MAKALAH SEJARAH PERKEMBANGAN MEKANIKA KUANTUM

Fisikawan Membelah Atom Menggunakan Presisi Mekanika Kuantum

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1    Latar Belakang

Mekanika kuantum merupakan paradigma sains revolusioner yang tidak terlepas dari teori-teori atom periode sebelumnya. Mekanika kuantum merupakan cabang dari fisika dasar yang mempelajari perilaku materi dan energi pada skala atomik dan partikel-partikel subatomik atau gelombang sebagai bentuk revolusi dari fisika klasik. Dasar teori mekanika kuantum adalah energi yang tidak kontinyu. Hal ini bertentangan dengan fisika klasik yang berasumsi bahwa energi itu berkesinambungan. Pengembangan mekanika kuantum dimulai abad 20, dimana perumusan-perumusan mekanika klasik tidak mampu menjelaskan gejala-gejala fisika yang bersifat mikroskopis dan bergerak dengan kecepatan yang mendekati kecepatan cahaya. Oleh karena itu, diperlukan cara pandang yang berbeda dengan sebelumnya dalam menjelaskan gejala fisika tersebut. Fisika kuantum diawali oleh hipotesa Planck yang menyatakan bahwa besaran energi suatu benda yang beosilasi (osilator) tidak lagi bersifat kontinu, namun bersifat diskrit (kuanta), sehingga muncullah istilah mekanika kuantum dan ditemukannya konsep dualisme partikel-gelombang yang dipostulatkan oleh Louis De Broglie sebagai bentuk perbaikan dari kelemahan teori atom Niels Henrik David Bohr, kemudian dilanjutkan dengan persamaan Heissenbergh dan asas ketidakpastian Heissenbergh, serta persamaan Schrodinger. Perkembangan teori atom menunjukkan adanya perubahan konsep susunan atom dan reaksi kimia antaratom.

1.2    Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah makalah ini adalah sebagai berikut :

1. Bagaimana sejarah awal munculnya teori mekanika kuantum?
2. Bagaimana perkembangan teori mekanika kuantum?
3. Siapa saja tokoh-tokoh yang melatarbelakangi munculnya mekanika kuantum?
4. Bagaimana eksperimen-eksperimen yang mendasari perkembangan mekanika kuantum?

1.3    Tujuan Makalah

Adapun tujuan pembuatan makalah ini adalah sebagai berikut :

1. Mengetahui sejarah awal munculnya teori mekanika kuantum.
2. Mengetahui perkembangan teori mekanika kuantum.
3. Mengetahui tokoh-tokoh yang melatarbelakangi munculnya mekanika kuantum.
4. Mengetahui eksperimen-eksperimen yang mendasari perkembangan mekanika kuantum.

1.4    Manfaat

Adapun manfaat yang akan diperoleh dalam pembuatan makalah ini adalah menambah wawasan pengetahuan dan pemahaman mengenai sejarah dan perkembangan atom serta awal munculnya mekanika kuantum sebagai bentuk revolusioner dari perkembangan teori atom sebelumnya. Selain itu, juga dapat menambah pengetahuan tentang periodisasi tokoh-tokoh pelopor mekanika kuantum beserta eksperimen yang dilakukan dan persamaan matematis yang dihasilkan sebagai bentuk bukti postulat yang di paparkan.

BAB II

PEMBAHASAN

2.1    Sejarah Awal Munculnya Mekanika Kuantum

Perkembangan dan pemahaman dunia atom mempengaruhi pandangan emosional, sehingga ilmuan mengalami kesulitan dan kebuntuan dalam mengimajinasikan dunia atom. Teori-teori yang diciptakan sebelumnya seakan belum bisa menjawab fakta yang terus terjadi dan mengaami perkembangan. Keadaan ini dilukiskan oleh pengalaman Heisenberg: “Saya ingat pembicaraan saya dengan Bohr yang berlangsung selama berjam-jam hingga larut malam dan mengakhirinya dengan putus asa; dan ketika perbincangan itu berakhir saya berjalan-jalan sendirian di taman terdekat dan mengulangi pertanyaan pada diri saya sendiri berkali-kali: Mungkinkah alam itu absurdsebagaimana yang tampak pada kita dalam eksperimen-eksperimen atom ini?” (Fritjof Capra, 2000:86).

Kondisi psikologis Heisenberg merupakan salah satu pemicu perkembangan revolusioner dunia atom. Benda atau materi yang diciptakan berkeinginan untuk sesuai dengan fungsi dan kedudukannya dalam suatu fenomena. Absurd yang dimaksud adalah absurditas subatom yang dipandang sebagai benda atau materi sudah tidak memadai lagi. Subatom merupakan kesinambungan pembentuk jaringan dinamis yang terpola, sehingga subatom bukan banda atau materi. Sub-subatom merupakan jaring-jaring pembentuk dasar materi, bukan sebagai blok-blok dasar pembentuk materi.

Mekanika kuantum merupakan paradigma sains revolusioner pada awal abad 20. Lahirnya mekanika kuantum tidak terlepas dari teori-teori yang sudah diciptakan sebelumnya, utamanya teori atom. Mekanika kuantum merupakan bentuk perkembangan teori atom yang berperan untuk merevisi teori-teori yang sudah ada sebelumnya sesuai dengan perkembangan fenomena yang terjadi, terutama dunia mikroskosmik. Menurut Gary Zukaf (2003:22) Mekanika adalah kajian ilmu tentang gerak, sedangkan kuantum merupakan kuantitas ukuran sesuatu dengan besar tertentu. Mekanika kuantum adalah kajian ilmu tentang fenomena gerak kuantum. Secara sederhana mekanika kuantum menyatakan bahwa partikel pada tingkat subatomik tidak sesuai dengan hukum fisika klasik. Entitas elektron dapat berwujud materi atau energi yang bergantung pada cara pengukurannya.

2.2    Perkembangan Mekanika Kuantum2.2.1   Fisika Kuantum

Pembahasan tentang produksi cahaya dan cara pengkajiannya di dalam tahun 1900 merupakan babak baru yang menandai lahirnya fisika kuantum. Sumber-sumber cahaya seperti benda benda padat yang dipanaskan dan gas-gas yang dihasilkan oleh sebuah lecutan listrik merupakan awal dari penelitian tentang bagaimana kuatnya radiasi pada berbagai panjang gelombang. Joseph Stefan dan Ludwig Boltzman telah melakukan pengukuran laju energi kalor radiasi yang dipancarkan oleh suatu benda, kemudian dikenal dengan Hukum Stefan-Boltzman.Selanjutnya Wilhelm Wien seorang fisikawan Jerman menemukan suatu hubungan yang empiris sederhana antara panjang gelombang yang dipancarkan untuk intensitas maksimum (λm) dengan suhu mutlak (T) sebuah benda yang dikenal sebagai Hukum Pergeseran Wien. Berikut ini terdapat dua teori klasik yang mencoba menjelaskan spektrum radiasi benda hitam yaitu teori Wien dan teori Rayleigh Jeans :

1. Teori Wien menyatakan hubungan antara intensitas radiasi dengan panjang gelombang menggunakan analogi antara radiasi dalam ruangan dan distribusi kelajuan molekul gas. Ternyata persamaan tersebut hanya mampu menjelaskan radiasi benda hitam untuk λ pendek, tetapi gagal untuk λ panjang.
2. Teori Rayleigh-Jeans menyatakan hubungan antara intensitas dan panjang gelombang radiasi dengan menggunakan penurunan dari teori klasik murni. Ternyata persamaan tersebut berhasil menjelaskan radiasi benda hitam untuk λ yang panjang, tetapi gagal untuk λ yang pendek

Pada tahun 1900, fisikawan berkebangsaan Jerman Max Planck (1858-1947), memutuskan untuk mempelajari radiasi benda hitam. Beliau berusaha untuk mendapatkan persamaan matematika yang menyangkut bentuk dan posisi kurva pada grafik distribusi spektrum. Planck menganggap bahwa permukaan benda hitam memancarkan radiasi secara terus-menerus, sesuai dengan hukum-hukum fisika yang diakui pada saat itu. Hukum-hukum itu diturunkan dari hukum dasar mekanika yang dikembangkan oleh Sir Isaac Newton. Namun dengan asumsi tersebut ternyata Planck gagal untuk mendapatkan persamaan matematika yang dicarinya. Kegagalan ini telah mendorong Planck untuk berpendapat bahwa hukum mekanika yang berkenaan dengan kerja suatu atom sedikit banyak berbeda dengan Hukum Newton.

Max Planck mulai berasumsi baru, bahwa permukaan benda hitam tidak menyerap atau memancarkan energi secara kontinu, melainkan berjalan sedikit demi sedikit dan secara bertahap. Menurut Planck, benda hitam menyerap energi dalam berkas-berkas kecil dan memancarkan energi yang diserapnya dalam berkas-berkas kecil pula. Berkas-berkas kecil itu selanjutnya disebut kuantum. Teori kuantum ini bias diibaratkan dengan naik atau turun menggunakan tangga. Hanya pada posisi-posisi tertentu, yaitu pada posisi anak tangga kita dapat menginjakkan kaki, dan tidak mungkin menginjakkan kaki di antara anak-anak tangga itu. Dengan hipotesis yang revolusioner ini, Planck berhasil menemukan suatu persamaan matematika untuk radiasi benda hitam yang benar-benar sesuai dengan data percobaan yang diperolehnya. Persamaan tersebut selanjutnya disebutHukum Radiasi Benda Hitam Planck yang menyatakan bahwa intensitas cahaya yang dipancarkan dari suatu benda hitam berbeda-beda sesuai dengan panjang gelombang cahaya. Planck mendapatkan suatu persamaan :

E = hf

Keterangan:

• E adalah energi (Joule)
• h adalah tetapan Planck,  h = 6.63× (Js)
• f adalah frekuensi dari cahaya (Hz)

Hipotesis Planck berlawanan dengan teori klasik tentang gelombang elektromagnetik yang merupakan titik awal dari lahirnya teori kuantum sebagai penanda terjadinya revolusi dalam bidang fisika. Terobosan Planck merupakan tindakan yang sangat berani karena bertentangan dengan hukum fisika yang telah mapan dan sangat dihormati. Ilmu fisika mampu menyuguhkan pengertian yang mendalam tentang alam benda dan materi melalui teori ini. Planck menerbitkan karyanya pada majalah yang sangat terkenal. Namun untuk beberapa saat, karya Planck ini tidak mendapatkan perhatian dari masyarakat ilmiah saat itu. Pada mulanya, Planck sendiri dan fisikawan lainnya menganggap bahwa hipotesis tersebut tidak lain dari fiksi matematika yang cocok. Namun setelah berjalan beberapa tahun, anggapan tersebut berubah hingga hipotesis Planck tentang kuantum dapat digunakan untuk menerangkan berbagai fenomena fisika.

2.2.2   Pengakuan terhadap Teori Kuantum

Teori kuantum sangat penting dalam ilmu pengetahuan karena pada prinsipnya teori ini dapat digunakan untuk meramalkan sifat-sifat kimia dan fisika suatu zat. Pengakuan terhadap hasil karya Planck datang perlahan-lahan karena pendekatan yang ditempuh merupakan cara berfikir yang sama sekali baru. Albert Einstein menggunakan konsep kuantum untuk menjelaskan efek fotolistrik yang diamati. Efek fotolistrik merupakan fenomena fisika berupa pancaran elektron dari permukaan benda apabila cahaya dengan energi tertentu menimpa permukaan benda itu. Semua logam dapat menunjukkan fenomena ini. Penjelasan Einstein mengenai efek fotolistrik itu terbilang sangat radikal, sehingga untuk beberapa waktu tidak diterima secara umum. Einstein melakukan eksperimen dengan menembakkan cahaya pada permukaan logam Natrium (Sodium) dan mengamati partikel-partikel atau elektron-elektron pada permukaan logam terhambur dengan kecepatan tertentu.

Elektron-elektron yang terhambur memiliki energi kinetik sebesar ½ mv2, dimana m adalah masa elektron dan v adalah kecepatan elektron yang terhambur. Peristiwa pergerakan elektron dengan kecepatan tertentu merupakan sifat dari partikel, sehingga dikatakan bahwa gelombang cahaya dapat berperilaku seperti partikel. Namun hanya cahaya dengan frekuensi atau energi tertentu yang mampu menghamburkan elektron-elektron pada permukaan logam Natrium, yaitu energi foton harus sama dengan energi yang diperlukan untuk memindahkan elektron (fungsi kerja logam) ditambah dengan energi kinetik dari elektron yang terhambur. Dengan demikian, penerapan teori kuantum untuk menjelaskan efek fotolistrik telah mendorong ke arah perhatian yang luar biasa terhadap teori kuantum dari Planck yang sebelumnya diabaikan.

2.2.3   Eksperimen Davison-Germer

Sebelum eksperimen Davison-Germer, pada tahun 1924 Louis-Victor de Broglie merumuskan secara empiris bahwa semua partikel atau materi, tidak hanya cahaya, memilki sifat alami seperti gelombang. Gelombang dalam mekanika klasik memiliki sifat-sifat seperti interferensi, difraksi dan polarisasi. Pada tahun 1927, hipotesa de Broglie ini dikonfirmasi oleh dua eksperimen yang dilakukan secara terpisah oleh George Paget Thomson (anak dari J.J. Thomson, penemu elektron, peraih Nobel Fisika tahun 1906) yang melakukan eksperimen dengan melewatkan berkas elektron ke dalam film tipis logam dan mengamati pola difraksi (sifat gelombang) dari elektron yang terhambur dari permukaan logam. Atas jasanya G.P. Thomson dianugerahi Nobel Fisika pada tahun 1934. Sedangkan di tempat terpisah C.J. Davisson dan L.H. Germer (Bell Labs) menembakkan elektron-elektron dengan kecepatan rendah ke dalam kristal Nikel dan mengukur intensitas elektron-elektron yang terhambur dari permukaan kristal Nikel pada sudut hamburan yang berbeda. Hasil pengukuran menunjukkan bahwa elektron-elektron yang terhambur memiliki pola difraksi seperti yang diperkirakan oleh Bragg dalam difraksi sinar-X dari kristal Nikel. De Broglie dianugerahi Hadiah Nobel Fisika pada tahun 1929 dan Davison dianugerahi Nobel Fisika pada tahun 1934 atas penemuan difraksi elektron atas jasa merumuskan hipotesanya.

Teori Kuantum Modern dikembangkan dalam perhitungan energi partikel atau elektron menggunakan persamaan gelombang yang dirumuskan oleh Erwin Schroedinger, sehingga dikenal dengan persamaan Schroedinger. Persamaan ini bersama dengan prinsip ekslusi Pauli yang menyatakan bahwa elektron dan partikel Fermion lain tidak dapat memiliki keadaan kuantum yang sama (energi, orbital, spin dan lain-lain) merupakan dasar bagi penerapan teori kuantum modern dalam menjelaskan efek zeeman, atom berelektron banyak, osilator harmonis dan atom hidrogen. Diantara kedua teori kuantum klasik dan modern, terdapat beberapa model atom dikembangkan oleh Thomson, Rutherford, Bohr dan Sommerfeld-Bohr. Model atom tersebut berdasarkan teori kuantum lama (besaran diskrit) dan sebagai dasar bagi penerapakan teori kuantum modern khusunya dalam atom hidrogen dan atom berlektron banyak.

Pada tahun 1906, J.J. Thomson menemukan besaran perbandingan antara muatan dan massa elektron (muatan spesifik elektron) yang berkesimpulan bahwa elektron merupakan partikel paling dasar dari setiap materi. Dengan demikian model atom Dalton yang menyatakan bahwa atom merupakan bagian terkecil dari materi gugur. Thomson menyatakan bahwa atom mengandung banyak sekali elektron-elektron yang bermuatan negatif. Karena atom bersifat netral, maka di dalam atom terdapat muatan-muatan positif yang menyeimbangkan elektron yang bermuatan negatif. Thomson membuat model bahwa atom berbentuk bola padat dengan muatan-muatan listrik positif tersebar merata di seluruh bagian bola. Muatan-muatan positif dinetralkan oleh elektron-elektron bermuatan negatif yang melekat pada bola segaram pada bola bermuatan positif seperti kismis yang melekat pada kue. Sehingga model atom Thomson dikenal dengan model atom kue kismis. J. J. Thomson akhirnya diberi hadiah Nobel Fisika pada tahun 1906 .

Ernest Rutherford dibantu asistennya yaitu Geiger dan Marsden pada tahun 1911 melakukan eksperimen menembakkan partikel alfa (α) melalui celah pelat timbal yang akhirnya menumbuk lempeng tipis emas. Untuk mendeteksi partikel alfa yang terhambur dari lempeng emas, dipasang lempeng lapisan seng sulfida. Hasilnya menunjukkan bahwa sebagian besar partikel alfa dilewatkan tanpa mengalami pembelokkan oleh lapisan emas dan hanya sedikit yang dibelokkan atau dipantulkan. Hasil eksperimen Rutherford menunjukkan bahwa model atom Thomson yang menyatakan bahwa muatan positif tersebar merata di dalam atom tidak dapat diterima. Model atom Rutherford menyatakan bahwa semua muatan positif berkumpul di tengah atom (inti atom) dan inti atom dikelilingi oleh elektron-elektron pada jarak yang relatif jauh. Elektron-elektron ini berputar pada lintasan-lintasannya seperti planet mengelilingi matahari dalam sistem tata surya. Model atom Rutherford tidak mampu menjelaskan dua pertanyaan yaitu pertama, mengapa elektron yang dipercepat hingga memancarkan gelombang elektromagnetik tidak dapat jatuh ke dalam inti atom? Karena dengan model tadi diperkirakan bahwa elektron akan jatuh ke dalam inti atom dalam waktu 10-8 detik, namun kenyataannya elektron bergerak stabil di lintasannya. Kedua, hasil pengamatan spektrum atom hidrogen melalui spektrometer menunjukkan bahwa spektrum berbentuk garis (deret Balmer) sedangkan menurut model atom Rutherford, spektrum atom hidrogen harus.

Pada tahun 1911 Niels Bohr membuat model atom seperti berikut:

1. Elektron bergerak dalam orbitnya yang melingkar di sekitar inti atom (proton) dibawah pengaruh gaya Coulomb.
2. Elektron tidak dapat berputar di sekitar inti melalui setiap orbit, tetapi elektron hanya melalui orbit stabil (orbit stasioner) tanpa memancarkan energi.
3. Radiasi dipancarkan oleh atom jika elektron melompat dari suatu orbit stasioner yang energinya lebih tinggi ke dalam orbit yang energinya lebih rendah.
4. Ukuran orbit-orbit yang diperbolehkan ditentukan oleh keadaan kuantum tambahan yaitu momentum sudut orbital elektron.

Pada tahun 1913, Niels Bohr seorang fisikawan berkebangsaan Swedia mengikuti jejak Einstein menerapkan Teori Kuantum untuk menerangkan hasil studinya mengenai spektrum atom hidrogen. Bohr mengemukakan teori baru mengenai struktur dan sifat-sifat atom. Teori atom Bohr pada prinsipnya menggabungkan teori kuantum Planck dan teori atom dari Ernest Rutherford yang dikemukakan pada tahun 1911. Bohr mengemukakan bahwa apabila elektron dalam orbit atom menyerap suatu kuantum energi, elektron akan meloncat keluar menuju orbit yang lebih tinggi. Sebaliknya, jika elektron itu memancarkan suatu kuantum energi, elektron akan jatuh ke orbit yang lebih dekat dengan inti atom. Melalui teori kuantum, Bohr juga menemukan rumus matematika yang dapat dipergunakan untuk menghitung panjang gelombang dari semua garis yang muncul dalam spektrum atom hidrogen. Nilai hasil perhitungan ternyata sangat cocok dengan yang diperoleh dari percobaan langsung. Namun, untuk unsur yang lebih rumit dari hidrogen, teori Bohr tidak cocok dalam meramalkan panjang gelombang garis spektrum. Meskipun demikian, teori ini diakui sebagai langkah maju dalam menjelaskan fenomena-fenomena fisika yang terjadi dalam tingkatan atomik.

Teori kuantum dari Planck diakui kebenarannya karena dapat dipakai untuk menjelaskan berbagai fenomena fisika yang saat itu tidak bisa diterangkan dengan teori klasik. Pada tahun 1918 Planck memperoleh Hadiah Nobel bidang fisika berkat teori kuantumnya. Dengan memanfaatkan teori kuantum untuk menjelaskan efek fotolistrik, Einstein memenangkan hadiah nobel bidang fisika pada tahun 1921. Selanjutnya Bohr yang mengikuti jejak Einstein menggunakan teori kuantum untuk teori atomnya juga dianugerahi Hadiah Nobel Bidang Fisika tahun 1922. Tiga hadiah Nobel fisika dalam waktu yang hampir berurutan di awal abad ke-20 sebagai penanda pengakuan secara luas terhadap lahirnya teori mekanika kuantum. Teori ini mempunyai arti penting dan fundamental dalam fisika.

Di antara perkembangan beberapa bidang ilmu pengetahuan di abad ke-20, perkembangan mekanika kuantum memiliki arti yang paling penting, jauh lebih penting dibandingkan teori relativitas dari Einstein. Oleh sebab itu, Planck dianggap sebagai Bapak Mekanika Kuantum yang telah mengalihkan perhatian penelitian dari fisika makro yang mempelajari objek-objek tampak ke fisika mikro yang mempelajari objek-objek sub-atomik. Perombakan dalam penelitian fisika sejak memasuki abad ke-20, perhatian orang mulai tertuju ke arah penelitian atom. Melalui penjelasan teori kuantum inilah manusia mampu mengenali atom dengan baik. Sebagai konsekuensi atas beralihnya bidang kajian dalam fisika, maka muncul beberapa disipilin ilmu spesialis seperti fisika nuklir dan fisika zat padat. Fisika nuklir yang perkembangannya cukup kontroversial kini menawarkan berbagai macam aplikasi praktis yang sangat bermanfaat dalam kehidupan. Energi nuklir misalnya, saat ini telah mensuplai sekitar 17 % kebutuhan energi listrik dunia. Sedang perkembangan dalam fisika zat pada telah mengantarkan ke arah revolusi dalam bidang mikro-elektronika, dan kini sedang menuju ke arah nano-elektronika.

2.3    Tokoh-Tokoh Pelopor Mekanika Kuantum

2.3.1   Max Planck

Lahir pada tahun 1858 di kota Kiel, Jerman. Dia belajar di Universitas Berlin dan Munich diperoleh gelar Doktor dalam ilmu fisika dengan summa cum laude dari Universitas Munich saat berumur dua puluh satu tahun. Dia mengajar di Universitas Munich, kemudian di Universitas Kiel. Di tahun 1889 dia jadi mahaguru Univeristas Berlin sampai pensiunnya tiba tatkala usianya mencapai tujuh puluh. Saat itu tahun 1928.

2.3.2   Albert Einstein

Albert Einstein adalah seorang ilmuan fisika yang dipandang luas sebagai ilmuan terbesar di abad ke-20. Dia mengemukakan teori relativitas dan juga banyak menyumbang dalam pengembangan mekanika kuantum, mekanika statistik, dan kosmologi. Dia dianugerahi penghargaan nobel dalam fisika pada tahun 1921 untuk penjelasannya tentang efek foto elektrik dan pengabdiannya bagi fisika teoretis. Setelah teori relativitas umum dirumuskan, Einstein menjadi terkenal ke seluruh dunia, hal ini merupakan pencapaian yang tidak biasa bagi seorang ilmuan. Di masa tuanya, keterkenalan Einstein melampaui ketenaran semua ilmuan dalam sejarah dan dalam budaya populer. Kata Einstein dianggap bersinonim dengan kecerdasan atau bahkan jenius. Einstein dinamakan “Orang Abad Ini” oleh majalah time pada tahun 1999. Kepopulerannya juga membuat nama “Einstein” digunakan secara luas dalam iklan dan barang dagang lain, dan akhirnya “Albert Eisntein” didaftarkan sebagai merk dagang. Sebagai salah satu penghargaan baginya, sebuah satuan fotokimia diberi nama einstein, sebuah unsur kimia diberi nama einsteinium, dans ebuah asteroid diberi nama 2001 Einstein. Einstein dilahirkan di Ulm di Württemberg, Jerman (sekitar 100 km sebelah timur Stuttgart). Ayah Einstein bernama Hermann Einstein dan ibunya bernama Peuline. Ayahnya adalah seorang penjual ranjang bulu yang kemudian menjalani pekerjaan elektrokimia. Mereka menikah di Stuttgart-Bad Cannstatt. Keluarga mereka keturunan yahudi. Albert Einstein disekolahkan di sekolah katolik dan atas keinginan ibunya dia diberi pelajaran biola. Saat berumur lima tahun, ayahnya menunjukkan kompas kantung, dan Einstein menyadari bahwa sesuatu diruang kosong akan bereaksi terhadap jarum di kompas tersebut. Dia kemudian menjelaskan pengalamannya sebagai salah satu saat yang paling menggugah dalam hidupnya. Meskipun dia membuat model dan alat mekanik sebagai hobi, dia dianggap sebagai pelajar yang lambat. Kemungkinannya disebabakan oleh dyslexia, sifat pemalu, atau karena struktur yang tidak biasa pada otaknya (setelah diteliti kematiannya).

2.3.3   Niels Bohr

Niels Henrik Dacid Bohr merupakan seorang bapak teori struktur atom yang lahir pada tahun 1885 di Kompenhagen. Dia meraih gelar doktor fisika dari Universitas Compenhagen pada tahun 1911. Tak lama kemudian, dia pergi ke Cambridge, Inggris. Di sana dia belajar di bawah asuhan J.J. Thomson seorang ilmuan yang menemukan elektron. Beberapa bulan kemudian, dia pindah lagi ke Manchester untuk belajar pada Ernest Rutherford yang beberapa tahun sebelumnya menemukan nucleus atau bagian inti atom. Rutherford menegaskan bahwa atom umumnya kosong, denga bagian pokok berat pada tengahnya dan elektron dibagian luarnya. Tak lama kemudian, Bohr mengembangkan teorinya sendiri yang baru serta radikal tentang struktur atom. Kertas kerja Bohr bagaikan membuai dalam sejarah “On the Constitution of Atoms and Molecules” diterbitkan dalam Philosophical Magazine tahun 1933.

2.3.4   Louis de Broglie

Louis Victor Pierre Raymon de Broglie lahir pada 15 Agustus 1892 di Dieppe, Perancis. Keturunan de Broglie berasal dari Piedmont Italia barat laut cukup dikenal dalam sejarah Perancis karena mereka telah melayani raja-raja Perancis baik dalam perang dan jabatan diplomatik selama beratus tahun.

Pada tahun 1740, Raja Louis XI mengangkat salah satu anggota keluarga de Broglie, Francois Marie (1671-1745) sebagai Duc (seperti Duke di Inggris), yaitu suatu gelar keturunan yang hanya disandang oleh anggota keluarga tertua. Putra Duc pertama ini ternyata membantu Austria dalam Perang Tujuh Tahun (1756-1763). Karena itu, Kaisar Perancis I dari Austria menganugerahkan gelar Prinz yang berhak disandang seluruh anggota keluarga de Broglie.

Setelah meninggalnya saudara tertua Louis de Broglie yaitu Maurice yang juga fisikawan (eksperimen) pada 1960,  Louis serempak menjadi Duc Perancis (ke-7) dan Prinz Austria. Louis mulanya belajar pada Lycee Janson de Sailly di Paris dan memperoleh gelar dalam sejarah pada 1909. Ia menjadi tertarik pada ilmu pengetahuan alam karena katanya, “terpengaruh oleh filsafat dan buku-buku Henry Poincare (1854-1912)” seorang matematikawan besar Perancis.

2.3.5   Werner Karl Heisenberg

Pada tahun 1925 Werner Karl Heisenberg mengajukan rumus baru dibidang fisika. Rumus tersebut merupakan suatu rumus yang teramat sangat radikal, jauh berbeda dalam pokok konsep dengan rumus klasik Newton. Teori rumus baru ini telah mengalami beberapa perbaikan dan berhasil oleh orang-orang sesudah Heisenberg. Kini rumus tersebut diterima dan digunakan terhadap semua sistem fisika. Secara matematik dapat dibuktikan hanya dengan menggunakan sistem mikroskopik untuk di ukur. Atas dasar ini, mekanika klasik secara matematik lebih sederhana dari mekanika kuantum. Ketika dihadapkan pada sistem dimensi atom, perkiraan tentang mekanika kuantum lebih tepat daripada mekanika klasik.

2.3.6   Erwin Schrodinger

Erwin rudolf Josef Alexander Schrödinger (1887-1961) ialah fisikawan Austria. Ia lahir di Wina, Austria-Hongaria. Ibunya berasal dari Inggris dan ayahnya berasal dari Austria. Ia memperoleh gelar doktor di kota itu di bawah bimbingan mantan murid Ludwig  Boltzmann. Selama PD I, ia menjadi perwira artileri. Setelah perang, ia mengajar di zurich, Swiss. Disana ia menangkap pengertian Louis Victor de Broglie yang menyatakan bahwa partikel yang bergerak memilik sifat gelombang dan mengembangkan pengertian itu menjadi suatu teori yang terperinci dengan baik. Setelah ia menemukan persamaannya yang terkenal, ia dan ilmuan lainnya memecahkan persamaan itu untuk berbagai masalah. Di sini kuantisasi muncul secara alamiah, misalnya dalam masalah tali yang bergetar. Setahun sebelumnya, Werner Karl Heisenberg  telah mengemukakan formulasi mekanika kuantum, namun perumusannya agak sulit dipahami ilmuan masa itu. Schrödinger memperlihatkan bahwa kedua formulasi itu setara secara matematis.

2.3.7   Paul Dirac

Pada tanggal 8 Agustus 1902 lahirlah seorang anak yang diberi nama Paul Andrien Maurice Dirac di Bristol Inggris. Siapa sangka di kemudian hari anak yang dikenal sebagai Paul Dirac ini akan menjadi fisikawan besar Inggris yang dapat disejajarkan dengan Newton, Thomson, dan Maxwell. Melalui teori kuantumnya yang menjelaskan tentang elektron, Dirac menjelma menjadi fisikawan ternama di dunia dan namanya kemudian diabadikan bagi persamaan relativistik yang dikembangkannya, yaitu persamaan Dirac. Tulisan ini dibuat untuk mengenang kembali perjalanan karirnya yang cemerlang dalam bidang fisika teori. Dirac kecil tumbuh dan besar di Bristol. Ayahnya yang berasal dari Swiss bernama Charles lahir di kota Monthey dekat Geneva pada tahun 1866 dan kemudian pindah ke Bristol Inggris, untuk menjadi guru bahasa Prancis di Akademi Teknik Merchant Venturers. Ibunya bernama Florence Holten, wanita yang lahir di Liskeard pada tahun 1878 dan menjadi pustakawan di kota Bristol. Ayah dan Ibu Dirac menikah di Bristol pada tahun 1899 dan memiliki tiga orang, dua laki-laki (di mana Paul adalah yang lebih muda) dan seorang perempuan.

Setelah menyelesaikan pendidikan SMA dan sekolah teknik, Paul Dirac melanjutkan studi di Jurusan teknik elektro Universitas Bristol pada tahun 1918. Pilihannya ini diambil berdasarkan anjuran ayahnya yang menginginkan Paul mendapatkan pekerjaan yang baik. Dirac menyelesaikan kuliahnya dengan baik, tetapi dia tidak mendapatkan pekerjaan yang cocok paska berkecamuknya perang dunia pada saat itu. Keinginannya adalah pergi ke Universitas Cambridge untuk meperdalam matematika dan fisika. Dia diterima di akademi St John Cambridge pada tahun 1921, tetapi hanya ditawarkan beasiswa yang tidak memadai untuk menyelesaikan kuliahnya. Untungnya dia sanggup mengambil kuliah matematika terapan di Universitas Bristol selama dua tahun tanpa harus membayar uang kuliah dan tetap dapat tinggal di rumah. Setelah itu pada tahun 1923 dia berhasil mendapatkan beasiswa penuh di akademi St John dan dana penelitian dari Departemen perindustrian dan sains, tetapi dana ini pun belum bisa menutupi jumlah biaya yang diperlukan untuk kuliah di Cambridge. Pada akhirnya Paul Dirac berhasil mewujudkan keinginannya kuliah di Akademi St John karena adanya permintaan dari pihak universitas. Di Cambridge Paul Dirac mengerjakan semua pekerjaan sepanjang hidupnya sejak kuliah paska sarjananya pada tahun 1923 sampai pensiun sebagai profesor (lucasian professor) pada tahun 1969.

Pada tanggal 20 oktober 1984 Paul Dirac meninggal dunia pada usia 84 tahun, sebagai peraih hadiah nobel fisika tahun 1933 dan anggota British order of merit tahun 1973. Paul Dirac merupakan fisikawan teoritis Inggris terbesar di abad ke-20. Pada tahun 1995 perayaan besar disellenggarakan di London untuk mengenang hasil karyanya dalam fisika. Sebuah monumen dibuat di Westminster Abbey untuk mengabadikan namanya dan hasil karyanya, di mana di sini dia bergabung bersama sejumlah monumen yang sama yang dibuat untuk Newton, Maxwell, Thomson, Green dan fisikawan-fisikawan besar lainnya. Pada monumen itu disertakan pula Persamaan Dirac dalam bentuk relativistik yang kompak. Sebenarnya persamaan ini bukanlah persamaan yang digunakan Dirac pada saat itu, tetapi kemudian persamaan ini digunakan oleh mahasiswanya. Dirac mengukuhkan teori mekanika kuantum dalam bentuk yang paling umum dan mengembangkan persamaan relativistik untuk elektron, yang sekarang dinamakan menggunakan nama beliau yaitu persamaan Dirac. Persamaan ini juga mengharuskan adanya keberadaan dari pasangan antipartikel untuk setiap partikel misalnya positron sebagai antipartikel dari elektron. Dia adalah orang pertama yang mengembangkan teori medan kuantum yang menjadi landasan bagi pengembangan seluruh teori tentang partikel subatom atau partikel elementer. Pekerjaan ini memberikan dasar bagi pemahaman kita tentang gaya-gaya alamiah. Dia mengajukan dan menyelidiki konsep kutub magnet tunggal (magnetic monopole), sebuah obyek yang masih belum dapat dibuktikan keber-adaannya, sebagai cara untuk memasukkan simetri yang lebih besar ke dalam persamaan medan elektromagnetik Maxwell.

Paul Dirac melakukan kuantisasi medan gravitasi dan membangun teori medan kuantum umum dengan konstrain dinamis, yang memberikan landasan bagi terbentuknya Teori Gauge dan Teori Superstring, sebagai kandidat Teory Of Everything, yang berkembang sekarang. Teori-teorinya masih berpengaruh dan penting dalam perkembangan fisika hingga saat ini, dan persamaan dan konsep yang dikemukakannya menjadi bahan diskusi di kuliah-kuliah fisika teori di seluruh dunia. Langkah awal menuju teori kuantum baru dimulai oleh Dirac pada akhir September 1925. Saat itu, R H Fowler, pembimbing risetnya, menerima salinan makalah dari Werner Heisenberg berisi penjelasan dan pembuktian teori kuantum lama Bohr dan Sommerfeld, yang masih mengacu pada prinsip korespondensi Bohr tetapi berubah persamaannya sehingga teori ini mencakup secara langsung kuantitas observabel. Fowler mengirimkan makalah Heisenberg kepada Dirac yang sedang berlibur di Bristol dan menyuruhnya untuk mempelajari makalah itu secara teliti. Perhatian Dirac langsung tertuju pada hubungan matematis yang aneh, pada saat itu, yang dikemukakan oleh seorang seperti Werner Karl Heisenberg.

Beberapa pekan kemudian setelah kembali ke Cambridge, Dirac tersadar bahwa bentuk matematika tersebut mempunyai bentuk yang sama dengan kurung poisson (poisson Bracket) yang terdapat dalam fisika klasik dalam pembahasan tentang dinamika klasik dari gerak partikel. Didasarkan pada pemikiran ini dengan cepat dia merumuskan ulang teori kuantum yang didasarkan pada variabel dinamis non-komut (non-comuting dinamical variables). Cara ini membawanya kepada formulasi mekanika kuantum yang lebih umum dibandingkan dengan yang telah dirumuskan oleh fisikawan yang lain. Pekerjaan ini merupakan pencapaian terbaik yang dilakukan oleh Dirac yang menempatkannya lebih tinggi dari fisikawan lain yang pada saat itu sama sama mengembangkan teori kuantum. Sebagai fisikawan muda yang baru berusia 25 tahun, dia cepat diterima oleh komunitas fisikawan teoritis pada masa itu. Dia diundang untuk berbicara di konferensi-konferensi yang diselenggarakan oleh komunitas fisika teori, termasuk kongres Solvay pada tahun 1927 dan tergabung sebagai anggota dengan hak-hak yang sama dengan anggota yang lain yang terdiri dari para pakar fisika ternama dari seluruh dunia.

Formulasi umum tentang teori kuantum yang dikembangkan oleh Dirac memungkinkannya untuk melangkah lebih jauh. Dengan formulasi ini, dia mampu mengembangkan teori transformasi yang dapat menghubungkan berbagai formulasi-formulasi yang berbeda dari teori kuantum. Teori tranformasi menunjukkan bahwa semua formulasi tersebut pada dasarnya memiliki konsekuensi fisis yang sama, baik dalam persamaan mekanika gelombang Schrodinger maupun mekanika matriknya Heisenberg. Ini merupakan pencapaian yang gemilang yang membawa pada pemahaman dan kegunaan yang lebih luas dari mekanika kuantum. Teori tranformasi ini merupakan puncak dari pengembangan mekanika kuantum oleh Dirac karena teori ini menyatukan berbagai versi dari mekanika kuantum, yang juga memberikan jalan bagi pengembangan mekanika kuantum selanjutnya. Di kemudian hari rumusan teori transformasi ini menjadi miliknya sebagaimana tidak ada versi mekanika kuantum yang tidak menyertainya. Bersama dengan teori transformasi, mekanika kuantum versi Dirac disajikan dalam bentuk yang sederhana dan indah, dengan struktur yang menunjukkan kepraktisan dan konsep yang elegan, dan berkaitan erat dengan teori klasik.

Karir cemerlang Dirac sesungguhnya telah tampak ketika dia masih berada di tingkat sarjana. Pada saat itu Dirac telah menyadari pentingnya teori relatifitas khusus dalam fisika, suatu teori yang menjadikan Einstein terkenal pada tahun 1905, yang dipelajari Dirac dari kuliah yang dibawakan oleh C D Broad, seorang profesor filsafat di Universitas Bristol. Sebagian besar makalah yang dibuat Dirac sebagai mahasiswa paska sarjana ditujukan untuk menyajikan bentuk baru dari rumusan yang sudah ada dalam literatur menjadi rumusan yang sesuai (kompatibel) dengan relatifitas khusus. Pada tahun 1927 Dirac berhasil mengembangkan teori elektron yang memenuhi kondisi yang disyaratkan oleh teori relatifitas khusus dan mempublikasikan persamaan relativistik yang invarian untuk elektron pada awal tahun 1928. Sebagian fisikawan lain sebenarnya memiliki pemikiran yang sama dengan apa yang dilakukan oleh Dirac, meskipun demikian belum ada yang mampu menemukan persamaan yang memenuhi seperti apa yang telah dicapai oleh Dirac. Dia memiliki argumen yang sederhana dan elegan yang didasarkan pada tujuan bahwa teori tranformasinya dapat berlaku juga dalam mekanika kuantum relativistik sebuah argumen yang menspesifikasikan bentuk umum dari yang harus dimiliki oleh persamaan relativistik ini, sebuah argumen yang menjadi bagian yang belum terpecahkan bagi semua fisikawan.

Dirac menunjukkan kemudian bahwa persamaannya ini mengandung implikasi yang tidak diharapkan bagi suatu partikel. Persamaannya memperkirakan adanya antipartikel, seperti positron dan antiproton yang bermuatan negatif, yaitu suatu obyek yang saat ini sudah sangat dikenal di laboratorium fisika energi tinggi. Menurut teorinya, semua partikel memiliki antipartikel yang tertentu yang terkait dengannya

2.4    Eksperimen – Eksperimen yang Mendasari Mekanika Kuantum

Berikut eksperimen – eksperimen yang mendasari perkembangan mekanika kuantum :

1. Thomas Young mendemonstrasikan sifat gelombang cahaya pada tahun 1805 melalui eksperimen celah ganda.
2. Henri Becquerel pada tahun 1896 menemukan radioaktivitas.
3. J.J. Thomson menemukan elektron pada tahun 1897 melalui eksperimen sinar katoda.
4. Penjelasan studi radiasi benda hitam antara tahun 1850 sampai 1900 tanpa menggunakan konsep mekanika kuantum.
5. Einstein menjelaskan efek foto listrik pada tahun 1905 menggunakan konsep foton dan partikel cahaya dengan energi terkuantisasi.
6. Robert Millikan pada tahun 1909 menunjukkan bahwa arus listrik bersifat seperti kuanta dengan menggunakan eksperimen tetes minyak.
7. Ernest Rutherford pada tahun 1911 mengungkap model atom pudding yaitu massa dan muatan positif dari atom terdistribusi merata pada percobaan lempeng emas.
8. Otti Stern dan Walther Gerlach pada tahun 1920 mendemonstrasikan sifata terkuantisasinya spin partikel yang dikenal dengan eksperimen Stern-Gerlach.
9. Clinton davisson dan Lester Germer pada tahun 1927 mendemonstrasikan sifat gelombang dalam elektron melalui percobaan difraksi elektron.
10. Clyde L. Cowan dan Frederick pada tahu  1955 menjelaskan keberadaan neutron.

BAB III

PENUTUP

3.1    KESIMPULAN

Berdasarkan pembahasan yang telah disampaikan pada makalah ini maka dapat disimpulkan sebagai berikut :

1. Dasar dimulaianya periode mekanika kuantum adalah ketika mekanika klasik tidak bisa menjelaskan gejala-gejala fisika yang bersifat mikroskopis dan bergerak dengan kecepatan yang mendekati kecepatan cahaya. Oleh karena itu, diperlukan cara pandang yang berbeda dengan sebelumnya dalam menjelaskan gejala fisika tersebut.
2. Fisika Modern merupakan pengembangan fisika klasik dalam objek yang sangat kecil dalam bentuk partikel atau elektron. Perumusan-perumusan yang digunakan sama dengan yang dirumuskan dalam fisika klasik. Fisika modern diawali oleh prinsip besaran yang bersifat diskrit (kuanta) sehingga sering disebut dengan fisika kuantum. Fisika modern secara umum dibagi menjadi dua yaitu teori kuantum klasik dan teori kuantum modern. Teori kuantum lama didasari oleh konsep dualisme partikel sebagai gelombang dan gelombang sebagai partikel, sedangkan teori kuantum moderen dilandasi oleh persamaan Schroedinger untuk menentukan energi partikel atau elektron.
3. Max Planck (tahun 1900) menyatakan bahwa energi dapat dibagi-bagi menjadi beberapa paket atau kuanta. Ide in digunakan untuk menjelaskan intensitas radiasi yang dipancarkan oleh benda hitam. Albert Einstein (tahun 1905) menjelaskan efek fotolistrik dengan menyimpulkan bahwa energi cahaya datang dalam bentuk kuanta yang disebut foton. Niels Bohr (tahun 1913) menjelaskan garis spektrum dari atom hidrogen dengan menggunakan kuantisasi. Louis de Broglie (tahun 1924) memberikan teorinya tentang gelombang benda. Werner Karl Heisenberg dan Erwin Schrodinger (1925) muncul mekanika kuantum ketika Werner Karl Heisenberg mengembangkan mekanika matriks dan Erwin Schrodinger menemukan mekanika gelombang dan persamaan Schrodinger.
4. Thomas Young (1805) dengan eksperimen celah ganda mendemonstrasikan sifat gelombang cahaya. Henri Becquerel (1896) penemu radioaktivitas. J.J. Thompson (1897) penemu elektron melalui eksperimen sinar katoda. Albert Einstein (1905) menjelaskan efek foto listrik dengan menggunakan konsep foton dan partikel cahaya dengan energi terkuantisasi. Robert Milikan (1909) menunjukan bahwa arus listrik bersifat seperti kuanta dengan menggunakan eksperimen tetes minyak. Ernest Rutherford (1911) mengungkapkan model atom pudding yaitu massa dan muatan postif dari atom terdistribusi merata dengan percobaan lempengan emas. Otti Stern dan Walther Gerlach (1920) mendemonstrasikan sifat terkuantisasinya spin partikel yang dikenal dengan eksperimen Stern-Gerlach. Clinton Davisson dan Lester Germer (1927) mendemondtrasikan sifat gelombang dari electron melalui percobaan difraksi electron. Clyde L. Cowan dan Frederick Reines (1955) menjelaskan keberadaan neutron.

3.2    SARAN

Penulisan makalah ini masih memiliki berbagai jenis kekurangan oleh karena itu kritik dan saran oleh pembaca sangat diharapkan untuk perbaikan dalam penulisan selanjutnya.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim.2014.Mekanika Kuantum [serial online].http://id.wikipedia.org/wiki/Mekanika_kuantum. Di akses pada 31 agustus 2014.

Anonim.2014.Teori Kuantum [serial online].http://www.forumsains.com. Di akses pada 31 agustus 2014.

Bahtiar, A. 2014. Fisika Modern, Definisi, Konsep dan Aplikasinya[serial online]. http://pustaka.unpad.ac.id. Di akses pada 31 agustus 2014.

Haliday, D., & Resnick, R. 1984.Fisika Moderen. Jakarta: Erlangga.

Liong, T.H. 1992. Konsep Fisika Modern. Jakarta: Erlangga.