Sebelum meneruskan pembacaan,
penulis mencadangkan beberapa siri artikel yang telah ditulis di dalam majalah
sains, iaitu:
Pengenalan Mekanik Kuantum. https://www.majalahsains.com/pengenalan-mekanik-kuantum/
Siri Falsafah Kuantum: Dari Fizik ke Metafizik (Bahagian 1
hingga 6), oleh Aqil Fitri. https://www.majalahsains.com/falsafah-kuantum-dari-fizik-ke-metafizik/
“Tafsiran-tafsiran
yang Wujud untuk Memahami Alam Kuantum”, oleh Taza Aznam. https://www.majalahsains.com/tafsiran-alam-kuantum/
Dalam artikel “Tafsiran-tafsiran
yang wujud untuk memahami alam kuantum”, penulis Taza Aznam menerangkan bahawa
terdapat beberapa tafsiran atau interpretasi, sebagaimana satu cubaan, oleh
ahli-ahli fizik, bagi cuba merungkai erti fizikal yang terbit dari
eksperimen-eksperimen dalam Fizik Kuantum.
Eksperimen Dua Celah dan Belauan.
Antara eksperimen mudah untuk
memberi gambaran betapa rumit dan kompleksnya Fizik Kuantum, jika dinisbahkan
kepada fizik biasa (atau disebut Fizik Klasikal), adalah eksperimen belauan.
Belauan, menurut pemahaman fizik klasikal, merupakan salah satu ciri khusus bagi gelombang. Sebagai contoh, sekiranya kita mempunyai suatu sumber cahaya (gelombang cahaya), dan cahaya tersebut melalui dua celah, gelombang cahaya tersebut akan menghasilkan corak belauan.
Kaitan antara corak belauan dan gelombang cahaya ini adalah antara hujah Thomas Young pada tahun 1803, di mana Young menyatakan bahawa cahaya itu sifatnya adalah gelombang, berlawanan dengan idea Newton pada masa tersebut, bahawa cahaya itu sifatnya adalah dalam bentuk zarah.
Figure 1: Gambar lukisan Thomas Young yang menunjukkan belauan berlaku apabila satu gelombang melalui dua belahan. Sumber: wiki
Figure 2: Gambar sebenar eksperimen belauan gelombang. Eksperimen ini diberi nama bersempena dengan nama Thomas Young, iaitu Young’s Double Slit Experiment. Sumber: simplyscience.
Figure 3: Corak interferens yang akan muncul sekiranya kita letakkan satu tabir di bahagian hujung eksperimen kita. Sumber: Schmoop.
Maka, pada awal abad ke 19 lagi,
saintis telah bersetuju bahawa gelombang akan menghasilkan belauan, dan belauan
merupakan ciri khusus untuk mengenalpasti suatu gelombang.
Namun satu perkara yang perlu kita
ingat adalah, “belauan merupakan ciri khusus untuk mengenalpasti gelombang” ini
hanya terpakai untuk situasi fizik klasikal sahaja. Hal ini kerana, dalam
kertas kajian Albert Einstein pada tahun 1905, “Über
einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen
Gesichtspunkt” (On a
Heuristic Point of View about the Creation and Conversion of Light), Einstein telah mengambil pandangan radikal Max Planck
bahawa tenaga adalah terkuanta (energy is quantized), dan cahaya merupakan satu
bentuk tenaga, maka cahaya juga seharusnya terdiri dari entiti kuanta (yang
kini dikenali sebagai foton).
Figure 4: Untuk menerangkan fenomena fotoelektrik, Einstein menganggap bahawa cahaya itu terdiri daripada kuanta yang dipanggil foton. Foton kini dianggap sebagai partikel cahaya. Sumber: wiki
Hal
ini (idea berkenaan foton) adalah ganjil, kerana menurut fizik klasikal,
sekiranya cahaya terdiri dari zarah foton atau cahaya yang terkuanta, maka
fenomena belauan (dari eksperimen klasik tadi) tidak sepatutnya terjadi. Maka,
mengambil langkah berhati-hati, Einstein menyatakan bahawa cahaya MUNGKIN
memiliki sifat gelombang, dan pada masa yang sama, memiliki sifat partikel. Hal
ini dikenali sebagai Sifat Dualiti Gelombang-Zarah (wave-particle duality).
Memandangkan
Einstein memberikan idea yang agak radikal berkenaan sifat duality tersebut,
seorang lagi saintis pada zaman tersebut, de Broglie kemudiannya membuat
sedikit kelainan terhadap hipothesis Einstein itu. Sekiranya cahaya yang
merupakan gelombang, mampu memiliki ciri-ciri zarah, bagaimana pula dengan
zarah seperti elektron? Bolehkah zarah elektron memiliki sifat gelombang?
Berpaksikan
kepada idea de Broglie, Clinton Davisson dan Lester Germer kemudiannya
menyiapkan eksperimen bagi mencuba idea zarah elektron mempunyai sifat
gelombang. Eksperimen apa yang mereka gunapakai untuk melihat sifat gelombang
bagi zarah tadi? Tak lain tak bukan, eksperimen Thomas Young.
Kini
dikenali dengan nama eksperimen Davisson-Germer, secara mudahnya, zarah
elektron akan ditembak satu-persatu untuk melalui dua belahan, sama seperti kes
gelombang cahaya kita tadi. Menurut teori fizik klasikal, sekiranya zarah
melalui dua belahan tadi, zarah tersebut pastinya akan memilih satu daripada
dua belahan tersebut, dan akan melalui belahan tersebut seperti biasa, sama
seperti bola boling melalui lorongnya dalam keadaan lurus. Namun, sesuatu yang
menarik berlaku.
Figure 5: Pada asalnya,apabila elektron ditembak satu-persatu, tiada apa-apa sifat menarik dapat diperhatikan. Namun begitu, dengan bertambahnya bilangan elektron yang ditembak, suatu corak menarik terhasil. Corak interferens! Sumber: wiki
Apabila saintis mula menyedari
bahawa zarah memiliki sifat gelombang (berdasarkan eksperimen Davisson-Germer),
maka keadaan mula menjadi bertambah gila. Ahli fizik teori mula berlumba-lumba
untuk membina matematik bagi menerangkan situasi “gelombang elektron” ini, dan
antara yang terawal adalah Erwin Schroedinger dan Werner Heisenberg. Sehingga
ke hari ini juga, eksperimen dua celah ini menjadi subjek tumpuan utama kajian
dalam bidang asas pembentukan teori fizik kuantum (Fundamental of Quantum
Theory).
P/s: Untuk maklumat lebih lanjut
berkenaan Fizik Kuantum, boleh rujuk “Pengenalan Fizik Kuantum”.
Figure 6:Sedikit jenaka mengenai sifat cahaya yang ganjil. Sumber: fb majalahsains
RUJUKAN:
Davisson, C. J.; Germer, L. H. (1928). “Reflection
of Electrons by a Crystal of Nickel”.
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of
America. 14 (4): 317–322.
Einstein, Albert (1905). “Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt”(PDF). Annalen der Physik. 17 (6): 132–148. doi:10.1002/andp.19053220607. English translations: “On a
Heuristic Point of View about the Creation and Conversion of Light“.
Translated by Dirk ter Haar
Robinson, Andrew (2006). The
Last Man Who Knew Everything. New York, NY: Pi Press. pp. 123–124. ISBN 978-0-13-134304-7.
No comments yet