Fisika Kuantum: Pemahaman dan 5 Fakta Menariknya

Istilah Fisika Kuantum seringkali kita dengar melalui berbagai film. Bagi Grameds yang merupakan penggemar film science-fiction, khususnya MCU atau Marvel Cinematic Universe seperti Ant-Man pada tahun 2015, dan juga Avengers: Endgame pada tahun 2019, seringkali mendengar istilah fisika kuantum. Namun apa sebenarnya yang dimaksud fisika kuantum tersebut?

Fisika Kuantum merupakan sebuah ilmu yang juga seringkali disebut sebagai fisika modern. Dimana, pada umumnya jenis fisika yang kita pelajari di sekolah adalah fisika klasik atau juga yang sering disebut dengan Fisika Newtonian yang berdasarkan nama Isaac Newton yang menjadi pionir pada ilmu Fisika.

Sedangkan, fisika kuantum sendiri pertama kali diperkenalkan oleh Albert Einstein yang membuka pandangan banyak orang terkait alam semesta, seperti halnya bagaimana Isaac Newton yang berhasil mengubah pandangan orang-orang terkait hukum alam semesta pada zamannya.

Jika diumpamakan, fisika klasik merupakan sebuah ilmu yang membahas mengenai hukum benda solid yang kita jumpai setiap harinya, namun fisika kuantum sendiri merupakan sebuah ilmu yang membahas benda dengan ukuran yang sangat kecil dan tidak dapat dilihat dengan kasat mata. Simak informasi berikut.

Pengertian Fisika Kuantum

Fisika kuantum sendiri merupakan sebuah ilmu atau studi yang mempelajari mengenai perilaku materi serta energi yang ada pada tingkatan molekuler, atom, nuklir, serta tingkat mikroskopis, dan juga materi serta energi yang lebih kecil pula.

Kata kuantum sendiri diambil dari terjemahan langsung dari bahasa latin, yaitu quantum yang memiliki makna berapa banyak. Hal ini mengacu pada unit diskrit materi serta energi yang diamati dan juga diprediksi dalam fisika kuantum ini.

Pada berbagai penelitian terkait ilmu fisika yang satu ini, sang peneliti tidak dapat secara langsung melihat objek yang ia teliti, namun hanya bisa merasakan kehadirannya melalui besaran ukuran tertentu yang dapat terdeteksi.

Oleh sebab itulah, ilmu fisika kuantum merupakan studi yang sulit untuk dipelajari dan tidak dibahas secara detail di mata pelajaran sekolah karena pada umumnya lebih fokus kepada konsep serta perumusan matematis tanpa menggunakan pengamatan yang dilakukan secara langsung, karena hal ini sulit dimengerti oleh kebanyakan orang.

Fisika kuantum juga kadang kali disebut dengan mekanika kuantum atau yang juga dikenal sebagai teori medan kuantum. Fisika kuantum sendiri merupakan ilmu yang mengkaji berbagai benda yang berukuran sangat kecil yang menjadi penyusun alam semesta.

Fisika kuantum juga mengkaji perilaku serta properti berbagai benda kuantum tersebut dan dampak yang dihasilkan pada alam semesta.

Berdasarkan sudut pandang ilmu fisika kuantum, segala hal yang kita lihat bukanlah seperti yang kita lihat. Misalnya, sebuah benda padat yang pada umumnya kita lihat dan rasakan memiliki bentuk padat serta keras, sebenarnya merupakan kumpulan dari berbagai molekul penyusun.

Molekul yang ada tersebut sendiri adalah kumpulan dari atom. Atom yang seringkali dikatakan sebagai benda penyusun terkecil juga ternyata terdiri dari berbagai partikel subatom lagi yang tidak memiliki kepadatan sama sekali.

Pada kenyataannya, partikel subatom sendiri merupakan kumpulan maupun gelombang informasi serta konsentrasi energi. Berdasarkan hal tersebut, dapat dikatakan bahwa 99,9% penyusun partikel atom adalah ruang kosong.

Berdasarkan penjelasan yang ada di atas ini, maka dapat disimpulkan bahwa seluruh belahan dunia serta benda fisik yang ada di dalamnya, termasuk kita sebagai manusia terdiri dari kehampaan. Jadi, yang membedakan antara sebuah benda dengan benda yang ada lainnya adalah frekuensi serta getaran energi yang ada.

Pioneer Fisika Kuantum

Sebelum Albert Einstein, seorang fisikawan Jerman telah memberikan kontribusinya terlebih dahulu dalam perkembangan fisika kuantum melalui makalah ilmiahnya dengan topik radiasi benda hitam yang pada tahun 1900 di publikasi.

Selain kedua tokoh tersebut, terdapat pula ilmuwan bernama Niels Bohr yang juga menggagaskan bentuk partikel atom sesungguhnya yang hingga saat ini kita kenal. Terdapat pula nama-nama lain seperti, Erwin Schrodinger, Werner Heisenberg, dan berbagai ilmuwan lainnya.

Seperti yang sudah dibahas di bagian atas, berbagai konsep hukum kuantum yang dinyatakan oleh para ilmuwan ini sendiri memiliki pandangan yang berbeda dengan ilmu fisika klasik yang ada.

Konsep hukum fisika kuantum tersebut tidak dapat diamati secara langsung, melainkan dapat diketahui kebenarannya melalui perilaku benda lain dan perumusan matematis yang dapat dilakukan validasi.

Teori Fisika Kuantum

Teori fisika kuantum sendiri muncul karena adanya berbagai fenomena yang tidak sesuai dengan gagasan yang ada pada fisika klasik. Melalui hal tersebut, para ahli fisika kuantum mendapat kesimpulan terkait teori ini, sebagai berikut.

• Semua benda yang ada di dalam alam semesta merupakan sebuah kumpulan molekul yang terdiri dari kumpulan atom. Semua benda yang dapat dilihat secara fisik ini tidak lain adalah energi yang bergetar. Fenomena itulah yang menyebabkan berbagai benda tersebut seakan nyata, dimana pada kenyataannya hal tersebut tidaklah benar.
• Benda yang ada pada alam semesta berasal dari ruang hampa dan merupakan sebuah energi yang tampak dan juga bergetar.
• Para ilmuwan fisika kuantum juga menyebutkan bahwa sebuah realitas yang nyata hanyalah sebuah ilusi semata.
• Para ilmuwan fisika kuantum juga telah membuktikan bahwa sebuah benda bisa berada di dalam 2 dimensi berbeda di waktu yang bersamaan.
• Ketika roh dalam tubuh menguasai tubuh secara sempurna, maka di dalam diri tersebut diberlakukan hukum fisika kuantum.
• Seseorang dapat menjadi kekal atau abadi bila dapat melakukan perjalanan melalui kecepatan cahaya. Pada kecepatan cahaya tersebut, baik masa lalu, masa kini, serta masa depan bisa ada di saat yang bersamaan.
• Kesadaran kuantum adalah sebuah teori kesadaran dimana semua orang yang ada dan segala hal yang ada di alam semesta saling berhubungan antara satu sama lain atau memiliki suatu keterhubungan. Hal ini dinyatakan berdasarkan fakta bahwa medan kuantum bisa menjangkau segala hal.
• Lazan mengemukakan pendapatnya mengenai beberapa alam semesta yang secara bersamaan dapat hadir. Hal ini memiliki arti bahwa orang yang telah mati dan juga orang yang bepergian menggunakan terowongan yang sama, maka akan berakhir pada dunia yang sama dengan yang dihuninya sebelumnya, hal ini juga dapat disebut dengan reinkarnasi. Lazan juga menambahkan pendapatnya, bahwa dunia tidak berakhir ketika tubuh seseorang mati.
• Teori biosentrisme yang ada menyatakan bahwa tubuh manusia bisa mati, namun kesadaran yang ada akan selalu ada atau abadi. Hal ini memiliki makna bahwa kematian kesadaran tidaklah ada.
• Interaksi yang dilakukan antara sesama makhluk hidup dapat mempengaruhi segala hal yang ada di alam semesta.

Penerapan Fisika Kuantum

Penerapan ilmu fisika kuantum di Indonesia sendiri masih jarang dilakukan karena ilmu ini berfokus pada sebuah konsep. Oleh sebab itu, hingga saat ini masih belum ada jurusan fisika kuantum secara khusus di Indonesia.

Namun, di berbagai negara maju sendiri bidang fisika kuantum ini sangat diminati karena pada negara tersebut, mereka telah mengembangkan sebuah teknologi yang menggunakan berbagai konsep fisika kuantum di dalamnya.

Salah satu teknologinya adalah komputer kuantum yang menggunakan prinsip fisika kuantum dalam perhitungan prosesornya serta reaktor fusi guna menciptakan benting kecil buatan yang digunakan sebagai sumber energi.

Selain komputer kuantum, terdapat pula hasil observasi lubang hitam atau black hole yang dilakukan pertama kalinya dan pada saat itu viral. Lubang hitam atau black hole sendiri merupakan sebuah singularitas yang tidak dapat dijelaskan melalui fisika klasik. Dengan adanya bantuan fisika kuantum, fenomena yang terjadi tersebut dapat lebih dijelaskan.

Fakta Menarik Terkait Fisika Kuantum

1. Dunia fisika kuantum tidaklah mulus

Fakta terkait fisika kuantum yang pertama adalah dunia fisika kuantum tidaklah mulus. Melalui perumpamaan, misalnya jika Grameds sedang pergi ke sebuah toko sepatu untuk memilih sepasang sepatu dengan ukuran yang tepat.

Namun, dalam dunia subatomik kuantum ini menggunakan perumpamaan tersebut, dimana hal ini juga telah dibuktikan oleh Albert Einstein saat ia berhasil memenangkan Penghargaan Nobel pada tahun 1921.

Pada penelitiannya di tahun 1905 yang berjudul “On a Heuristic Point of View Concerning the Production and Transformation of Light”, Albert Einstein juga kembali membuktikan konsep kuantisasi energi, yang menyatakan bahwa energi hadir dalam kelipatan kuanta. Oleh sebab itulah, bidang ilmu ini dinamakan sebagai fisika kuantum.

Kuanta sendiri merupakan konstanta Planck yang berasal dari Max Planck dan merupakan bapak dari ilmu fisika kuantum. Pada tahun 1900, Max Planck berusaha memecahkan misteri terkait radiasi benda hitam dengan menggunakan objek langit Matahari, berdasarkan penelitian tersebut Max Planck berhasil menghasilkan Hukum Planck.

Berdasarkan hasilnya tersebut, teori yang dikeluarkan oleh Max Planck juga sejalan dengan eksperimen yang dilakukan oleh Albert Einstein.

2. Gelombang dan partikel merupakan suatu hal lumrah dalam dunia fisika kuantum

Fakta terkait fisika kuantum kedua adalah gelombang dan partikel merupakan suatu hal lumrah di dalam dunia fisika kuantum. Dimana, pada tahun 1906, seorang fisikawan Inggris bernama Sir J. J. Thomson berhasil memenangkan penghargaan Nobelnya berkat penemuannya atas elektron sebagai partikel.

Namun, pada tahun 1937 putra dari J.J. Thomson, yang bernama Sir George P. Thomson juga berhasil memenangkan penghargaan Nobelnya karena berhasil menunjukkan sifat elektron sebagai gelombang. Dari kedua penemuan tersebut, siapakah yang benar menurut Grameds?

Kedua pernyataan tersebut ternyata sama-sama benar. Dimana dualitas antara gelombang dan partikel merupakan sebuah landasan fisika kuantum yang berlaku untuk elektron dan juga cahaya.

Terkadang pua, kita juga perlu melihat sebuah cahaya sebagai sebuah gelombang elektromagnetik. Namun, sebuah cahaya juga dapat digambarkan melalui bentuk artikel yang disebut sebagai foton.

Misalnya, sebuah teleskop dapat memfokuskan gelombang cahaya dari sebuah bintang yang jauh dan bertindak sebagai wadah dari cahaya tersebut untuk mengumpulkan foton. Hal ini memiliki arti bahwa cahaya juga dapat memberikan tekanan ketika partikel foton menghantam sebuah objek.

Prinsip ini sendiri bukanlah sesuatu hal yang baru. Dimana, prinsip ini juga diterapkan untuk menggerakan pesawat luar angkasa melalui layar matahari, serta mengubah jalur asteroid yang berbahaya agar tidak menabrak planet Bumi.

3. Satu objek di dua tempat pada waktu bersamaan bukanlah hal mustahil

Fakta terkait fisika kuantum ketiga adalah sebuah objek di dua tempat pada waktu bersamaan bukanlah hal mustahil. Dimana selain menjadi landasan dari fisika kuantum, dualitas antara gelombang dan partikel juga merupakan sebuah konsep superposisi.

Dimana hal ini terjadi ketika sebuah objek kuantum ada di dalam beberapa status di waktu yang bersamaan. Misalnya, sebuah elektron dapat berada di beberapa lokasi dalam waktu yang bersamaan. Berdasarkan hal tersebut, maka ilmu fisika yang satu ini membicarakan hal terkait probabilitas.

Keberadaan objek sendiri paling dapat kita tafsirkan sesudah kita melihatnya. Berdasarkan berbagai peluang tersebut kemudian dirumuskan menjadi fungsi gelombang.

Namun, dengan melakukan pengamatan tersebut dapat membuat fungsi gelombang yang ada kolaps serta menghancurkan superposisi, hal ini yang memaksa sebuah objek untuk masuk ke dalam salah satu keadaan dari banyaknya probabilitas yang ada.

Hal inilah yang ingin dibuktikan oleh Erwin Schrodinger yang merupakan seorang fisikawan Austria-Irlandia pada tahun 1935 yang dikenal juga sebagai Kucing Schrodinger. Dengan melakukan perbincangan dengan Albert Einstein, Erwin Schrodinger melakukan eksperimen imajiner ini dengan memberikan satu paradoks soal superposisi dari fisika kuantum.

Misalnya, seekor kucing ditempatkan pada sebuah ruang dengan zat radioaktif dan juga pencacah Geiger. Karena perangkat tersebut ada pada dua kondisi hingga pengukuran dilakukan, kucing tersebut berada dalam kondisi hidup serta mati hingga kita melakukan intervensi.

Namun, jika kita hanya ingin melakukan pengamatan, maka superposisi tersebut akan kolaps.

4. Multiverse menjadi mungkin dalam fisika kuantum

Fakta terkait fisika kuantum keempat adalah multiverse menjadi mungkin di dalam ilmu fisika kuantum. Pernyataan in sendiri muncul berdasarkan gagasan bahwa sebuah observasi dapat menghancurkan fungsi gelombang serta memaksa pilihan kuantum yang juga dikenal sebagai interpretasi Copenhagen oleh Niels Bohr dan Werner Heisenberg terhadap ilmu fisika kuantum.

Pernyataan tersebutlah yang menciptakan pemahaman terkait multiverse atau alam semesta yang berbeda-beda. Namun, para pendukung gagasan adanya multiverse ini juga mengatakan bahwa  tidak ada pilihan sama sekali.

Dimana saat pengukuran dilakukan, realitas pecah menjadi dua buah salinan dari diri sendiri, dimana satu salinan yang menghasilkan A, dan salinan lainnya menghasilkan B.

Namun, dalam teori partikel kuantum sejauh ini, hanya terdapat satu realitas yang amat rumit serta terdiri dari begitu banyak lapisan kusut. Saat realitasnya diperkecil, berbagai lapisan tersebut terurai menjadi multiverse. Proses ini juga disebut sebagai decoherence oleh para fisikawan.

5. Ilmu fisika yang membantu dalam memahami bintang

Fakta terkait fisika kuantum kelima adalah ilmu fisika yang satu ini membantu dalam memahami bintang. Dimana pada tahun 1913, Niel Bohr yang merupakan fisikawan Denmark dan juga Ernest Rutherford yang merupakan fisikawan Selandia Baru menggambar sebuah model yang menyatakan bahwa elektron yang mengorbit di dalam sebuah atom juga mengalami kuantisasi.

Elektron jadi berdasarkan ukuran yang sudah ditentukan, dan konsep ini sendiri disebut dengan tingkat energi. Saat sebuah elektron turun dari tingkatan energi yang tinggi menuju tingkatan lebih rendah, foton dengan tingkat energi dan ukuran celah yang sama akan dikeluarkan.

Sebuah elektron juga dapat menyerap partikel cahaya serta menggunakan energi tersebut untuk melompat ke tingkatan energi yang lebih tinggi. Konsep inilah yang seringkali digunakan oleh astronom.

Nah, itulah penjelasan singkat terkait ilmu fisika kuantum yang memiliki cara pandang berbeda dengan ilmu fisika klasik yang kita pelajari di sekolah. Berdasarkan informasi yang kita temukan di atas, kita juga dapat mengetahui berbagai fakta menarik seputar ilmu ini mengenai kebenaran adanya multiverse dan isi dari alam semesta ini.

Bagi Grameds yang ingin mempelajari ilmu ini lebih jauh lagi, dapat membaca buku yang tersedia di Gramedia terkait fisika kuantum. Gramedia sebagai #SahabatTanpaBatas akan selalu berusaha menyediakan segala kebutuhan kamu! Semoga bermanfaat!

Rekomendasi Buku & Atikel Terkait Fisika Kuantum