Kelahiran
mekanika kuantum
Mekanika kuantum adalah
cabang dasar fisika yang menggantikan mekanika klasikpada tataran atom dan subatom. Ilmu ini memberikan kerangka matematika untuk berbagai cabang fisika dan kimia,
termasuk fisika atom, fisika molekular, kimia komputasi, kimia kuantum, fisika partikel, dan fisika nuklir. Mekanika kuantum adalah bagian dari teori medan
kuantum dan fisika kuantum umumnya, yang, bersamarelativitas umum, merupakan salah satu pilar fisika modern.
Dasar dari mekanika kuantum adalah bahwa energi itu
tidak kontinyu, tapi diskrit -- berupa 'paket' atau 'kuanta'. Konsep ini cukup
revolusioner, karena bertentangan dengan fisika klasik yang berasumsi bahwa
energi itu berkesinambungan.
Sejarah
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. Pada tahun 1905,Albert Einstein menjelaskan efek fotoelektrik dengan menyimpulkan bahwa energi cahaya
datang dalam bentuk kuanta yang disebut foton.
Pada tahun 1913, Niels Bohr menjelaskan garis spektrum dari atom hidrogen, lagi dengan menggunakan kuantisasi. Pada tahun 1924, Louis de Broglie memberikan
teorinya tentang gelombang benda.
Teori-teori di
atas, meskipun sukses, tetapi sangat fenomenologikal:
tidak ada penjelasan jelas untuk kuantisasi. Mereka dikenal sebagai teori
kuantum lama.
Frase "Fisika
kuantum" pertama kali digunakan oleh Johnston dalam tulisannya Planck's
Universe in Light of Modern Physics(Alam Planck dalam cahaya Fisika Modern).
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.
Heisenberg
merumuskan prinsip ketidakpastiannya pada
tahun 1927, dan interpretasi Kopenhagen terbentuk dalam waktu yang hampir bersamaan.
Pada 1927, Paul Dirac menggabungkan mekanika
kuantum dengan relativitas khusus. Dia
juga membuka penggunaan teori operator, termasuk notasi bra-ket yang
berpengaruh. Pada tahun 1932, Neumann Janos merumuskan dasar matematika yang kuat untuk
mekanika kuantum sebagai teori operator.
Bidang kimia kuantum dibuka oleh Walter Heitler dan Fritz London,
yang mempublikasikan penelitian ikatan kovalen dari molekul hidrogen pada
tahun 1927. Kimia kuantum beberapa kali dikembangkan oleh pekerja
dalam jumlah besar, termasuk kimiawan Amerika Linus Pauling.
Berawal pada 1927,
percobaan dimulai untuk menggunakan mekanika kuantum ke dalam bidang di luar
partikel satuan, yang menghasilkan teori medan
kuantum. Pekerja awal dalam bidang ini termasuk Dirac, Wolfgang Pauli, Victor Weisskopf danPascaul Jordan.
Bidang riset area ini dikembangkan dalam formulasi elektrodinamika kuantum oleh Richard Feynman, Freeman Dyson, Julian Schwinger, dan Tomonaga Shin'ichirō pada
tahun 1940-an. Elektrodinamika kuantum adalah teori kuantumelektron, positron, dan Medan elektromagnetik, dan
berlaku sebagai contoh untuk teori kuantum berikutnya.
Interpretasi banyak
dunia diformulasikan oleh Hugh Everett pada
tahun 1966.
Teori Kromodinamika kuantum diformulasikan
pada awal 1960an. Teori yang kita kenal sekarang ini diformulasikan oleh
Polizter, Gross and Wilzcek pada tahun 1975.
Pengembangan awal oleh Schwinger, Peter Higgs,
Goldstone dan lain-lain. Sheldon Lee Glashow, Steven Weinberg dan Abdus Salam menunjukan secara independen bagaimana gaya
nuklir lemah dan elektrodinamika kuantum dapat digabungkan menjadi satu gaya lemah
elektro.
Eksperimen
penemuan
1.
Eksperimen
celah-ganda royan membuktikan
sifat gelombang dari cahaya. (sekitar 2012)
2.
Henri Becquerel menemukan radioaktivitas (1896)
3.
Joseph John Thomson -
eksperimen tabung sinar kathoda (menemukan elektron dan muatan negatifnya) (1897)
4.
Penelitian radiasi benda
hitam antara 1850 dan 1900, yang tidak dapat dijelaskan tanpa
konsep kuantum.
5.
Robert Millikan - eksperimen
tetesan oli, membuktikan bahwa muatan listrik terjadi dalam kuanta (seluruh
unit), (1909)
6.
Ernest Rutherford - eksperimen lembaran emas menggagalkan model puding plum atom yang
menyarankan bahwa muatan positif dan masa atom tersebar dengan rata. (1911)
7.
Otto Stern dan Walter Gerlach melakukan eksperimen Stern-Gerlach, yang menunjukkan sifat kuantisasi
partikel spin (1920)
8.
Clyde L. Cowan dan Frederick Reines meyakinkan keberadaan neutrino dalam eksperimen
neutrino (1955)
Bukti
dari mekanika kuantum
Mekanika kuantum
sangat berguna untuk menjelaskan perilaku atom dan partikel subatomik seperti proton, neutron dan elektronyang 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:E = hf
keterangan:
E adalah
energi (J)
f adalah
frekuensi dari cahaya (Hz)
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
Tidak ada komentar:
Posting Komentar