Di sekolah menengah kita terbiasa belajar fisika. Namun, ada jenis fisika yang mungkin tidak semua orang terbiasa. Ini tentang fisika kuantum. Banyak yang tidak tahu apa itu fisika kuantum. Ini adalah topik yang sangat diperdebatkan dan menarik yang dapat merevolusi ide kita tentang alam semesta di sekitar kita. Ini adalah teori fisika yang menggambarkan perilaku materi dan juga memiliki beberapa aplikasi dalam kehidupan sehari-hari.
Oleh karena itu, dalam artikel ini kami akan memberi tahu Anda apa itu fisika kuantum dan apa karakteristiknya.
Apa itu fisika kuantum
Fisika kuantum disebut juga teori kuantum atau mekanik. Karena didasarkan pada teori mekanik yang berfokus pada skala panjang dan fenomena energi atom dan subatom, memberikan kehidupan baru pada teori-teori sebelumnya, yang sekarang dianggap usang.
Apa perbedaan antara fisika klasik dan fisika kuantum? Yang terakhir menggambarkan radiasi dan materi sebagai fenomena ganda: gelombang dan partikel. Oleh karena itu, dualitas gelombang-partikel dapat dianggap sebagai salah satu karakteristik mekanika ini. Hubungan antara gelombang dan partikel dipelajari dan dikonfirmasi melalui dua prinsip:
- Prinsip saling melengkapi
- Prinsip ketidakpastian Heisenberg (yang terakhir memformalkan yang pertama).
Kita pasti bisa yakin bahwa, setelah penemuan teori relativitas dan lahirnya fisika klasik, wawasan ini mengantarkan era baru, fisika modern. Untuk mempelajari mekanika kuantum secara komprehensif, diperlukan integrasi antara berbagai sektor fisika:
- Fisika atom
- Partikel fisik
- Fisika materi
- Fisika nuklir
Asal
Fisika klasik tidak dapat mempelajari materi pada tingkat mikro pada akhir abad ke-XNUMX, yang dapat dikatakan berada di luar lingkup pengukuran atom. Oleh karena itu, mustahil untuk mempelajari realitas eksperimental, terutama fenomena yang berkaitan dengan cahaya dan elektron. Tetapi orang selalu ingin melangkah lebih jauh, dan rasa ingin tahu bawaannya mendorongnya untuk menjelajah lebih jauh.
Pada awal abad ke-XNUMX, penemuan yang muncul dari skala atom menantang asumsi lama. Teori kuantum lahir berkat istilah yang diciptakan oleh akademisi Max Planck pada awal abad ke-XNUMX. Konsep dasarnya adalah bahwa besaran mikroskopis dan kuantitas beberapa sistem fisik bahkan dapat berubah secara terputus-putus tetapi secara diskrit.
Ini adalah studi dan penelitian yang memungkinkan untuk mencapai kesimpulan ini:
- 1803: pengakuan atom sebagai unsur penyusun molekul
- 1860: tabel periodik mengelompokkan atom berdasarkan sifat kimianya
- 1874: penemuan elektron dan nukleus
- 1887: studi tentang radiasi ultraviolet
Tanggal terakhir dapat menandai garis pemisah utama. Untuk frekuensi radiasi di bawah ambang batas, fenomena interaksi (efek fotolistrik) antara radiasi elektromagnetik dan materi menghilang. Karena efek fotolistrik, energi elektron sebanding dengan frekuensi radiasi elektromagnetik. Teori gelombang Maxwell tidak lagi cukup untuk menjelaskan fenomena tertentu.
Teori kuantum
Untuk meringkas faktor-faktor yang berkontribusi pada kelahiran fisika kuantum, kita dapat membuat daftar tanggal yang lebih penting yang terkait dengan penemuan dan pengetahuan yang digunakan untuk melacak sejarah mekanika kuantum:
- 1900: Planck i.Ini memperkenalkan gagasan bahwa energi diukur, diserap, dan dipancarkan.
- 1905: Enstein menunjukkan efek fotolistrik (energi medan elektromagnetik diangkut oleh kuanta cahaya (foton)
- 1913: Bohr mengukur gerak orbital elektron.
- 1915: Musim Panas memperkenalkan aturan baru, generalisasi metode kuantifikasi.
Tetapi dari tahun 1924 teori kuantum, seperti yang kita kenal sekarang, meletakkan dasar-dasarnya. Pada hari ini, Louise de Broggie mengembangkan teori gelombang materi. Tahun berikutnya, Heinsburg mengambil alih, merumuskan mekanika matriks, dan kemudian Dirac mengajukan teori relativitas khusus pada tahun 1927. Hingga tahun 1982, ketika Orsay Institute of Optics menyelesaikan penyelidikannya atas pelanggaran ketidaksetaraan Bell, penemuan-penemuan ini terus berlanjut satu demi satu. .
Prinsip fisika kuantum
Di antara penemuan paling menarik yang kami temukan:
- Dualitas gelombang-partikel
- Prinsip saling melengkapi
- Awal dari ketidakpastian
Dualisme gelombang-partikel
Sebelumnya, hanya fisika klasik yang ada. Ini dibagi menjadi dua kelompok hukum:
- Hukum Newton
- Hukum Maxwell
Himpunan hukum pertama menggambarkan gerak dan dinamika benda mekanis, sedangkan hukum himpunan kedua menjelaskan kecenderungan dan hubungan antar subjek yang merupakan bagian dari medan elektromagnetik: cahaya dan gelombang radio, Misalnya.
Beberapa percobaan menunjukkan bahwa cahaya dapat dianggap sebagai gelombang. Tapi mereka belum dikonfirmasi. Di sisi lain, cahaya memiliki sifat partikel (dari Einstein dan Planck) dan, oleh karena itu, gagasan bahwa cahaya terdiri dari foton semakin mendapat legitimasi. Berkat Bohr dipahami bahwa sifat materi dan radiasi adalah:
- Jadikan itu gelombang
- Jadikan itu tubuh
Tidak mungkin lagi berpikir dari satu perspektif atau lainnya, tetapi dari perspektif yang saling melengkapi. Prinsip komplementer Bohr hanya menekankan hal ini, yaitu, fenomena yang terjadi pada skala atom memiliki sifat ganda yaitu gelombang dan partikel.
Prinsip ketidakpastian Heinsenberg
Seperti yang kami sebutkan sebelumnya pada tahun 1927, Heinsenberg menunjukkan bahwa pasangan kuantitas fisik tertentu, seperti kecepatan dan posisi, tidak dapat mendaftar secara bersamaan tanpa kesalahan. Akurasi dapat mempengaruhi salah satu dari dua pengukuran, tetapi tidak keduanya pada saat yang sama, karena fenomena seperti kecepatan akan mempengaruhi hasil pengukuran lainnya dan membatalkan pengukuran.
Untuk menemukan elektron, perlu untuk menerangi foton. Semakin pendek panjang gelombang foton, semakin akurat pengukuran posisi elektron. Dalam fisika kuantum, frekuensi gelombang rendah foton membawa lebih banyak energi dan kecepatan daripada yang diserap elektron. Pada saat yang sama, pengukuran ini tidak dapat ditentukan.
Saya harap dengan informasi ini Anda dapat mempelajari lebih lanjut tentang apa itu fisika kuantum dan apa karakteristiknya.