Transcript for:
Mekanika Kuantum: Konsep dan Fenomena

bayangkan seorang pemburu yang menembak seekor burung burung tersebut terjatuh ke semak-semak tersembunyi dari pandangan Apakah burung tersebut hidup atau mati setelah tembakan tersebut kita dapat mengetahuinya dengan mendekatinya dan melihatnya secara langsung dengan logika kita kita bisa mengetahui bahwa si burung hanya akan ada pada salah satu kondisinya yaitu hidup atau mati namun pada kenyataannya logika manusia bukanlah sebuah logika dari realitas itu sendiri pada kenyataannya dunia di skala kuantum burung tersebut bisa hidup dan mati secara bersamaan pada waktu yang sama bukan hanya itu burung itu mungkin saja bisa ada di atas kepala anda di depan mata Anda Bahkan burung tersebut bisa berada di bulan dan di bumi secara bersamaan Bagaimana bisa hal tersebut mungkin terjadi logika manusia berstandar dari apa yang ia lihat dengan pelajari dan familiar dengan keadaan tersebut Namun realitas tidak butuh logika manusia ia muncul dengan standarnya sendiri manusia mempelajari standar-standar alam dengan sebuah pengamatan akan tetapi semua berubah setelah mekanika kuantum datang manusia seperti belajar dengan meraba di kegelapan tanpa tahu yang sebenarnya terjadi semua energi dengan skala mikroskopis terdapat dalam paket-paket tersendiri yang disebut Quantum jika paket tersebut lebih dari satu maka akan disebut sebagai kuanta karena materi dan massa adalah energi yang terbeku maka partikel-partikel elementer penyusun atom bersama dengan empat gayanya termasuk Quantum eksperimen-eksperimen terdahulu mengenai elektron-elektron menunjukkan bahwa mereka bertindak sebagai partikel maupun gelombang secara dualitas kuantum elektron dalam mengelilingi atom terlihat sebagai partikel tapi ia diiringi oleh gelombang misterius anda mungkin berpikir elektron yang mengelilinginya inti atom terlihat seperti planet yang mengelilingi matahari punya lokasi ataupun kecepatan namun pada kenyataannya dikarenakan Adanya prinsip ketidakpastian dalam dunia waktu elektron tidak hanya eksis di satu tempat melainkan di semua titik peluang di sekitar nukleus atau Inti atau sebuah awan peluang awan yang mengelilingi nukleus ini menunjukkan elektron yang berada di banyak tempat pada waktu yang sama alasan mengapa atom bisa berikatan membentuk molekul alasan mengapa atom tidak menembus satu sama lain adalah karena elektron Axis secara bersamaan di sekitar inti atom atau nukleus inilah alasan mengapa kita tidak menembus bumi elektron saling menolak dengan muatan listrik negatifnya awan peluangnya juga sering disebut fungsi gelombang karena Awan tersebut bisa bergoyang seperti gelombang sistem Quantum dijelaskan dengan suatu fungsi gelombang bukan dengan posisi dan kecepatannya namun yang menjadi masalahnya adalah ketika anda melakukan interaksi seperti pengukuran atau pengamatan fungsi gelombangnya malah runtuh atau kolaps menjadi fungsi gelombang yang berbeda dengan posisi yang terlokalisasi atau terpusatkan percobaan dengan celah ganda menjelaskan bahwa cahaya saat diamati akan berperilaku seperti partikel Tapi saat tidak diamati cahaya akan berperilaku seperti gelombang ada perbedaan apa yang kita Amati dan apa yang sebenarnya terjadi Mengapa demikian seolah-olah mereka tahu kalau kita sedang mengamati Atom terdiri dari 99% ruang kosong diantara elektron dan inti atom mungkin anda pernah dengar hal ini namun kenyataannya atom tidak banyak memiliki ruang kosong atau bisa dibayangkan dengan fungsi gelombang yang tersebar di sekitar nukleus suatu elektron berada dalam keadaan superposisi dari setiap posisi yang bisa dimilikinya dan dia tidak muncul di satu lokasi sampai kita benar-benar melihatnya di sana superposisi adalah gagasan bahwa elektron ada dalam kombinasi semua posisi yang mungkin jadi Mengapa fungsi gelombang besar runtuh kalau atom bersifat kuantum dan kita yang mengamati atau juga terbuat dari atom maka kita juga bersifat kuantum kalau itu benar maka bukan hanya elektron saja yang memiliki fungsi gelombang kita pun juga memiliki fungsi gelombangnya sendiri semuanya kuantum kita juga berada dalam keadaan superposisi berbagai lokasi kalau ada dua objek yang berbeda awan peluangnya menghilang ke ketiadaan dalam sekejap dikarenakan penyatuan fungsi gelombangnya dua fungsi gelombang menyatu menjadi satu fungsi gelombang fenomena kuantum seperti itu dinamakan belitan Quantum atau entanglemen ada satu fungsi gelombang yang terbelit untuk setiap sistem gabungan Einstein menyebutnya aksi seram dari kejauhan atau spuki action atau distance dikarenakan dua partikel kuantum yang terletak di kedua ujung alam semesta masih dapat terhubung dengan belitan kuantum intinya apa yang terjadi di sini dapat mempengaruhi yang disana dengan komunikasi melebihi kecepatan cahaya namun ini tidak melanggar relativitas khusus Einstein dikarenakan yang bergerak bukanlah sebuah objek Quantum kita harus mengakui bahwa sistem kuantum seperti satu atom merupakan bagian dunia sekitarnya sehingga tidak tepat menganggapnya sebagai objek tunggal kita bisa menganggapnya atom tadi makin terbelit dengan lingkungan sekitarnya sehingga hakikat quantumnya menghilang merembes ke lingkungan seperti panas yang keluar dari benda panas fenomena tersebut disebut tekoherensi yang berupa keruntuhan suatu sifat kuantum makin kuat kaitan sistem Quantum dengan lingkungannya keduanya akan makin terbelit dan perilaku kuantum akan semakin cepat menghilang [Musik] dikarenakan fungsi gelombang dari objek Quantum Inilah kita tidak bisa mengukur posisi dan kecepatan elektron secara pasti dan bersamaan kita akan mendapatkan lokasi atau kecepatannya tapi tidak dengan keduanya fungsi gelombang hanya memberitahu anda peluang lokasi elektron jika fungsi gelombangnya besar di titik tertentu artinya kemungkinan besar elektron terdapat di situ seandainya kita bisa melihat fungsi gelombang seseorang fungsi gelombang itu akan terlihat seperti orang itu sendiri yang tersebar di berbagai lokasi fungsi gelombangnya merembes keluar angkasa secara halus yang artinya Ada kemungkinan kecil orang tersebut bisa ditemukan di bulan kenyataannya fungsi gelombang tersebut betul-betul menyebar ke seluruh alam semesta menemukan cara sederhana untuk meringkas kerumitan-kerumitan Quantum Katakanlah anda ingin berjalan melintasi ruang dari titik A ke titik B menurut Nalar kita kita cukup berjalan dengan jalur terpendek saja dari titik A ke titik B Tapi menurut female Anda harus mempertimbangkan semua jalur potensial yang menghubungkan titik a dan titik b walaupun harus melewati Mars Jupiter bintang Tetangga bahkan jalur ke masa lalu menuju Big Bang tidak peduli seberapa gila dan anehnya jalur Anda harus mempertimbangkannya dengan menjumlahkan semua jalur potensial ini anda akan mendapatkan peluang terbesar perjalanan dari titik A ke titik B cara ini dinamakan jumlah atau sama overpad gelombang-gelombang jalur yang terkait akan saling meniadakan dikarenakan fenomena yang disebut interferensi Anda bisa membayangkan interferensi dengan gelombang air yaitu ketika dua Puncak gelombang bertemu maka gelombang tersebut akan saling memperkuat sedangkan jika Puncak dan lembah gelombang yang saling bertemu maka akan saling meniadakan Anda bisa menerapkan cara ini dengan sistem kuantum fenomena interferensi Bisa Anda lihat di percobaan celah ganda ataupun warna pelangi pada gelembung sabun interferensi dan belitan kuantum inilah alasan mengapa tidak ada peristiwa kuantum di dunia kita sifat kuantum menghilang di skala makroskopis alam semesta kita atom dapat membusuk proton dan neutron dapat membusuk Mengapa pembusukan radioaktif dapat terjadi atom uranium yang tidak stabil akan membusuk dan memancarkan radiasi dalam bentuk sinar alpha yaitu berupa nukleus atom helium 2 proton dan neutron keluar dari nukleus atau uranium padahal inti-inti atom terikat oleh gaya nuklir kuat yang sangat-sangat kuat hingga tidak bisa dipisahkan dari luar Bagaimana bisa inti atom tersebut terpecah dan keluar dari atom jika inti atom itu sendiri terikat secara erat oleh gaya nuklir kuat [Musik] menurut teori prinsip ketidakpastian kuantum seseorang takkan pernah tahu persis lokasi dan kecepatan sebuah partikel Oleh karena itu terdapat peluang atau probabilitas kecil yang ia dapatkan untuk menembus atau menerowongi sebuah penghalang seperti gaya nuklir kuat hal ini juga terjadi pada partikel-partikel yang menembus medan gravitasi black hole yang disebut radiasi hocking Anda bisa membayangkannya fenomena ini seperti seorang kriminal yang dipenjara oleh dinding yang besar dimana di dunia kita adalah mustahil untuk melarikan diri darinya tapi di dunia quantu jika tahanan sering memukul dinding tersebut maka terdapat peluang kecil bahwa Suatu hari ia akan menembusnya itulah yang terjadi kepada partikel-partikel sub atom dalam inti atom untuk partikel sub atom ini terjadi sepanjang waktu sebab partikel-partikel menghantam dinding nukleus berulang-ulang kali dengan jumlah energi yang besar [Musik] aturan kuantum juga menerangkan tingkat energi yang ditempati elektron dan caranya tersusun di atom mekanika kuantum mengatur mekanisme atom saling berikatan menjadi molekul yang merupakan dasar dari kimia elektron juga mampu melompat antar tingkat energi dengan memancarkan atau menyerap jumlah energi foton yang tepat elektron mampu turun ke tingkat orbit yang lebih rendah dengan memancarkan energi elektromagnetik atau foton dan juga bisa melompat ke tingkat orbit yang lebih tinggi dengan menyerap foton dengan nilai yang tepat tingkat energi elektron berada di kulit atom semakin jauh dari nukleus atom maka semakin besar energinya setiap orbit elektron akan memiliki warna dan cahaya yang berbeda saat foto dipancarkan pancaran energi elektron di kulit terluar atom akan terlihat sebagai pantulan warna cahaya yang kita lihat sehari-hari Anda bisa membayangkan lompatan kuantum seperti orang yang berada di lantai 3 turun ke lantai dasar secara tiba-tiba dan orang yang di lantai dasar dapat naik ke lantai Puncak dengan secara tiba-tiba Ketika cahaya mengenai atom maka sebagian gelombang akan diserap dan sebagian lainnya akan dipantulkan cahaya tampak yang terdiri dari 7 Warna dengan tingkat energi terendah yaitu warna merah dan energi yang tertinggi yaitu warna ungu ketika cahaya mengenai misalnya daun maka energi terendah berupa merah dan kuning akan diserap dan energi yang lebih tinggi berupa hijau sampai Ungu akan dipantulkan daun berwarna hijau dikarenakan warna hijau dan di atasnya dipantulkan oleh atom-atom daun itulah yang kita lihat sebagai warna [Musik] Spin atau putaran suatu partikel adalah salah satu derajat kebebasan selain posisi dan momentum Spin hanyalah rotasi di sumbu tertentu bagi elektron ada dua hasil pengukuran Spin yaitu Spin atas atau Spin up dan spin bawah atau spidol Spin ini hanyalah putaran searah atau berlawanan arah dari elektron yang lainnya yang aneh dari Spin ini adalah setiap partikel materi zat pasti memiliki Spin setengah artinya partikel tersebut harus diputar 2 putaran penuh baru kelihatan sama ini berbeda sekali dengan rotasi di dunia kita dimana hanya butuh satu putaran 360° untuk kembali ke lokasi awal yang sama teori mekanika kuantum memiliki yang namanya asas larangan pauli menjelaskan bahwa dua partikel yang serupa tidak bisa dalam keadaan yang sama artinya keduanya tidak bisa punya posisi kecepatan dan spin yang sama dikarenakan perbedaan inilah partikel akan saling tolak secara kuantum ini penting karena menjelaskan Mengapa partikel-partikel zat tak runtuh ke keadaan sangat rapat akibat pengaruh gaya-gaya kita bisa melihat contohnya dari bintang neutron yang tak runtuh menjadi black hole walaupun sangat rapat partikel-partikel neutron terlihat seperti menolak satu sama lain di Bintang neutron jika partikel zat punya posisi yang hampir sama maka kecepatannya pasti berbeda artinya partikel tersebut tak akan lama Berada di posisi yang sama tanpa adanya asas larangan Pauli semuanya akan runtuh membentuk Sub yang seragam dan rapat [Musik] pada skala panjang terkecil triliunan kali lebih kecil dari atom ada yang namanya skala plank dimana konsep panjang kehilangan maknanya dan ketidakpastian Quantum terjadi dengan skala 10 pangkat minus 33 cm panjang plank menghilangkan hukum fisika yang dikenal bahkan ruang dan waktu menjadi konsep yang sama gaya gravitasi adalah r kuadrat terbalik yang artinya semakin lebar jangkauan medan gravitasi maka semakin lemah tarikannya sedangkan semakin kecil jangkauan medan gravitasi maka semakin kuat tarikan gravitasinya itu artinya semakin kecil dan berat sebuah objek maka gaya gravitasi akan semakin ekstrim disebabkan kelengkungan ruang dan waktu yang lebih terfokus pada satu titik sekarang bayangkan jika gravitasi terfokuskan pada skala plank maka kelengkungan ruang waktu yang terjadi akan menjadi tak terhingga lengkungan ruang waktu yang tak terhingga ini disebut singularitas terdapat di pusat sebuah black hole dan singularitas Big Bang di skala plank ruang bukan kecil sama sekali melainkan mengalami pelengkungan besar yang kusut dan berbuih ruang menjadi menggumpal berbuih gelembung-gelembung kecil yang muncul dan menghilang kekehampaan di ruang hampa atau vakum ini muncul gelembung-gelembung kecil ruang waktu yang sebetulnya adalah warm hole mini Black Hole Mini dan bayi alam semesta serta dikarenakan relativitas Einstein dimana Materi dan Energi menciptakan pelengkungan ruang waktu maka sebaliknya ruang dan waktu juga bisa menciptakan energi dan materi partikel-partikel Maya atau virtual yang terdiri dari partikel dan antipartikel muncul sebentar dari ruang hampa sebelum saling menghancurkan [Musik] semua gelembung dan pelengkungan ruang waktu yang muncul dari ruang hampa juga akan kembali menghilangkan kefakuman atau kehampaan fenomena-fenomena aneh ini disebut fluktuasi kuantum dan buih Quantum semua materi di dunia ini memiliki yang namanya massa masa suatu benda adalah ukuran jumlah zat yang ia kandung masa materi berasal dari semua atom di dalam materi yang secara individual memiliki massa lalu Dimanakah masa sebuah atom atom pada dasarnya benar-benar sebuah energi faktanya semua Masa adalah energi sesuai dengan kesetaraan massa dan energi yaitu emc kuadrat yang artinya masa dapat ditukar dengan energi dan C kuadrat kecepatan cahaya merupakan faktor konversi elektron di kulit atom dan chord yang menyusun proton dan neutron hanya menyumbang satu persen massa suatu atom pada kenyataannya 99% massa atom merupakan hasil dari energi gaya nuklir kuat yang berinteraksi dengan work di dalam proton dan neutron serta membuat proton dan neutron mereka di dalam inti atom di sinilah sebagian besar masa anda berada lalu dari mana massa suatu partikel berasal jika massa adalah energi Lalu bagaimana bisa energi ini membentuk massa yang bertanggung jawab untuk memberikan asal muasal masa suatu partikel adalah Medan hiks atau hiks sesuai dengan teori model standar Medan hiks ada di mana-mana di dalam ruang waktu yang menyebar ke seluruh alam semesta di dalam teori Medan kuantum digambarkan semua partikel fundamental di alam semesta sebagai sebuah eksitasi atau naiknya sebuah energi dari Medan kuantum seperti partikel elektromagnetik yaitu foton merupakan naiknya energi dari Medan foton lalu elektron yang merupakan naiknya energi dari Medan elektron serta chord yang merupakan naiknya energi dari Medan quote dan seterusnya naiknya energi Medan ini adalah gelombang tetapi jika terlokalisasi dengan baik mereka akan tampak bagi kita sebagai partikel semua medan-medan Quantum ini menjangkau ke semua ruang waktu di seluruh alam semesta setiap jenis partikel zat dan gaya memiliki Medan kuantumnya sendiri jadi semua partikel diwakili oleh Medan yang berbeda semua Medan ini ketika berada dalam keadaan dasarnya yaitu keadaan energi terendah bahkan ketika tidak ada partikel Medan Quantum selalu memiliki getaran atau gelombang Titik terendah ini disebut ruang vacuum atau hampa Namun karena prinsip ketidakpastian heizenberg partikel terus-menerus diciptakan dan dimusnahkan partikel-partikel ini disebut partikel Maya atau virtual yang ada hanya dalam waktu singkat sehingga tidak dapat diukur partikel ini tercipta dengan meminjam energi dari ruang hampa dan mengembalikannya dengan sangat cepat saat dimusnahkan semakin besar energi yang dipinjam dari ruang hampa maka partikel harus semakin cepat untuk mengembalikannya ke kehampaan jadi total energi setiap aktivitas partikel Maya ini adalah nol dengan kata lain energi adalah konstan hanya berubah dari satu bentuk energi ke bentuk lainnya sesuai dengan hukum pertama termodinamika partikel Maya dapat berubah menjadi partikel nyata jika ada energi dari luar yang mampu membayarkan hutangnya ke ruang hampa hal ini bisa dilihat dari black hole yang menghasilkan radiasi hocking dikarenakan partikel Maya berubah menjadi partikel nyata yang merupakan hasil dari pembayaran hutang energi dari medan gravitasi black hole itu sendiri partikel nyata hanya tercipta ketika energi yang cukup ditransfer dari Medan quantumnya ke Medan Quantum lain untuk menyebabkan eksitasi atau kenaikan energi Medan Quantum misalkan kenaikan energi Medan Quantum elektron yaitu 0,511 Mega elektron volt yang merupakan masa dari satu elektron tetapi elektron hanya bisa memiliki massa dikarenakan interaksinya dengan Medan hiks tanpa interaksi ini Sebuah elektron akan tidak bermassa elektron yang tak bermasa akan seperti foton dan bergerak dengan kecepatan cahaya yang merupakan batas atas kecepatan tanpa Medan hiks semua partikel fundamental lain juga tidak akan bermasa Energi tidak beku dan zat tidak akan pernah ada energi hanya dalam bentuk momentum tidak dalam posisi seperti halnya foton atau cahaya Jadi kenapa Masa bisa muncul di sinilah hiks bosan bekerja Medan hiks di ruang hampa tidak seperti Medan kuantum lainnya Medan hiks memiliki masa positif bersih massanya di ruang hampa Bukan nol Medan hiks memiliki bobot sendiri yang dinamakan energi vakum atau hampa jadi energi terendah Medan hiks Bukan tapi 246 giga elektron volt dan seperti yang dibahas sebelumnya Medan Quantum dapat berinteraksi satu sama lain artinya segala sesuatu yang berinteraksi dengan Medan hiks akan memiliki kenaikan energi Medan Baru dan interaksi berarti energi dan Karena energi dan massa setara jadi ketika partikel fundamental berinteraksi dengan Medan hiks ia akan memiliki energi beku yang disebut masa lalu di bumi kita menyebutnya sebagai berat tanpa Medan hiks partikel fundamental akan tidak bermasa seperti foton dan bergerak dengan kecepatan cahaya namun ketika digabungkan dengan Medan hiks masing-masing partikel yang berinteraksi dengan Medan hiks akan memperlambat dirinya dikarenakan masa tersebut jadi misalkan Anda mendorong elektron anda akan mendapatkan elektron menolak percepatan menjadi apa yang disebut masa inersia besar massa diam ini ditentukan oleh kekuatan interaksi atau penggabungan antara elektron dan Medan hiks jadi semua partikel model standar yang memiliki massa seperti elektron work dan Z ketika digabungkan ke Medan hiks sedangkan partikel tak bermassa seperti foton dan kluwon tidak berinteraksi dengan Medan high jadi massa mereka adalah nol dan bergerak dengan kecepatan cahaya yang merupakan batas atas kecepatan teori kuantum adalah teori yang paling aneh paling asing dan paling gila lebih dari relativitas Einstein tentu saja semua teori itu bisa benar atau salah tapi percaya atau tidak semua prinsip mekanika kuantum diterapkan ke seluruh barang elektronik anda serta barang sehari-hari anda Jadi percayakah anda dengan dunia kuantum [Musik] [Tepuk tangan] [Musik] [Tepuk tangan] [Musik] [Tepuk tangan] [Musik] [Tepuk tangan]