BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Dasar dimulaianya periode mekanika
kuantum adalah ketika mekanika klasik tidak bisa menjelaskan gejala-gejala
fisika yang bersifat mikroskofis dan bergerak dengan kecepatan yang mendekati
kecepatan cahaya. Oleh karena itu, diperlukan cara pandang yang berbeda dengan
sebelumnya dalam menjelaskan gejala fisika tersebut.
Teori atom
mengalami perkembangan mulai dari teori atom John Dalton, Joseph John Thomson,
Ernest Rutherford, dan Niels Henrik David Bohr. Perkembangan teori atom
menunjukkan adanya perubahan konsep susunan atom dan reaksi kimia antaratom.
Kelemahan model atom yang dikemukakan Rutherford
disempurnakan olehNiels Henrik David Bohr. Bohr mengemukakan
gagasannya tentang penggunaan tingkat energi elektron pada struktur atom. Model
ini kemudian dikenal dengan model atom Rutherford-Bohr. Tingkat energy elektron
digunakan untuk menerangkan terjadinya spektrum atom yang dihasilkan oleh atom
yang mengeluarkan energi berupa radiasi cahaya.
1.2
Tujuan
Makalah
Adapun
tujuan pembuatan makalah ini adalah sebagai berikut :
1. Mengetahui
sejarah awal teori mekanika kuantum
2.
Mengetahui perkembangan
teori mekanika kuantum
3.
Mengetahui eksperimen-eksperimen yang mendasari
perkembangan mekanika kuantum
4.
Mengetahui tokoh-tokoh
mekanika kuantum
5. Mengetahui bukti dari mekanika kuantum
BAB II
PEMBAHASAN
A.
Sejarah Awal
Setiap memasuki pemahaman dunia atom, ilmuan
mengalami kesulitan yang luar biasa.Teori-teori mapan tidak berdaya, bahasa
yang digunakan mengalami kebuntuan, bahkan imajinasi terhadap dunia atom
dipengaruhi pandangan emosional. Pengalaman ini dilukiskan 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).
Situasi
psikologis Heisenberg, pada akhirnya merupakan salah satu kata kunci dalam
perkembangan revolusioner dunia atom.Benda/materi yang diamati tidak terlepas
dari pengalaman pengamat, benda/materi bukan lagi sebagai objek penderita yang
dapat diotak-atik sesuai keinginan pengamat.Lebih jauhnya, benda/materi sendiri
yang berbicara dan mempunyai keinginan sesuai fungsi dan kedudukannya dalam
suatu fenomena.Absurditas subatom terlihat ketika dipandang sebagai
benda/materi tidak memadai lagi, subatom bukan ‘benda’.Tetapi, merupakan
kesalinghubungan dalam membentuk jaringan dinamis yang terpola. Sub-subatom
merupakan jaring-jaring pembentuk dasar materi yang merubah pandangan manusia
selama ini yang memandang sub atom sebagai blok-blok bangunan dasar pembentuk
materi.
Meminjam
istilah Kuhn, mekanika kuantum merupakan paradigma sains revolusioner pada awal
abad 20.Lahirnya mekanika kuantum, tidak terlepas dari perkembangan-perkembangan
teori, terutama teori atom.Mekanika kuantum, bukan untuk menghapus teori dan
hukum sebelumnya.Mekanika kuantum tidak lebih untuk merevisi dan menambal
pandangan manusia terhadap dunia, terutama dunia mikrokosmik.Bisa jadi,
sebenarnya hukum-hukum yang berlaku bagi dunia [sunnatullah] telah
tersedia dan berlaku bagi setiap fenomena alam, tetapi pengalaman manusialah
yang terbatas.Oleh sebab itu, sampai di sini kita harus sadar dan meyakini
bahwa sifat sains itu sangat tentatif.
Mengapa teori kuantum merupakan babak baru cara
memandang alam? Vladimir Horowitz pernah mengatakan bahwa mozart terlalu
mudah untuk pemula, tetapi terlalu sulit untuk para ahli. Hal yang sama
juga berlaku untuk teori kuantum. Secara sederhana teori kuantum menyatakan
bahwa partikel pada tingkat sub atomik tidak tunduk pada hukum fisika
klasik. Entitas seperti elektron dapat berwujud [exist] sebagai dua benda
berbeda secara simultan—materi atau energi, tergantung pada cara pengukurannya
(Paul Strathern, 2002:viii). Kerangka mendasar melakukan penalaran dalam sains
adalah berpikir dengan metoda induksi.Apabila melakukan penalaran dengan metoda
ini, maka pengamatan terhadap wajah alam fisik dilakukan melalui premis-premis
yang khusus tentang materi-materi kecil [mikro] bahan alam fisik yang kasat
mata.Hukum-hukum sains klasik yang telah terpancang lama, ternyata terlihat
kelemahannya ketika berhadapan dengan fenomena mikrokosmik.
Gary Zukaf (2003:22) memberikan pengertian secara
etimologis dari mekanika kuantum.‘Kuantum’ merupakan ukuran kuantitas sesuatu,
besarnya tertentu.‘Mekanika’ adalah kajian atau ilmu tentang gerak.Jadi,
mekanika kuantum adalah kajian atau ilmu tentang gerak kuantum.Teori kuantum
mengatakan bahwa alam semesta terdiri atas bagian-bagian yang sangat kecil yang
disebut kuanta [quanta, bentuk jamak dari quantum], dan
mekanika kuantum adalah kajian atau ilmu yang mempelajari fenomena ini.
B.
Perkembangan Mekanika 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 ditembakan 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.
C.
Eksperimen-Eksperimen Yang Mendasari
Perkembangan Mekanika Kuantum
Berikut ini adalah eksperimen –
eksperimen yang mendasari perkembangan mekanika 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 menunjukan 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,
D.
Tokoh-Tokoh Mekanika Kuantum
a.
Max Planck
Dilahirkan tahun 1858 di kota Kiel,
Jerman, dia belajar di Universitas Berlin dan Munich, peroleh gelar Doktor
dalam ilmu fisika dengan summa cum laude dari Universitas Munich selagi berumur
baru dua puluh satu tahun. Sebentar 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. Itu tahun
1928.
b.
Albert Einstein (14 Maret 1879–18 April 1955)
Albert
Einsteinadalah seorang ilmuwan fisika teoretis yang dipandang luas sebagai
ilmuwan terbesar dalam abad ke-20. Dia mengemukakan teori relativitas dan juga
banyak menyumbang bagi pengembangan mekanika kuantum, mekanika statistik, dan
kosmologi. Dia dianugerahi Penghargaan Nobel dalam Fisika pada tahun 1921 untuk
penjelasannya tentang efek fotoelektrik dan "pengabdiannya bagi Fisika
Teoretis".
Setelah teori relativitas umum dirumuskan, Einstein menjadi terkenal ke seluruh dunia, pencapaian yang tidak biasa bagi seorang ilmuwan. Di masa tuanya, keterkenalannya melampaui ketenaran semua ilmuwan dalam sejarah, dan dalam budaya populer, kata Einstein dianggap bersinonim dengan kecerdasan atau bahkan jenius. Wajahnya merupakan salah satu yang paling dikenal di seluruh dunia.
Pada tahun 1999, Einstein dinamakan "Orang Abad Ini" oleh majalah Time. Kepopulerannya juga membuat nama "Einstein" digunakan secara luas dalam iklan dan barang dagangan lain, dan akhirnya "Albert Einstein" didaftarkan sebagai merk dagang. Untuk menghargainya, sebuah satuan dalam fotokimia dinamai einstein, sebuah unsur kimia dinamai einsteinium, dan sebuah asteroid dinamai 2001 Einstein.
Einstein dilahirkan di Ulm di Württemberg, Jerman; sekitar 100 km sebelah timur Stuttgart. Bapaknya bernama Hermann Einstein, seorang penjual ranjang bulu yang kemudian menjalani pekerjaan elektrokimia, dan ibunya bernama Pauline. Mereka menikah di Stuttgart-Bad Cannstatt. Keluarga mereka keturunan Yahudi; Albert disekolahkan di sekolah Katholik dan atas keinginan ibunya dia diberi pelajaran biola. Pada umur lima, ayahnya menunjukkan kompas kantung, dan Einstein menyadari bahwa sesuatu di ruang yang "kosong" ini beraksi terhadap jarum di kompas tersebut; dia kemudian menjelaskan pengalamannya ini sebagai salah satu saat yang paling menggugah dalam hidupnya. Meskipun dia membuat model dan alat mekanik sebagai hobi, dia dianggap sebagai pelajar yang lambat, kemungkinan disebabkan oleh dyslexia, sifat pemalu, atau karena struktur yang jarang dan tidak biasa pada otaknya (diteliti setelah kematiannya).
Niels Bohr
Setelah teori relativitas umum dirumuskan, Einstein menjadi terkenal ke seluruh dunia, pencapaian yang tidak biasa bagi seorang ilmuwan. Di masa tuanya, keterkenalannya melampaui ketenaran semua ilmuwan dalam sejarah, dan dalam budaya populer, kata Einstein dianggap bersinonim dengan kecerdasan atau bahkan jenius. Wajahnya merupakan salah satu yang paling dikenal di seluruh dunia.
Pada tahun 1999, Einstein dinamakan "Orang Abad Ini" oleh majalah Time. Kepopulerannya juga membuat nama "Einstein" digunakan secara luas dalam iklan dan barang dagangan lain, dan akhirnya "Albert Einstein" didaftarkan sebagai merk dagang. Untuk menghargainya, sebuah satuan dalam fotokimia dinamai einstein, sebuah unsur kimia dinamai einsteinium, dan sebuah asteroid dinamai 2001 Einstein.
Einstein dilahirkan di Ulm di Württemberg, Jerman; sekitar 100 km sebelah timur Stuttgart. Bapaknya bernama Hermann Einstein, seorang penjual ranjang bulu yang kemudian menjalani pekerjaan elektrokimia, dan ibunya bernama Pauline. Mereka menikah di Stuttgart-Bad Cannstatt. Keluarga mereka keturunan Yahudi; Albert disekolahkan di sekolah Katholik dan atas keinginan ibunya dia diberi pelajaran biola. Pada umur lima, ayahnya menunjukkan kompas kantung, dan Einstein menyadari bahwa sesuatu di ruang yang "kosong" ini beraksi terhadap jarum di kompas tersebut; dia kemudian menjelaskan pengalamannya ini sebagai salah satu saat yang paling menggugah dalam hidupnya. Meskipun dia membuat model dan alat mekanik sebagai hobi, dia dianggap sebagai pelajar yang lambat, kemungkinan disebabkan oleh dyslexia, sifat pemalu, atau karena struktur yang jarang dan tidak biasa pada otaknya (diteliti setelah kematiannya).
Niels Bohr
Teori
struktur atom mempunyai seorang bapak.Dia itu Niels Henrik David Bohr yang
lahir tahun 1885 di Kopenhagen.Di tahun 1911 dia raih gelar doktor fisika dari
Universitas Copenhagen.Tak lama sesudah itu dia pergi ke Cambridge, Inggris.Di
situ dia belajar di bawah asuhan J.J. Thompson, ilmuwan kenamaan yang menemukan
elektron.Hanya dalam beberapa bulan sesudah itu Bohr pindah lagi ke Manchester,
belajar pada Ernest Rutherford yang beberapa tahun sebelumnya menemukan nucleus
(bagian inti) atom.Adalah Rutherford ini yang menegaskan (berbeda dengan
pendapat-pendapat sebelumnya) bahwa atom umumnya kosong, dengan bagian pokok
yang berat pada tengahnya dan elektron di bagian luarnya.Tak lama sesudah itu
Bohr segera mengembangkan teorinya sendiri yang baru serta radikal tentang
struktur atom.
Kertas kerja Bohr yang bagaikan membuai sejarah "On the Constitution of Atoms and Molecules," diterbitkan dalam Philosophical Magazine tahun 1933.
Louis de Broglie
Kertas kerja Bohr yang bagaikan membuai 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, yang 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 1740,
Raja Louis XI mengangkat salah satu anggota keluarga de Broglie, Francois Marie
(1671-1745) sebagai Duc (seperti Duke di Inggris), 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.
Dengan
meninggalnya saudara tertua Louis, Maurice, juga fisikawan (eksperimen), pada
1960, maka 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)", matematikawan besar Perancis.
c.
Werner Karl Heisenberg
Di tahun 1925 Werner Heisenberg
mengajukan rumus baru di bidang fisika, suatu rumus yang teramat sangat
radikal, jauh berbeda dalam pokok konsep dengan rumus klasik Newton. Teori
rumus baru ini --sesudah mengalami beberapa perbaikan oleh orang-orang sesudah
Heisenberg--sungguh-sungguh berhasil dan cemerlang. Rumus itu hingga kini bukan
cuma diterima melainkan digunakan terhadap semua sistem fisika, tak peduli yang
macam apa dan dari yang ukuran bagaimanapun.
Dapat dibuktikan secara matematik, sepanjang pengamatan hanya dengan menggunakan sistem makroskopik melulu, perkiraan kuantum mekanika berbeda dengan mekanika klasik dalam jumlah yang terlampau kecil untuk diukur. (Atas dasar alasan ini, mekanika klasik --yang secara matematik lebih sederhana daripada kuanturn mekanika-- masih dapat dipakai untuk kebanyakan perhitungan ilmiah). Tetapi, bilamana berurusan dengan sistem dimensi atom, perkiraan tentang kuantum mekanika berbeda besar dengan mekanika klasik. Percobaan-percobaan membuktikan bahwa perkiraan mengenai kuantum mekanika adalah benar
Dapat dibuktikan secara matematik, sepanjang pengamatan hanya dengan menggunakan sistem makroskopik melulu, perkiraan kuantum mekanika berbeda dengan mekanika klasik dalam jumlah yang terlampau kecil untuk diukur. (Atas dasar alasan ini, mekanika klasik --yang secara matematik lebih sederhana daripada kuanturn mekanika-- masih dapat dipakai untuk kebanyakan perhitungan ilmiah). Tetapi, bilamana berurusan dengan sistem dimensi atom, perkiraan tentang kuantum mekanika berbeda besar dengan mekanika klasik. Percobaan-percobaan membuktikan bahwa perkiraan mengenai kuantum mekanika adalah benar
d.
Erwin Schrodinger
Dilahirkan
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.
Di sana, ia menangkap pengertian Louis Victor de Broglie yang menyatakan
bahwa partikel yang bergerak memiliki sifat gelombang dan mengembangkan
pengertian itu menjadi suatu teori yang terperinci dengan baik. Setelah ia
menemukan persamaannya yang terkenal, ia dan ilmuwan 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 ilmuwan masa
itu.Schrödinger memperlihatkan bahwa kedua formulasi itu setara secara
matematis.
e.
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 sepertiWerner 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
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 sepertiWerner 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
E.
Bukti
dari Mekanika
Kuantum
Mekanika kuantum sangat berguna untuk menjelaskan
perilaku atom dan partikel subatomik
seperti proton, neutron dan elektron yang tidak mematuhi hukum-hukum fisika klasik. Atom
biasanya digambarkan sebagai sebuah sistem di mana elektron (yang bermuatan
listrik negatif) beredar seputar nukleus atom (yang bermuatan listrik
positif). Menurut mekanika kuantum, ketika sebuah elektron berpindah dari
tingkat energi yang lebih tinggi (misalnya dari n=2 atau kulit atom ke-2 ) ke
tingkat energi yang lebih rendah (misalnya n=1 atau kulit atom tingkat ke-1), energi
berupa sebuah partikel cahaya yang disebut foton,
dilepaskan. Energi yang dilepaskan dapat dirumuskan sbb:
keterangan:
Dalam spektrometer massa, telah dibuktikan bahwa garis-garis spektrum dari atom yang di-ionisasi tidak kontinyu, hanya pada frekuensi/panjang gelombang tertentu
garis-garis spektrum dapat dilihat. Ini adalah salah
satu bukti dari teori mekanika kuantum.
BAB III
PENUTUP
A. KESIMPULAN
Berdasarkan pembahasan yang telah disampaikan pada
makalah ini maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :
1. Dasar dimulaianya periode mekanika
kuantum adalah ketika mekanika klasik tidak bisa menjelaskan gejala-gejala
fisika yang bersifat mikroskofis dan bergerak dengan kecepatan yang mendekati
kecepatan cahaya. Oleh karena itu, diperlukan cara pandang yang berbeda dengan
sebelumnya dalam menjelaskan gejala fisika tersebut.
2.
Pada tahun
1900, Max Planck memperkenalkan
ide bahwa energi dapat dibagi-bagi menjadi beberapa paket atau kuanta. Ide ini
secara khusus digunakan untuk menjelaskan sebaran intensitas radiasi yang
dipancarkan oleh benda hitam.
3.
Pada tahun
1905, Albert Einstein
menjelaskan efek fotoelektrik dengan menyimpulkan bahwa
energi cahaya datang dalam bentuk kuanta yang disebut foton.
4.
Pada tahun
1913, Niels Bohr menjelaskan garis spektrum dari atom hidrogen, lagi dengan
menggunakan kuantisasi.
5.
Pada tahun 1924, Louis de Broglie memberikan teorinya
tentang gelombang benda.
6.
Mekanika kuantum modern lahir pada tahun 1925,
ketika Werner Karl
Heisenberg
mengembangkan mekanika matriks dan Erwin Schrödinger menemukan mekanika gelombang dan persamaan Schrödinger. Schrödinger beberapa kali menunjukkan bahwa kedua
pendekatan tersebut sama.
B. SARAN
Makalah ini masih memiliki berbagai jenis
kekurangan olehnya itu kritik yang sifatnya
membangun sangat kami harapkan.
DAFTAR PUSTAKA
KATA PENGANTAR
Puji dan Syukur kita Panjatkan ke Hadirat Tuhan
Yang Maha Esa karena berkat limpahan Rahmat dan Karunia-Nya sehingga penulis
dapat menyusun makalah ini tepat pada waktunya.Makalah ini membahas tentang Teori
AtomMekanika Kuantum sebagai tugas dari mata kuliah Kimia.
Dalam penyusunan makalah ini, penulis banyak
mendapat tantangan dan hambatan akan tetapi dengan bantuan dari berbagai pihak
tantangan itu bisa teratasi. Olehnya itu, penyusun mengucapkan terima kasih
yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan
makalah ini, semoga bantuannya mendapat balasan yang setimpal dari Tuhan Yang
Maha Esa.
Penyusun menyadari bahwa makalah ini masih jauh
dari kesempurnaan baik dari bentuk penyusunan maupun materinya.Kritik
konstruktif dari pembaca sangat diharapkan untuk penyempurnaan makalah
selanjutnya.
Akhir kata semoga makalah ini dapat
memberikan manfaat kepada kita.
desember 2014
Penyusun
DAFTAR
ISI
KATA
PENGANTAR…………………………………………………………... i
DAFTAR
ISI……………………………………………………………………. ii
I.
PENDAHULUAN
1.1
Latar
Belakang………………………………………………………..….. 1
1.2
Tujuan
Makalah
.........................................................................................1
II.
PEMBAHASAN
2.1 Sejarah
Awal .............………………………………….................................. 2
2.2
Perkembangan Mekanika Kuantum
................................................................. 3
2.3
Eksperimen-Eksperimen yang Mendasari Mekanika Kuantum .....................
3
2.4 Tokoh-Tokoh Mekanika Kuantum .................................................................4
2.4 Bukti dari Mekanika Kuantum ....................................................................... 8
BAB
III KESIMPULAN........................................................................................9
DAFTAR
PUSTAKA............................................................................................10
0 komentar:
Posting Komentar