Mekanika kuantum adalah cabang dasar
fisika yang menggantikan
mekanika klasik pada 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, bersama
relativitas 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.
[
sunting]SejarahPada 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 dan
Pascaul 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 kuantum
elektron,
positron, dan
Medan elektromagnetik, dan berlaku sebagai contoh untuk teori kuantum berikutnya.
Interpretasi banyak dunia diformulasikan oleh
Hugh Everett pada tahun
1956.
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.
[
sunting]Eksperimen penemuan
[
sunting]Bukti dari mekanika kuantumMekanika kuantum sangat berguna untuk menjelaskan perilaku
atom dan
partikel subatomik seperti
proton,
neutron dan
elektron yang 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 = h .f
keterangan:
- E adalah energi (J)
- h adalah tetapan Planck, (Js), dan
- 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.