Mengenal fenomena dualisme gelombang dan partikel, terutama mengenai kenapa fenomena ini membuat para ilmuwan pusing tujuh keliling selama ratusan tahun, dan kenapa ilmu fisika modern semakin lama semakin gak masuk akal.
Apa itu partikel? Sebagian besar orang akan menjawab, partikel itu ya benda yang bisa diraba dan bisa dipegang. Kalo pake bahasa yang rada ilmiah ya partikel itu benda yang mempunyai massa dan volume. Apa contoh partikel? Ya saya, kamu, leptop, servernya kaskus, dll, yang semuanya terbentuk dari partikel terkecil yang disebut dengan… atom.
Lalu apa itu gelombang? sebagian besar orang pasti akan membayangkan garis naik turun yang biasa ada di buku IPA anak sekolah. Atau lebih tepatnya, gelombang itu getaran yang merambat. Apa contoh gelombang? Ya cahaya, suara, gelombang di permukaan air, dll.
Nah, terus apa bedanya gelombang ama partikel? Secara intuitif, semua orang pasti menjawab : ya pasti beda lah. Bola jelas beda dengan suara. Gelombang ya gelombang, partikel ya partikel.
Tapi ternyata ilmuwan membuktikan bahwa sebuah partikel kadang bisa bersifat seperti gelombang, kadang seperti partikel, tapi tidak kedua2nya dalam waktu yang sama. Fenomena ini disebut sebagai dualisme gelombang partikel.
Udah mulai ngerasa aneh? Sabar, perjalanan masih jauh emoticon-Big Grin.
Eksperimen yang selalu digunakan untuk menunjukkan fenomena dualisme gelombang partikel adalah double slit experiment yang dilakukan pertama kali oleh Thomas Young pada tahun 1803. Eksperimen ini dilakukan dengan cara berikut : sebuah meriam yang menembakkan partikel2 berukuran sangat kecil ditempatkan di depan sebuah papan yang diberi 2 celah kecil. di belakang papan tersebut ada detektor yang menangkap atom2 yang berhasil lolos dari salah satu diantara dua celah tersebut. nah, kira2 pola apa yang terbentuk pada detektor?
secara intuisi, harusnya pola yang terbentuk adalah dua garis sejajar.
Namun ternyata yang dihasilkan adalah sebagai berikut :
Mungkinkah telah terjadi kesalahan? Bagaimana bisa sebuah partikel mengalami interferensi? Percobaan pun dulangi dan hasilnya tetap sama.
Sungguh tidak masuk akal mengingat yang ditembakkan tadi adalah “partikel elektron”. Jika yang tertangkap oleh detektor berupa gelombang, lalu partikel elektronnya kemana?
Percobaan diulangi namun kali inidetektor didekatkan ke celah, karena ada kemungkinan partikel elektron pada percobaan sebelumnya berbelok entah kemana dan tidak mengenai detektor. Didekatkannya detektor juga bertujuan untuk mencari tahu sejak kapan gelombang tersebut muncul. Namun hasil yang kemudian didapat tak lagi membentuk pola interfrensi :
Sangat membingungkan. Begitu detektor dijauhkan lagi, pola interferensi kembali terbentuk. Pola interferensi kembali hilang apabila ukuran partikel yang ditembakkan diperbesar hingga 100 kali lipat atau kecepatan tembaknya dikurangi.
Baca juga:
- Awalan Untuk Satuan Standar Materi Fisika Kelas 10 SMA/MA
- Besaran Pokok Dan Turunan Beserta Satuan Pada Ilmu Fisika
- Dimensi dan Analisis Dimensi Fisika
Apa yang didapat dari percobaan ini?
Pertama, yakni membuktikan pendapat De Broglie bahwa selain berupa partikel, elektron juga memiliki sifat gelombang.
Kedua, tidak bisa dipastikan kapan dan dimana sifat gelombang itu mulai terbentuk. Begitu ada yang memeriksa, elektron serta merta bersifat sebagai partikel. Begitu tidak diperiksa, sifat gelombangnya muncul.
Ketiga, sifat dualitas ini hanya terjadi pada partikel dengan ukuran yang kecil dan berkecepatan tinggi. Partikel terbesar yang pernah diuji oleh ilmuwan dan mengalami sifat dualitas seperti ini berukuran 100 kali elektron. Itulah mengapa kita tidak menemui sifat dualitas pada benda-benda di sekitar kita, karena selain ukurannya yang besar, kecepatannya juga rendah.
Sekarang masuk ke pertanyaan : Kita sudah tahu bahwa gelombang adalah getaran yang merambat. Sedangkan benda dikatakan bergetar apabila dia bergerak bolak-balik melalui titik kesetimbangan. Dalam kasus elekton tadi, apa yang bergetar?
Dalam fisika klasik, ketika ada suatu benda dikenai gaya vertikal dari bawah, apabila kita asumsikan tidak ada gaya external lain yang bekerja padanya, maka dapat kita pastikan benda tersebut akan bergerak vertikal ke atas.
Namun dalam fisika kuantum tidak. Dalam kasus seperti tadi, terdapat “kemungkinan” benda tersebut akan bergerak ke samping kanan atau kiri yang nilainya sangat kecil. Jadi kita tidak bisa serta merta memastikan benda akan bergerak vertikal ke atas. Kemungkinan besar benda akan bergerak vertikal ke atas, namun tidak pasti. Lalu bagaimana dengan kemungkinan lain yang kecil itu, apakah bisa diabaikan? Tentu saja tidak. Meski mereka hanya berupa “kemungkinan kecil”, namun lihatlah pada percobaan double slit tadi, mereka nyata bukan? Ketika tidak ada yang memeriksa, semua kemungkinan benar-benar nampak dan menyebabkan elektron tadi berwujud gelombang. Namun setelah diperiksa, kemungkinan yang kemudian terlihat hanyalah kemungkinan terbesar sehingga elektron nampak berupa partikel.
Bingung? Pusing? Tidak masuk akal? Wajar. Inilah fisika kuantum.
