Mekanika kuantum mungkin adalah teori yang paling mencengangkan di fisika modern. Dalam banyak penjelasan, kucing hidup dan mati secara bersamaan, dan hasil eksperimen bergantung pada orang yang mengukur data pengamatan tersebut. Dua hal terakhir itu adalah penjelasan samar yang sudah lama ditinggalkan oleh praktisi kuantum. Namun, ada serangkaian nyata pengukuran kuantum yang sangat aneh dan sangat layak untuk dibicarakan.
Mungkin pengukuran paling sederhana untuk memahami keanehan mekanika kuantum adalah eksperimen celah ganda. Dan, yang saya maksud dengan "paling sederhana" bukanlah sederhana. Maksud saya, setidaknya mungkin untuk memahami bagaimana hasil eksperimen bergantung pada beberapa tombol knob yang bentuknya relatif sederhana di peralatan. Jadi bagaimana cara kerja percobaan celah ganda?
Pada dasarnya Anda menyinari dua celah. Cahaya melewati 2 celah tersebut. Anda melihat pola apa yang muncul di layar yang jauh. Cara termudah untuk melakukannya adalah dengan mengarahkan laser pada dua celah paralel, dan melihat pola apa yang Anda lihat pada dinding yang jauh. Laser melewati kedua celah. Cahaya yang melewati setiap celah saling berinterferensi. Hasilnya adalah serangkaian garis terang dan gelap di layar.
Jika puncak gelombang cahaya yang melewati satu celah bertepatan dengan dasar gelombang cahaya yang melewati celah lainnya, hasilnya adalah titik gelap. Jika puncak dari kedua celah adalah segaris, maka Anda mendapatkan titik terang. Anda dapat melihat perilaku serupa jika hanya menggunakan gelombang air. Setelah gelombang melewati celah, ada sisi di permukaan air yang gelombangnya besar dan sisi di permukaan air yang tidak ada gelombang sama sekali.
Versi pertama eksperimen dengan dua celah ini dilakukan pada tahun 1801 oleh ahli fisika Inggris Thomas Young. Karyanya menunjukkan bahwa cahaya bertindak seperti gelombang. Banyak siswa fisika mereproduksi eksperimennya setiap tahun di laboratorium pengantar.
Jadi, apa yang terjadi jika hanya ada satu celah, bukan dua? Dalam hal itu, tidak ada interferensi. Ini berasal dari fakta bahwa cahaya hanya memiliki satu sumber. Dan, jika Anda memiliki beberapa pelatihan fisika, Anda akan menyadari bahwa saya mengabaikan pengaruh difraksi di sini. Itu hanya untuk menyederhanakan diskusi. Semua ini cukup rumit sehingga kami membutuhkan penyederhanaan sebanyak mungkin.
OK…untuk meringkas…dengan cahaya, kita dapat memiliki satu atau dua celah. Jika kita memiliki satu celah, kita tidak memiliki pola frinji di layar yang jauh. Jika kita memiliki dua celah, kita akan melihat pola frinji. Ini cukup banyak membuktikan bahwa cahaya adalah gelombang.
Sekarang mari kita mulai berbicara tentang hal-hal rumit. Kita tahu dari eksperimen lain bahwa cahaya juga merupakan partikel. Partikel cahaya ini disebut sebagai foton. Itu hal yang mencengangkan, karena gelombang dan partikel tampaknya sangat berbeda. Mari kita terima fakta ini. Membuktikannya tentu membutuhkan kajian sendiri.
Jadi, apa yang kita harapkan jika cahaya bertindak seperti partikel saat melewati celah ganda? Partikel itu seperti kelereng atau semacamnya. Partikel akan melewati salah satu celah, atau celah yang lain, tetapi tidak keduanya. Pola yang dihasilkan pada layar yang jauh akan menjadi dua titik partikel yang saling berdekatan. Bersesuaian dengan bentuk celah yang dilalui. Sedangkan bagian layar lainnya tidak akan tersentuh partikel. Pada bagian ini akan tampak gelap.
Namun perilaku cahaya pada celah ganda yang sebenarnya tidak terlihat seperti itu. Itulah mengapa orang mengatakan bahwa cahaya adalah gelombang. Meskipun ada pengukuran lain, yang tidak akan saya jelaskan di sini, yang membuktikan dengan kuat bahwa cahaya adalah partikel. Einstein mendapat Hadiah Nobel untuk wawasan terkait sifat partikel dari cahaya.
Oke, sekarang kita bisa mulai mengutak-atik eksperimen celah ganda. Apa yang terjadi jika kita menyiapkan detektor di sekitar dua celah untuk melihat apakah foton melewati salah satu celah atau celah lainnya? Itu seharusnya tidak terjadi pada gelombang, tetapi terjadi pada foton. Dan, jika Anda melakukannya, pola di layar jauh akan terlihat seperti partikel. Jadi, ini pasti aneh.
Di masa lalu, orang menginterpretasikan hal ini dengan mengatakan bahwa foton bertindak seperti gelombang saat Anda tidak melihatnya, tetapi partikel saat Anda melihatnya. Pada tahun 1930-an, orang berbicara tentang pengaruh kesadaran manusia pada mekanika kuantu2m, yang telah bertahan selama hampir satu abad di beberapa komunitas.
Ilmu pengetahuan telah lama membuang sifat khusus dari kesadaran manusia dalam fisika kuantum, tetapi sudah pasti memulai industri rumahan terkait fisika kuantum, dengan menerbitkan buku-buku seperti The Tao of Physics, The Dancing Wu-Li Masters, dan banyak hal lain. Tak satu pun dari itu mencerminkan pemikiran fisika saat ini.
Selain itu, perilaku foton yang membengkokkan pikiran semakin aneh. Biarkan saya memandu Anda melewati bencana pemikiran ini. Ternyata mungkin untuk mengecilkan intensitas sumber cahaya menjadi sangat rendah sehingga hanya satu foton yang dipancarkan pada satu waktu. Apa yang terjadi jika Anda memotret serangkaian foton tersebut pada percobaan celah ganda, dan tidak melihat celah mana yang dilaluinya? Apakah itu akan bertindak seperti partikel atau gelombang?
Sekarang saya harus jujur dan mengatakan bahwa meskipun percobaan ini telah dilakukan dengan foton, pertama kali percobaan ini dilakukan dengan menggunakan elektron. Elektron, seperti foton, memiliki sifat gelombang dan partikel. Artinya, secara kualitatif eksperimen, elektron dapat menggantikan foton. Dan pada tahun 1986, Philippe Grangier, Gerard Roger, dan Alain Aspect melakukan eksperimen yang setara dengan foton.
Jadi, apa yang terjadi? Nah, ketika foton diarahkan ke dua celah, cahaya bertindak seperti gelombang, Anda akan mengharapkan munculnya pola interferensi yang sangat samar. Kemudian, dengan meningkatnya sebuah foton yang ditembakkan ke celah ganda, pola interferensi akan menjadi semakin terang. Tapi bukan itu yang kita lihat. Sebaliknya, kami melihat bahwa foton terdeteksi di layar sebagai sebuah titik. Itu pasti perilaku yang Anda harapkan dari sebuah partikel. Jadi itu sangat aneh.
Kami sekarang memiliki dua contoh, di mana cahaya bertindak seperti partikel dalam percobaan celah ganda. Jika apa yang saya katakan tampak aneh. Apa yang terjadi ketika kita mengirim foton lain? Sama seperti yang pertama, muncul di satu titik di layar. Apa yang terjadi dengan foton ketiga, keempat, keseratus, sejuta, dan miliaran?
Anda melihat bahwa mereka mulai membuat pola yang harus Anda kenali. Apa yang Anda lihat adalah pola interferensi tradisional yang dilihat oleh Thomas Young pada awal tahun 1800-an, pola gelap-terang di layar, atau frinji. Jadi, ini luar biasa aneh. Tampaknya masing-masing foton berjalan melalui kedua celah, namun mereka terdeteksi seperti partikel, dan tampaknya juga diatur oleh mekanisme gelombang. Cahaya benar-benar memiliki sifat gelombang dan partikel.
Sekarang, hal pertama yang ingin saya katakan adalah bahwa apa yang telah saya ceritakan kepada Anda adalah fakta eksperimental. Tidak diragukan lagi bahwa hal-hal ini terjadi. Ini tidak dapat disangkal. Pertanyaan sebenarnya adalah "Interpretasi apa yang disampaikan data tersebut kepada kita?"
Ada beberapa interpretasi data dari percobaan tersebut. Beberapa diantaranya adalah:
- Shut Up and Calculate: mengatakan bahwa Anda tidak boleh bertanya tentang apa yang sedang terjadi. Teori telah memprediksi hasilnya dan itu cukup bagus.
- Pilot Wave Theory: mengatakan bahwa terdapat probabilitas gelombang selancar partikel foton, yang memandu foton ke titik kedatangannya di layar.
- Many Worlds: mengatakan bahwa semua hasil yang mungkin telah diprediksi, dan foton hanya mengikuti salah satu jalur dari prediksi tersebut, yang berarti bahwa tidak ada hubungannya antara sifat gelombang dan partikel cahaya.
- Interpretsi lain: Anda dapat melihat Wikipedia.
Saya belum memberi tahu Anda opsi mana yang benar, karena juri masih keluar. Beberapa opsi dikesampingkan oleh data, jadi kami agak terjebak dalam posisi mengatakan “Saya tidak tahu”. Ngomong-ngomong, fakta menyenangkan, bahwa saya masuk ke jurusan fisika, berharap bisa memecahkan teka-teki kuantum ini. Tetapi ketika saya masuk ke dalamnya, saya melihat betapa sulitnya itu.
Jika satu abad orang pintar memikirkannya belum menyelesaikan masalah ini, mungkin saya juga tidak akan melakukannya. Jadi, saya masuk ke fisika partikel, yang sama menariknya dengan fisika kuantum, dan merupakan bidang di mana saya bisa membuat perbedaan. Dan sisanya adalah jurusan sejarah. Memikirkan tentang mekanika kuantum selalu merupakan cara yang baik untuk membuat kepala Anda pusing.
Pemateri: Dr. Don Lincoln
Judul Asli: Quantum mechanics and the double slit experiment
Sumber: https://www.youtube.com/@fermilab
Komentar
Posting Komentar