7. Kelahiran Mekanika Kuantum

Ridwan F. 09029tiumb@gmail.com

Kelahiran Mekanika Kuantum

Mekanika kuantum adalah cabang dasar fisika yang menggantikan mekanika kuantum pada tataran atom dan subatom. Ilmu ini memberikan kerangka matematika untuk berbagai cabang kimia dan fisika , termasukfisika atom,fisika molekuler, kimia kmputasi , dan fisika nuklir. Mekanika kuantum adalah bagian dari teori medan atom dan fisika kuantum umumnya, yang, bersama relativasi 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 revolusioner bertentangan dengan fisika klasik yang berasumsi bahwa energi itu berkesinambungan.
a. Sifat gelombang partike

Di paruh pertama abad 20, mulai diketahui bahwa gelombang elektromagnetik, yang sebelumnya dianggap gelombang murni, berperilaku seperti partikel (foton). Fisikawan Perancis Louis Victor De Broglie (1892-1987) mengasumsikan bahwa sebaliknya mungkin juga benar, yakni materi juga berperilaku seperti gelombang. Berawal dari persamaan Einstein, E = cp dengan p adalah momentum foton, c kecepatan cahaya dan E adalah energi, ia mendapatkan hubungan:

E = hν =ν = c/λ atau hc/ λ = E, maka h/ λ= p

De Broglie menganggap setiap partikel dengan momentum p = mv disertai dengan gelombang (gelombang materi) dengan panjang gelombang λ didefinisikan dalam persamaan(1924).tabel 2.2 memberikan beberapa contoh panjag gelombang materi yang dihitung dengan persamaan . Dengan meningkatnya ukuran partikel, panjang gelombangnya menjadi lebih pendek. Jadi untuk partikel makroskopik, particles, tidak dimungkinkan mengamati difraksi dan fenomena lain yang berkaitan dengan gelombang. Untuk partikel mikroskopik, seperti elektron, panjang gelombang materi dapat diamati. Faktanya, pola difraksi elektron diamati (1927) dan membuktikan teori De Broglie.

b. Prinsip ketidakpastian

Dari yang telah dipelajari tentang gelombang materi, kita dapat mengamati bahwa kehati-hatian harus diberikan bila teori dunia makroskopik akan diterapkan di dunia mikroskopik. Fisikawan Jerman Werner Karl Heisenberg (1901-1976) menyatakan tidak mungkin menentukan secara akurat posisi dan momentum secara simultan partikel yang sangat kecil semacam elektron. Untuk mengamati partikel, seseorang harus meradiasi partikel dengan cahaya. Tumbukan antara partikel dengan foton akan mengubah posisi dan momentum partikel.

c. Persamaan Schrödinger

Fisikawan Austria Erwin Schrödinger (1887-1961) mengusulkan ide bahwa persamaan De Broglie dapat diterapkan tidak hanya untuk gerakan bebas partikel, tetapi juga pada gerakan yang terikat sepert elektron dalam atom. Dengan memperuas ide ini, ia merumuskan sistem mekanika gelombang. Pada saat yang sama Heisenberg mengembangkan sistem mekanika matriks. Kemudian hari kedua sistem ini disatukan dalam mekanika kuantum.

Dalam mekanika kuantum, keadaan sistem dideskripsikan dengan fungsi gelombang. Schrödinger mendasarkan teorinya pada ide bahwa energi total sistem, E dapat diperkirakan dengan menyelesaikan persamaan. Karena persamaan ini memiliki kemiripan dengan persamaan yang mengungkapkan gelombang di fisika klasik, maka persamaan ini disebut dengan persamaan gelombang Schrödinger.

Persamaan gelombang partikel (misalnya elektron) yang bergerak dalam satu arah (misalnya arah x) diberikan oleh:

(-h²/8π²m)(d²Ψ/dx²) + VΨ = EΨ

m adalah massa elektron, V adalah energi potensial sistem sebagai fungsi koordinat, dan Ψ adalah fungsi gelombang.

Soal

1. Siapakah nama ilmuan yang berasumsi bahwa materi berperilaku seperti gelombang?
2. Pada abad berapakah gelombang elektromagnetik mulai diketahui?
3. Siapakah yang merumuskan sistem mekanika gelombang persamaan schrodinger?
4. Apa itu mekanika kuantum?
5. Siapa fisikiawan asal Jerman yang menentukan simultan partikel semacam elektron

Jawaban

1. Louis Victor De Broglie
2. Abad ke 20
3. Erwin schrodinger
4. Cabang dasar fisika yang menggantikan mekanika kuantum pada tataran atom dan subatom
5. Werner karl heisnberg