Mekanika kuantum adalah

Mekanika kuantum adalah cabang fisika yang mempelajari alam pada skala spasial kecil, sistem atom dan subatom, dan interaksinya dengan radiasi elektromagnetik, dalam hal jumlah yang dapat diamati. Hal ini didasarkan pada pengamatan bahwa semua bentuk energi dilepaskan dalam unit atau paket tersendiri yang disebut kuanta.

Anehnya, teori kuantum biasanya hanya memungkinkan perhitungan statistik atau probabilistik karakteristik partikel elementer yang diamati, dipahami dari segi fungsi gelombang. Persamaan Schrödinger berperan dalam mekanika kuantum yang dilakukan hukum dan kekekalan energi Newton dalam mekanika klasik. Artinya, prediksi perilaku masa depan sistem dinamis dan itu adalah persamaan gelombang dalam hal fungsi gelombang yang secara analitis memprediksi probabilitas tepat dari peristiwa atau hasil.

Dalam teori fisika klasik sebelumnya, energi diperlakukan hanya sebagai fenomena berkelanjutan, sedangkan materi seharusnya menempati wilayah ruang yang sangat spesifik dan bergerak terus menerus. Menurut teori kuantum, energi dipancarkan dan diserap dalam jumlah kecil dan terpisah. Paket energi individu, yang disebut kuantum, dalam beberapa situasi berperilaku seperti partikel materi.

Di sisi lain, ditemukan bahwa partikel memperlihatkan beberapa sifat gelombang ketika mereka bergerak dan tidak lagi terlihat terlokalisasi di wilayah tertentu, melainkan meluas hingga batas tertentu. Cahaya atau radiasi lain yang dipancarkan atau diserap oleh atom hanya memiliki frekuensi tertentu (atau panjang gelombang), seperti yang dapat dilihat pada garis spektrum yang terkait dengan elemen kimia yang diwakili oleh atom itu.

Teori kuantum menunjukkan bahwa frekuensi tersebut sesuai dengan tingkat kuanta cahaya, atau foton, dan merupakan hasil fakta bahwa elektron dalam atom hanya dapat memiliki nilai energi tertentu yang diizinkan. Ketika sebuah elektron berpindah dari satu level yang diizinkan ke level lain, sejumlah energi dipancarkan atau diserap, yang frekuensinya berbanding lurus dengan perbedaan energi antara kedua level.

Mekanika kuantum dengan takut-takut muncul pada awal abad kedua puluh dalam tradisi fisika terdalam untuk memberikan solusi bagi masalah yang teori-teori yang dikenal sejauh ini telah kehabisan kemampuan mereka untuk menjelaskan, seperti apa yang disebut bencana radiasi ultraviolet.

Blackbody diprediksi oleh fisika statistik klasik dan ketidakstabilan atom dalam model atom Rutherford. Proposal pertama untuk prinsip kuantum yang benar adalah karena Max Planck pada tahun 1900, untuk menyelesaikan masalah radiasi benda hitam, yang sulit dipertanyakan, sampai Albert Einstein menjadikannya prinsip yang berhasil menjelaskan efek fotolistrik. Formulasi matematis lengkap pertama mekanika kuantum tidak tercapai sampai pertengahan 1920-an, tanpa sampai hari ini memiliki interpretasi yang koheren dari teori, khususnya masalah pengukuran.

Formalisme mekanika kuantum dikembangkan selama tahun 1920. Pada tahun 1924, Louis de Broglie mengusulkan bahwa, seperti halnya gelombang cahaya memiliki sifat partikel, seperti dalam efek fotolistrik, partikel, pada gilirannya, juga mereka memiliki sifat gelombang. Dua formulasi mekanika kuantum yang berbeda disajikan setelah saran Broglie.

Pada tahun 1926, mekanika gelombang Erwin Schrödinger melibatkan penggunaan entitas matematika, fungsi gelombang, yang terkait dengan probabilitas menemukan partikel pada titik tertentu di ruang. Pada 1925, mekanika matriks Werner Heisenberg tidak menyebutkan fungsi gelombang atau konsep serupa, tetapi telah terbukti setara secara matematis dengan teori Schrödinger. Penemuan penting dalam teori kuantum adalah prinsip ketidakpastian, dinyatakan oleh Heisenberg pada tahun 1927, yang menempatkan batas teoritis absolut pada ketepatan pengukuran tertentu. Akibatnya, asumsi klasik oleh para ilmuwan bahwa keadaan fisik suatu sistem dapat diukur secara akurat dan digunakan untuk memprediksi keadaan di masa depan harus ditinggalkan. Ini menandai revolusi filosofis dan memunculkan banyak diskusi di antara fisikawan terhebat saat itu.

Pengertian

Mekanika kuantum adalah bidang fisika yang menyediakan penggambaran matematis dari sebagian besar partikel dan gelombang yang mirip dengan bagaimana perilaku ganda bekerja dan interaksi energi dan materi, juga dikenal sebagai fisika kuantum atau teori kuantum.

Mekanika kuantum dimulai dari mekanika klasik, terutama dalam skala atom dan subatomik, yang disebut kerajaan kuantum. Dalam topik canggih mekanika kuantum, beberapa perilaku ini bersifat makroskopis dan hanya muncul pada energi rendah atau sangat tinggi.

Nama, yang diciptakan oleh Max Planck, berasal dari pengamatan bahwa beberapa jumlah fisik hanya dapat ditukar dengan jumlah diskrit, atau berapa banyak, dalam kelipatan konstanta Planck, alih-alih dapat berubah secara terus-menerus atau dengan jumlah sewenang-wenang apa pun . Sebagai contoh, momentum sudut, atau lebih umum aksi, dari elektron yang terikat pada atom atau molekul dikuantisasi.

Sementara elektron yang tidak dikonsolidasi tidak memiliki tingkat energi kuantum, elektron yang terikat dalam orbital atom telah mengkuantifikasi nilai momentum sudut. Dalam konteks mekanika kuantum, dualitas gelombang-partikel energi dan materi dan prinsip ketidakpastian memberikan pandangan terpadu tentang perilaku foton, elektron, dan objek lainnya pada skala atom.

Formulasi matematika mekanika kuantum adalah abstrak. Demikian pula, konsekuensinya biasanya tidak intuitif dibanding fisika klasik. Inti dari sistem matematika adalah fungsi gelombang.

Fungsi gelombang adalah fungsi matematika yang menginformasikan tentang amplitudo probabilitas posisi dan momentum partikel dalam manipulasi matematis fungsi gelombang yang biasanya yang membutuhkan pemahaman tentang bilangan kompleks dan fungsi linear.

Fungsi gelombang memperlakukan benda sebagai osilator harmonik kuantum dan matematika mirip dengan resonansi. Banyak hasil mekanika kuantum tidak memiliki model yang mudah divisualisasikan dalam hal mekanika klasik, misalnya, keadaan fundamental mekanika kuantum adalah model energi nol yang merupakan energi terendah dari keadaan yang diizinkan dari suatu sistem, alih-alih sistem yang lebih tradisional yang dianggap sebagai fakta sederhana yang diam dengan nol energi kinetik.

Secara historis, versi pertama mekanika kuantum dirumuskan pada dekade pertama abad ke-20 sekitar waktu yang sama ketika teori atom dan teori foton dalam versi yang diperbarui oleh Einstein diterima secara luas sebagai fakta ilmiah, teori-teori ini dan yang terakhir dapat dilihat sebagai teori kuantum materi dan radiasi elektromagnetik. Teori kuantum secara signifikan dirumuskan kembali pada pertengahan 1920-an menjauh dari teori kuantum lama menuju mekanika kuantum yang dirumuskan oleh Werner Heisenberg, Max Born, Wolfgang Pauli dan rekan-rekan mereka, disertai dengan penerimaan interpretasi dari Niels Bohr.

Pada tahun 1930, mekanika kuantum lebih disatukan dan diformalkan oleh karya Paul Dirac dan John von Neumann, dengan penekanan lebih besar pada pengukuran mekanika kuantum, sifat statistik pengetahuan kita tentang realitas dan spekulasi filosofis, tentang peran pengamat.

Relativitas dan mekanika kuantum

Dunia fisika modern sangat didasarkan pada dua teori utama, relativitas umum dan mekanika kuantum, meskipun kedua teori tersebut menggunakan prinsip yang tampaknya tidak sesuai. Postulat yang mendefinisikan teori relativitas dan teori kuantum Einstein didukung oleh bukti empiris yang berulang dan berulang. Namun, keduanya menolak dimasukkan ke dalam model koheren yang sama.

Sejak pertengahan abad ke-20, teori-teori kuantum relativistik medan elektromagnetik (kuantum elektrodinamika) dan gaya nuklir (model electroweak, kuantum kromodinamik) muncul, tetapi Anda tidak memiliki teori kuantum relativistik bidang gravitasi yang sepenuhnya konsisten dan valid untuk medan gravitasi intens. (ada perkiraan dalam ruang datar asimptotik). Semua teori kuantum relativistik yang konsisten menggunakan metode teori medan kuantum.

Dalam bentuknya yang biasa, teori kuantum meninggalkan beberapa asumsi dasar teori relativitas, seperti prinsip lokalitas yang digunakan dalam deskripsi relativistik kausalitas. Einstein sendiri menganggap absurd pelanggaran prinsip lokalitas yang tampaknya dipimpin oleh mekanika kuantum. Posisi Einstein adalah mendalilkan bahwa mekanika kuantum, meskipun konsisten, tidak lengkap.

Untuk membenarkan argumen mereka dan penolakan mereka akan kurangnya lokalitas dan kurangnya determinisme, Einstein dan beberapa kolaboratornya mendalilkan apa yang disebut sebagai paradoks Einstein-Podolsky-Rosen (EPR), yang menunjukkan bahwa mengukur keadaan suatu partikel dapat secara instan mengubah keadaan mitra terikatnya, meskipun kedua partikel dapat berada pada jarak yang tidak ditentukan.

Secara modern, hasil paradoks dari paradoks EPR dikenal sebagai konsekuensi yang konsisten sempurna dari keterjeratan kuantum. Adalah fakta yang diketahui bahwa meskipun keberadaan keterikatan kuantum memang melanggar prinsip lokalitas, namun tidak melanggar kausalitas yang didefinisikan dalam hal informasi, karena tidak ada kemungkinan transfer informasi. Meskipun pada masanya tampaknya paradoks EPR menimbulkan kesulitan empiris untuk mekanika kuantum, dan Einstein menganggap bahwa mekanika kuantum dalam interpretasi Kopenhagen dapat dikesampingkan dengan eksperimen, beberapa dekade kemudian percobaan Alain Aspect (1981) mengungkapkan bahwa Memang, bukti eksperimental tampaknya mengarah pada prinsip lokalitas. Dan karenanya, hasil paradoks yang ditolak Einstein sebagai “tidak berarti” tampaknya persis seperti yang terjadi di dunia nyata.



Leave a Reply