I.
PENDAHULUAN
I.1 Latar Latar Belak Belakang ang
Mekanika Mekanika merupakan merupakan cabang ilmu fisika mengenai gaya yang bekerja pada benda, benda, baik benda yang diam (statika) maupun benda yang bergerak (kinematika dan dinamika). Mekani Mekanika ka dibagi dibagi menjadi menjadi dua yaitu yaitu mekani mekanika ka klasik klasik dan mekanik mekanikaa kuantu kuantum. m. Mekani Mekanika ka klasik menitikberatkan pada benda-benda yang bergerak dengan kecepatan jauh dibawah kecepatan cahaya, sedangkan mekanika kuantum menitikberatkan pada benda-benda yang bergerak mendekati kecepatan cahaya. Munculnya mekanika kuantum yaitu ketika mekanika klasik tidak dapat menjelaskan fenomena mikroskopis atom-atom yang menunjukkan sifat-sifat seperti cahaya dan kegagalan dalam dalam menjel menjelaska askan n gejalagejala-ge gejala jala subatom subatomik. ik. Dasar Dasar dari mekani mekanika ka kuantu kuantum m yaitu yaitu bahwa bahwa energi itu tidak kontinyu, tetapi diskrit atau berupa kuanta. Konsep ini bertentangan dengan mekani mekanika ka klasik klasik yang yang berasu berasumsi msi bahwa bahwa energ energii itu berkes berkesinam inambun bungan gan.. leh leh sebab sebab itu, itu, dibutuhkan adanya cara pandang yang berbeda untuk menjelaskan fenomena tersebut. I.2 Tujuan juan
!dapun tujuan dari pembuatan makalah ini adalah sebagai berikut " #. Mengetahui Mengetahui sejarah dan perkemb perkembangan angan teori mekanik mekanikaa kuantum kuantum $. Mengetahui Mengetahui eksperime eksperimen n yang yang mendasari mendasari perkemba perkembangan ngan mekanika mekanika kuantum kuantum %. Mengeta Mengetahui hui bukti bukti dari dari mekan mekanika ika kuan kuantum tum
Kegagalan Mekanika Klasik dan Lahirnya mekanika mekanika Kuantum
&age #
II.
II.1
PEMBAHASAN
Sejarah Awal dan Perkemangan Te!r" Mekan"ka #uantum
Mekanika klasik berawal ketika !ristoteles mengemukakan mengenai cabang mekanika yang berhubungan dengan timbal balik antara gerak dan gaya yaitu bidang dinamika. !ristoteles mengemukakan suatu pendapat tentang sifat dari berbagai benda dan memberikan alasan untuk berbagai sifat tersebut dalam daya intrinsik khusus dari benda itu sendiri. Kemudian banyak para ilmuwan lain yang mengikuti langkahnya, seperti 'alileo yang menganggap beberapa penemuan !ristoteles keliru yaitu benda yang lebih berat jatuh lebih cepat daripada benda yang lebih ringan. Menurut 'alileo, baik benda berat maupun ringan jatuh pada kecepatan yang sama kecuali sampai batas mereka berkurang kecepatannya akibat pergeseran udara. &enemuan 'alileo yang lainnya yaitu mengenai hukum kelembaman (inersia). elain itu, saac *ewton juga meneliti tentang mekanika. +ergeraknya suatu benda yang berada disekitar didasarkan pada tiga hukum fundamental, yaitu hukum inersia 'alileo, hukum kedua *ewton dan hukum graitasi. Di akhir abad ke-# merupakan masa puncak dari fisika klasik, saat itu fisika klasik mempunyai dua cabang utama yaitu " #. Mekanika klasik *ewtonian yang dicirikan oleh adanya partikel sebagai sesuatu yang berada di dalam ruang, dan secara sederhana dapat dikatakan sebagai adanya batas yang jelas antara materi dan sesuatu di luar atau lingkungannya. $. eori medan elektomagnetik Ma/wellian yang dicirikan oleh kuantitas medan dari gelombang yang menyebar di dalam ruang bagai kabut dengan ketebalan yang berbeda dan menipis sampai akhirnya benar-benar lenyap.
Di abad ke-# muncul teori fisika kuantum, yang bermula ketika mekanika klasik tidak dapat menjelaskan mengenai dinamika benda mikroskopik seperti atom. elain itu mekanika klasik juga tidak dapat menjelaskan spektrum radiasi benda hitam, efek fotolistrik, efek compton, dan difraksi elektron.
0ahirnya
mekanika kuantum tidak terlepas dari
perkembangan-perkembangan teori atom. Mekanika kuantum bukan untuk menghapus teori atau hukum sebelumnya, melainkan untuk menyempurnakan teori atau hukum tersebut. ahun #11, Ma$ Plan%k memperkenalkan ide bahwa energi dapat dibagi-bagi menjadi beberapa kuanta. de ini secara khusus digunakan untuk menjelaskan sebaran intensitas radiasi yang dipancarkan oleh benda hitam. eori klasik pada saat itu tidak dapat menjelaskan mengapa cahaya selain cahaya tampak juga dipancarkan. 2al tersebut menunjukan bahwa untuk meradiasikan gelombang elektromagnetik benda tidak perlu terlalu panas, bahkan pada Kegagalan Mekanika Klasik dan Lahirnya mekanika Kuantum
&age $
suhu kamar pun benda tetap dapat memancarkan gelombang elektromagnetik. ifat yang diamati dari radiasi benda hitam ini tidak dapat diterangkan oleh teori-teori mekanika yang berkembang pada saat itu. !khirnya &lanck menurunkan persamaan yang dapat menerangkan radiasi spektrum sebagai fungsi temperatur dari benda yang meradiasikannya dan menganggap bahwa radiasi ini dipancarkan tidak dalam bentuk kontinu tetapi dalam bentuk paket-paket energi yang disebut kuanta. &lanck juga tidak menjelaskan mengenai keterkaitannya dengan teori klasik yaitu bahwa cahaya diradiasikan dalam bentuk gelombang bukan dalam bentuk partikel yang membuat teori tersebut tidak dapat menjelaskan fenomena radiasi benda hitam ini. ahun #13, Alert E"n&te"n menjelaskan tentang efek fotolistrik dengan didasari oleh pendapat &lanck dan menyimpulkan bahwa energi cahaya datang dalam bentuk kuanta yang disebut 4 foton4, sebuah istilah yang dikemukakan oleh 'ilbert 5 0ewis pada tahun #$6. Menurut 7instein, foton tunggal dapat memberikan energi yang berariasi, dengan kata lain dapat mentransfer energi lebih atau energi sisa, tetapi hanya untuk frekuensi foton tersebut. 8oton 7instein dapat dikatakan memiliki frekuensi yang berariasi dengan adanya energi, sehingga partikel tersebut menimbulkan cahaya. 7instein berhasil menjelaskan bahwa untuk membuat elektron terpancar dari permukaan logam diperlukan cahaya yang menumbuk. 9ahaya tersebut harus memiliki frekuensi melebihi batas frekuensi dari logam tersebut. 7fek fotolistrik tidak bergantung pada intensitas cahaya yang ditembakan seperti pada mekanika klasik, tetapi hanya bergantung pada frekuensi. eori kuantum yang menyatakan bahwa cahaya yang teradiasi dalam bentuk paket-paket energi secara terpisah dan diserap oleh elektron secara indiidual berhasil menjelaskan efek fotolistrik dengan baik yaitu pada intensitas cahaya yang lemah pun bisa memancarkan elektron dari logam asalkan frekuensi cahaya yang diberikan melebihi frekuensi ambang dari logam yang di sinari. ahun ##%, Ne"l& B!hr mencoba menjelaskan garis-garis spektrum dari atom hidrogen dengan menggunakan teori kuantisasi. eori ini dikemukakan untuk mendapat gambaran yang lebis jelas tentang struktur atomik yang terdapat dalam benda. *iels +ohr pada saat itu memecahkan permasalahan substansial dengan mengaplikasikan kuanta diskrit untuk orbit elektron dan solusi inilah yang kemudian menjadi model atom +ohr. eori dasar +ohr yaitu bahwa elektron hanya dapat berputar mengelilingi atom dengan orbit tertentu yang berupa spectral line. +ohr menjelaskan bahwa orbit dari elektron dapat dijelaskan dengan menggunakan momentum angular.
Kegagalan Mekanika Klasik dan Lahirnya mekanika Kuantum
&age %
Kegagalan Mekanika Klasik dan Lahirnya mekanika Kuantum
&age :
dimana ; adalah panjang gelombang, R adalah konstanta . 2eisenberg mendeskripsikan mekanika kuantum secara matematis yaitu dengan menggunakan osilator anharmonik yang merupakan salah satu rumusan dari 2eisenberg yaitu prinsip ketidaktentuan dua ariabel yang nilainya tidak nol. elain itu, Erw"n S%hr!d"nger pada tahun #$3 menganalisis bagaimana elektron memiliki gelombang yang mengelilingi inti, dengan menganalogikan orbit yang mengelilingi planet. chrodinger menganggap bahwa elektron sebagai gelombang dan memiliki fungsi
yang unik. ?nsur dalam persamaan chrodinger tentang fungsi gelombang dalam elektron disebut juga @+ilangan Kuantum4. ahun #$6 chrodinger menganalisis persamaan matriks 2eisenberg dengan fungsi gelombang yang dibuatnya untuk memprediksi perilaku e lektron.
II.2
Ek&'er"men (ang Menda&ar" Perkemangan Mekan"ka #uantum
+erikut ini adalah eksperimenAeksperimen yang mendasari perkembangan mekanika kuantum, yaitu" #) homas Boung (#C13), dengan eksperimen celah ganda yang mendemonstrasikan sifat gelombang cahaya $) 2enri +ecuerel (#C6), menemukan radioaktiitas %) Eoseph Eohn homson (#C>), dengan eksperimen sinar katoda (menemukan elektron dan muatan negatifnya) :) &enelitian radiasi benda hitam antara #C31 sampai #11 yang tidak dapat dijelaskan tanpa menggunakan konsep kuantum 3) !lbert 7instein (#13), menjelaskan tentang efek foto listrik dengan menggunakan konsep foton dan partikel cahaya dengan energi terkuantisasi 6) ) 7rnest ), mendemonstrasikan sifat gelombang dari elektron melalui percobaan difraksi electron #1) 9lyde 0. 9owan dan 8rederick
subatomik seperti proton, neutron, dan elektron yang tidak mematuhi hukum-hukum fisika klasik. !tom biasanya digambarkan seperti sebuah sistem, dimana elektron yang bermuatan negatif beredar di sekitar inti atom yang bermuatan positif. Menurut mekanika kuantum, ketika sebuah elektron berpindah dari tingkat energi yang lebih tinggi ke tingkat energi yang lebih rendah, misalnya dari kulit atom ke-$ ke kulit atom ke-#, maka akan memancarkan atau
melepaskan energi yang berupa sebuah partikel cahaya yang disebut dengan foton. 7nergi yang dilepaskan tersebut dapat dirumuskan sebagai berikut" E*h+ dimana" • • •
7 adalah energi (E) h adalah tetapan &lanck, hG6.6% / #1 -%: (Es) f adalah frekuensi cahaya (2F)
elah dibuktikan bahwa garis-garis spektrum dari atom yang diionisasi tidak kontinyu dalam spektrometer massa, hanya pada frekuensi atau panjang gelombang tertentu saja garis-garis spektrum dapat dilihat. 2al inilah yang merupakan salah satu bukti dari teori mekanika kuantum.
III.
#ESIMPULAN
+erdasarkan pembahasan yang telah dijelaskan pada makalah ini, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut" #. Dasar lahirnya mekanika kuantum yaitu ketika mekanika klasik tidak dapat menjelaskan fenomena mikroskopis atom-atom yang menunjukkan sifat-sifat seperti cahaya dan kegagalan dalam menjelaskan gejala-gejala subatomik. $. ahun #11, Ma/ &lanck memperkenalkan ide bahwa energi dapat dibagi-bagi menjadi beberapa paket atau kuanta yang secara khusus digunakan untuk menjelaskan sebaran intensitas radiasi yang dipancarkan oleh benda hitam. %. ahun #13, !lbert 7nistein menjelaskan tentang efek fotolistrik dengan menyimpulkan bahwa energi cahaya datang dalam bentuk kuanta yang disebut foton. :. ahun ##%, *eils +ohr menjelaskan garis-garis spektrum dari atom hidrogen dengan menggunakan teori kuantisasi. 3. ahun #$:, 0ouis de +roglie menyatakan teorinya tentang gelombang benda.
6. ahun #$3, 7rwin chrodinger menganalisis bagaimana elektron memiliki gelombang yang mengelilingi inti. >. ahun #$6 chrodinger menganalisis persamaan matriks 2eisenberg dengan fungsi gelombang yang dibuatnya untuk memprediksi perilaku elektron. C. alah satu bukti dari teori mekanika kuantum yaitu telah dibuktikan bahwa garis-garis spektrum dari atom yang diionisasi tidak kontinyu dalam spektrometer massa, hanya pada frekuensi atau panjang gelombang tertentu saja garis-garis spektrum dapat dilihat.
