukum Rayleigh-Jeans ditemukan oleh Lord Rayleigh dan Sir James Jeans, dua ilmuwan asal Inggris tahun Menurut hukum tersebut, semakin pendek suatu gelombang, seperti sinar ultraviolet, maka intensitas radiasi energinya semakin tinggi menuju tak hingga. Sayangnya, hasil eksperimen menunjukkan bahwa semakin pendek gelombangnya, intensitas radiasinya justru menurun. Kegagalan Hukum Rayleigh-Jeans menjelaskan fenomena radiasi benda hitam ini dikenal sebagai Bencana Ultraviolet atau Ultraviolet Catastrophe.

 2. Teori Kuantum  Pada tahun 1900, seorang fisikawan asal Jerman, Max Planck muncul dengan gebrakan baru yang menjadi awal munculnya fisika modern. Planck mampu menjelaskan permasalahan bencana ultraviolet yang sebelumnya tidak mampu dijelaskan oleh ilmuwan-ilmuwan lainnya.  Menurut Planck, radiasi elektromagnetik yang dipancarkan suatu benda terbagi-bagi, atau diskret ke dalam paket-paket energi yang disebut Kuantum. Besarnya energi ini bergantung pada besarnya frekuensi gelombang elektromagnetik. Planck menjelaskan teorinya ini dengan rumus matematik berikut.

 Teori Planck ini mampu menjelaskan bencana ultraviolet. Hasil perhitungan dengan persamaan Planck ini ternyata sama dengan hasil eksperimen sebelumnya. Mereka menunjukkan grafik pengamatan benda hitam dengan pola yang sama.  Atas penemuannya ini, Max Planck mendapatkan penghargaan Nobel Fisika pada tahun Teori Planck kemudian lebih dikenal sebagai Teori Kuantum dan mengawali peralihan fisika klasik menuju fisika modern. Teori Planck juga menginspirasi banyak ilmuwan terhadap berbagai pandangan baru, salah satunya mengenai cahaya.

 3. Pemahaman Klasik Cahaya Sebagai Gelombang  Isaac Newton mengatakan bahwa cahaya terdiri atas partikel-partikel yang sangat kecil. Namun, berbagai eksperimen membuktikan bahwa cahaya juga merupakan sebuah gelombang. Salah satu eksperimen yang membuktikan bahwa cahaya merupakan gelombang adalah eksperimen celah ganda yang dilakukan oleh Thomas Young pada tahun Young menutup jendela di suatu ruangan gelap dan hanya membuka satu celah kecil yang menjadi sumber cahaya tunggal. Di depan cahaya tersebut diletakkan dua celah tipis yang berdekatan. Cahaya dari celah ganda tersebut kemudian diamati melalui sebuah layar.  Menurut teori Newton, hanya akan ada dua titik terang yang terlihat di layar karena partikel bergerak lurus melalui dua celah yang ada. Namun yang terbentuk di layar adalah pola gelap terang. Pola gelap terang ini muncul karena adanya fenomena interferensi yang dihasilkan oleh gelombang. Bagian gelap muncul ketika gelombang cahaya dari kedua celah saling meniadakan, dan bagian terang muncul ketika keduanya saling menguatkan. Berdasarkan percobaan tersebut, Young menyimpulkan bahwa cahaya adalah gelombang. Sayangnya, pemahaman klasik mengenai cahaya ini menemukan permasalahan ketika dihadapkan pada peristiwa efek fotolistrik.

 Frekuensi ambang dari sebuah logam yakni 4 x Hz. Ketika logam dijatuhi foton, ternyata elektronnya memiliki energi kinetic sebesar 19,86 x J. Maka berapakah frekuensi foton bila h = 6,62 x Js  Diketahui  F 0 = 4 x Hz ; E k = 19,86 x J ; h = 6,62 x Js  Maka  W 0 = h.f 0  W 0 = (6,62 x Js) (4 x Hz)  W 0 = 26,48 x J  E = E k + W 0  E = h.f, maka f = (E K +W 0 )/H  E = (19,86 x J + 26,48 x J)/ 6,62 x Js  E = 7 x Hz.