A. Sejarah Awal
Setiap
memasuki pemahaman dunia atom, ilmuan mengalami kesulitan yang luar biasa. Teori-teori
mapan tidak berdaya, bahasa yang digunakan mengalami kebuntuan, bahkan
imajinasi terhadap dunia atom dipengaruhi pandangan emosional. Pengalaman ini
dilukiskan
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
absurd, sebagaimana
yang tampak pada kita dalam eksperimen-
eksperimen
atom ini?” (Fritjof Capra,
2000:86).
Situasi psikologis Heisenberg, pada akhirnya merupakan salah satu kata kunci
dalam perkembangan revolusioner dunia atom. Benda/materi yang diamati
tidak terlepas dari pengalaman pengamat, benda/materi bukan lagi sebagai
objek penderita yang dapat diotak-atik sesuai keinginan pengamat. Lebih
jauhnya, benda/materi sendiri yang berbicara dan mempunyai keinginan
sesuai fungsi dan kedudukannya dalam suatu fenomena. Absurditas subatom
terlihat ketika dipandang sebagai benda/materi tidak
memadai
lagi, subatom bukan „benda‟. Tetapi, merupakan kesalinghubungan dalam
membentuk
jaringan dinamis yang terpola. Sub-subatom merupakan jaring-jaring
pembentuk dasar materi yang merubah pandangan manusia selama ini yang
memandang sub atom sebagai blok-blok bangunan dasar pembentuk materi. Meminjam
istilah Kuhn, mekanika kuantum merupakan paradigma sains revolusioner
pada awal abad 20. Lahirnya mekanika kuantum, tidak terlepas dari
perkembangan- perkembangan teori, terutama teori atom. Mekanika kuantum,
bukan untuk menghapus teori dan hukum sebelumnya. Mekanika kuantum tidak lebih
untuk merevisi dan menambal pandangan manusia terhadap dunia, terutama dunia
mikrokosmik. Bisa jadi, sebenarnya hukum-hukum yang berlaku bagi dunia [
sunnatullah
] telah
tersedia dan berlaku bagi setiap fenomena alam, tetapi pengalaman
manusialah yang terbatas. Oleh sebab itu, sampai di sini kita harus sadar dan
meyakini bahwa sifat sains itu sangat tentatif. Mengapa teori kuantum merupakan
babak baru cara memandang alam? Vladimir Horowitz pernah mengatakan bahwa
mozart
terlalu mudah untuk pemula, tetapi terlalu sulit untuk para ahli. Hal
yang sama juga berlaku untuk teori kuantum. Secara sederhana teori kuantum
menyatakan bahwa
partikel
pada tingkat sub atomik tidak tunduk pada hukum fisika klasik. Entitas seperti
elektron dapat berwujud [exist] sebagai dua benda berbeda secara simultan materi
atau energi, tergantung pada cara pengukurannya
(Paul
Strathern, 2002:viii). Kerangka mendasar melakukan penalaran dalam sains adalah
berpikir dengan metoda induksi. Apabila melakukan penalaran dengan metoda
ini, maka pengamatan terhadap wajah alam fisik dilakukan melalui
premis-premis yang khusus tentang materi-materi kecil [mikro] bahan alam fisik
yang kasat mata. Hukum-hukum sains klasik yang telah terpancang lama, ternyata
terlihat kelemahannya ketika berhadapan dengan fenomena mikrokosmik. Gary
Zukaf (2003:22) memberikan pengertian secara etimologis dari mekanika kuantum.
„Kuantum‟
merupakan ukuran kuantitas sesuatu, besarnya tertentu. „Mekanika‟ adalah
kajian atau
ilmu tentang gerak. Jadi, mekanika kuantum adalah kajian atau ilmu tentang
gerak kuantum. Teori kuantum mengatakan bahwa alam semesta terdiri atas bagian- bagian
yang sangat kecil yang disebut kuanta [ quanta , bentuk jamak dari quantum],
dan mekanika kuantum adalah kajian atau ilmu yang mempelajari fenomena ini.
B. Perkembangan Mekanika Kuantum
Pada tahun
1905, Albert Einstein berhasil menjelaskan efek foto listrik dengan didasari
oleh pendapat Planck lima tahun sebelumnya dengan mempostulatkan bahwa cahaya
atau lebih khususnya radiasi elektromagenetik dapat dibagi dalam paket-paket
tertentu yang disebut kuanta dan berada dalam ruang. Energi berhasil
menjelaskan bahwa untuk membuat electron terpancar dari permukaan logam
diperlukan cahaya yang menumbuk. Cahaya tersebut harus memiliki frekuensi
melebih frekuensi ambang dari logam tersebut. Efek foto listrik ini tidak
bergantung pada intensitas cahaya yang ditembakan seperti pandangan
mekanika klasik tetapi hanya bergantung pada frekuensinya saja. Walaupun cahaya
lemah ditembakan tetapi memiliki frekuensi yang melebihi frekuensi ambang
ternyata ada electron yang dipancarkan. Pernyataan Einstein bahwa cahaya
teradiasikan dalam bentuk paket-paket energi yang kemudian disebut kuanta
dinyatakan dalam jurnal kuantum yang berjudul "On a heuristic viewpoint
concerning the emission and transformation of light" pada bulan Maret
1905. Pernyataan tersebut disebut-sebut sebagai pernyataan yang paling
revolusioner yang ditulis oleh fisikawan pada abad ke-20. Paket-paket energi
yang pada masa itu disebut dengan kuanta kemudian disebut oleh foton, sebuah
istilah yang dikemukakan oleh Gilbert & Lewis pada tahun 1926. Ide
bahwa tiap foton harus terdiri dari energi dalam bentuk kuanta merupakan
sebuah kemajuan. Hal tersebut dengan efektif merubah paradigma ilmuwan fisika
pada saat itu yang sebelumnya menjelaskan teori gelombang. Ide tersebut telah
mampu menjelaskan banyak gejala fisika pada waktu itu.
C. Eksperimen-Eksperimen Yang Mendasari
Perkembangan Mekanika Kuantum
Berikut ini
adalah eksperimen -eksperimen yang mendasari perkembangan mekanika kuantum:
1) Thomas Young dengan eksperimen celah
ganda mendemonstrasikan sifat gelombang cahaya pada tahun 1805
2)
Henri
Becquerel menemukan radioaktivitas pada tahun 1896
3)
J.J.
Thompson dengan eksperimen sinar katoda menemuka electron pada tahun 1897
4)
Studi
radiasi benda hitam antara 1850 sampai 1900 yang dijelaskan tanpa menggunakan
konsep mekanika kuantum
5)
Einstein
menjelaskan efek foto listrik pada tahun 1905 dengan menggunakan konsep foton
dan partikel cahaya dengan energi terkuantisasi
6)
Robert
Milikan menunjukan bahwa arus listrik bersifat seperti kuanta dengan
menggunakan eksperimen tetes minyak pada tahun 1909
7)
Ernest
Rutherford mengungkapkan model atom pudding yaitu massa dan muatan postif
dari atom terdistribusi merata dengan percobaan lempengan emas pada tahun 1911
8)
Otti Stern
dan Walther Gerlach mendemonstrasikan sifat terkuantisasinya spin
partikel yang dikenal dengan eksperimen Stern-Gerlach pada tahun 1920,
9)
Clinton
Davisson dan Lester Germer mendemondtrasikan sifat gelombang dari electron
melalui percobaan difraksi electron pada tahun 1927
10) Clyde L. Cowan dan Frederick Reines
menjelaskan keberadaan neutrino pada tahun 1955,
D. Tokoh-Tokoh Mekanika Kuantum
a.Max Planck
Dilahirkan
tahun 1858 di kota Kiel, Jerman, dia belajar di Universitas Berlin dan Munich,
peroleh gelar Doktor dalam ilmu fisika dengan summa cum laude dari
Universitas Munich selagi berumur baru dua puluh satu tahun. Sebentar 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. Itu tahun 1928.
b. Albert Einstein (14 Maret 1879 - 18 April
1955)
Albert
Einstein adalah seorang ilmuwan fisika teoretis yang dipandang luas sebagai
ilmuwan terbesar dalam abad ke-20. Dia mengemukakan teori relativitas dan juga
banyak menyumbang bagi pengembangan mekanika kuantum, mekanika statistik, dan
kosmologi. Dia dianugerahi Penghargaan Nobel dalam Fisika pada tahun 1921 untuk
penjelasannya tentang efek fotoelektrik dan "pengabdiannya bagi Fisika
Teoretis". Setelah teori relativitas umum dirumuskan, Einstein menjadi
terkenal ke seluruh dunia, pencapaian yang tidak biasa bagi seorang
ilmuwan. Di masa tuanya, keterkenalannya melampaui ketenaran semua ilmuwan
dalam sejarah, dan dalam budaya populer, kata Einstein dianggap bersinonim
dengan kecerdasan atau bahkan jenius. Wajahnya merupakan salah satu yang paling
dikenal di seluruh dunia. Pada tahun 1999, Einstein dinamakan "Orang Abad
Ini" oleh majalah Time. Kepopulerannya juga membuat nama
"Einstein" digunakan secara luas dalam iklan dan barang
dagangan lain, dan akhirnya "Albert Einstein" didaftarkan sebagai
merk dagang. Untuk menghargainya, sebuah satuan dalam fotokimia dinamai
einstein, sebuah unsur kimia dinamai einsteinium, dan sebuah asteroid dinamai
2001 Einstein. Einstein dilahirkan di Ulm di Württemberg, Jerman; sekitar 100
km sebelah timur Stuttgart. Bapaknya bernama Hermann Einstein, seorang penjual
ranjang bulu yang kemudian menjalani pekerjaan elektrokimia, dan ibunya bernama
Pauline. Mereka menikah di Stuttgart-Bad Cannstatt. Keluarga mereka keturunan
Yahudi; Albert disekolahkan di sekolah Katholik dan atas keinginan ibunya dia
diberi pelajaran biola. Pada umur lima, ayahnya menunjukkan kompas kantung, dan
Einstein menyadari bahwa sesuatu di ruang yang "kosong" ini beraksi
terhadap jarum di kompas tersebut; dia kemudian menjelaskan pengalamannya ini
sebagai salah satu saat yang paling menggugah dalam hidupnya. Meskipun dia
membuat model dan alat mekanik sebagai hobi, dia dianggap sebagai pelajar yang
lambat, kemungkinan disebabkan oleh dyslexia, sifat pemalu, atau karena
struktur yang jarang dan tidak biasa pada otaknya (diteliti setelah
kematiannya).
Niels Bohr
Teori
struktur atom mempunyai seorang bapak. Dia itu Niels Henrik David Bohr yang
lahir tahun 1885 di Kopenhagen. Di tahun 1911 dia raih gelar doktor fisika dari
Universitas Copenhagen. Tak lama sesudah itu dia pergi ke Cambridge, Inggris.
Di situ dia belajar di bawah asuhan J.J. Thompson, ilmuwan kenamaan yang
menemukan elektron. Hanya dalam beberapa bulan sesudah itu Bohr pindah lagi ke
Manchester, belajar pada Ernest Rutherford yang beberapa tahun sebelumnya
menemukan nucleus (bagian inti) atom. Adalah Rutherford ini yang menegaskan
(berbeda dengan pendapat- pendapat sebelumnya) bahwa atom umumnya kosong,
dengan bagian pokok yang berat pada tengahnya dan elektron di bagian
luarnya. Tak lama sesudah itu Bohr segera mengembangkan teorinya sendiri yang
baru serta radikal tentang struktur atom. Kertas kerja Bohr yang bagaikan
membuai sejarah "On the Constitution of Atoms and Molecules,"
diterbitkan dalam Philosophical Magazine tahun 1933.