Sejarah Teori Kuantum Garis Waktu

23/08/2011

1

UNIVERSITAS AHMAD DAHLAN

Pendidikan Fisikahttp://pf.uad.ac.id

Kuliah Sejarah Fisika

Rachmad Resmiyantohttp://rachmadresmi.staff.uad.ac.id

Sejarah Teori Kuantum

Garis Waktu

23/08/2011 Rachmad Resmiyanto 2

1900: Max Planck

mengajukan teori

tentang radiasi

benda hitam

1918: Max Planck

dapat nobel

Fisika

1913:Niels Bohr

mengajukan teori

struktur atom

1921: •Nobel fisika

untuk efek

fotolistrik

1905:Albert Einstein menulis

makalah, "On a

Heuristic Viewpoint

Concerning the

Production and

Transformation of

Light“; mengajukan ide

kuanta energi untuk efek

fotolistrik

1922: Niels Bohr dapat

nobel fisika

Eksperimen Stern-

Gerlach

(pembuktian teori

kuantisasi ruang)

1924:•Louis De

Broglie

mempublikasika

n disertasinya

“Recherches sur

la théorie des

quanta”, yang

memperkenalkan

teori gelombang

elektron

1929: Louis De

Broglie dapat

nobel fisika

untuk

hipotesisnya

1933:•Otto Stern

mengukur

momen

magnetik untuk

proton

•Schrodinger

dapat nobel

1926: Persamaan

Schrodinger

1925:•Asas

ketidakpastian

Heisenberg

•Wolfgang Pauli

membangun

bilangan

kuantum

keempat, spin

1932: •Werner

Heisenberg

dapat Nobel

fisika

1943: •Otto Stern dapat

nobel fisika

1944: •Wolfgang

Pauli dapat

nobel fisika

1940: Pauli

membuktikan

teorema

statistik spin

23/08/2011

2

Apa itu Teori Kuantum?




Teori kuantum

tidak terjangkau

intuisi dan

menentang

pikiran lazim

23/08/2011

3



Konsepnya

disejajarkan

dengan filsafat

timur, malah

dipakai untuk

meneliti rahasia

kesadaran,

kehendak

bebas, dan

paranormal

Teori kuantum

tidak terjangkau

intuisi dan

menentang

pikiran lazim



Konsepnya

disejajarkan

dengan filsafat

timur, malah

dipakai untuk

meneliti rahasia

kesadaran,

kehendak

bebas, dan

paranormal

Teori

kuantum tak

pernah gagal

Teori kuantum

tidak terjangkau

intuisi dan

menentang

pikiran lazim

23/08/2011

4



Konsepnya

disejajarkan

dengan filsafat

timur, malah

dipakai untuk

meneliti rahasia

kesadaran,

kehendak

bebas, dan

paranormal

Teori

kuantum tak

pernah gagal

Teori ini

sangat

matematis

Teori kuantum

tidak terjangkau

intuisi dan

menentang

pikiran lazim



Konsepnya

disejajarkan

dengan filsafat

timur, malah

dipakai untuk

meneliti rahasia

kesadaran,

kehendak

bebas, dan

paranormal

Teori

kuantum tak

pernah gagal

Teori ini

sangat

matematis

Gagasannya

sama sekali

mengubah

cara kita

memandang

realitas

Teori kuantum

tidak terjangkau

intuisi dan

menentang

pikiran lazim

23/08/2011

5



Fisika Klasik vs Modern

Gagasan materi dan

radiasi dakam fisika

klasik diyakini sahih.

Maka gagasan baru yang

menentangnya selalu

akan diremehkan.

Formalisme matematika

Newton (1642-1727) &

Maxwell (1831-1879)

sangat cuanggih, tak

bercacat. Ramalannya

juga terbukti oleh banyak

percobaan


23/08/2011

6

Fisika klasik

• Fisika klasik: mekanika Newton dan elektromagnetisme

Maxwell abad ke-19


Fisika klasik

• Selama abad ke-18 dan ke-19 hukum gerak Newton

telah diuji dengan seksama

• Hukum gravitasi Newton mampu memprakirakan

gerakan planet dengan ketepatan tinggi

• Teori gelombang elektromagnetika Maxwell mampu

memperkirakan keberadaan gelombang cahaya tak

tampak 1865. ini terbukti 1888 ketika Heinrich Hertz

menemukan gelombang radio di Berlin.


Gelombang radio memantul dan membias seperti cahaya,

Wow, Maxwell benar...

23/08/2011

7

Anggapan Dasar Fisika Klasik

1. Reduksionisme. Alam semesta mirip mesin raksasa dalam ruang-waktu

mutlaK. Gerakan rumit dipandang sebagai gerakan sederhana dari

bagian2 penyusunnya, sekalipun bagian-bagaian tersebut tidak bisa

dilukiskan.

2. Kausalitas. Hukum Newton menyimpulkan tiap gerak selalu punya sebab.

Jika suatu benda bergerak, kita selalu bisa mencari penyebabnya. Ini

sebab akibat yang tidak lagi dipertanyakan lagi.

3. Determinisme. Jika sekarang diketahui keadaan gerak suatu partikel,

maka gerakannya dapat diketahui juga pada sebarang titik di masa depan

dan masa lalu.

4. Cahaya sbg gelombang. Sifat-sifat cahaya bisa dilukiskan secara lengkap

dengan teori gelombang elektromagnetika Maxwell (dibuktikan Thomas

Young 1802, interferensi celah ganda)

5. Partikel vs gelombang. Energi yang bergerak dapat dilukiskan dalam 2

model: partikel, gelombang. Keduanya terpisah.

6. Pengukuran. Sifat sistem dapat diukur dengan ketelitian tak terbatas,

termasuk sistem atomik.


Prasasti Runtuhnya Fisika Klasik


Anggapan itu diyakini secara

MUTLAK.

Tapi, akhirnya anggapan itu

diragukan.

Awal mulanya adalah Hotel

Metropole Brussel, 24 Okt 1927

23/08/2011

8

Konferensi Solvay 1927

Ernest Solvay (1838-1922), industriawan Belgia,

mensponsori pertemuan perdana fisika internasional

untuk membahas gagasan kuantum di Brussel beberapa

tahun sebelum PD I.

Pesertanya dibatasi 30 orang, diminta berkonsentrasi pada

topik yang telah ditentukan.

5 pertemuan pertama (1911-1927) merupakan pertemuan

paling penting bagi perkembangan fisika abad ke-20.

Puncaknya, 1927, dihadiri 9 pentolan teori kuantum.

Semuanya dapat nobel.




23/08/2011

9



Sepanjang sejarah sains, jarang sekali begitu banyak persoalan diselesaikan

segelintir orang dalam tempo yang singkat.

Auguste Piccard, Émile Henriot, Paul Ehrenfest, Édouard Herzen, Théophile de Donder, Erwin

Schrödinger, Jules-Émile Verschaffelt, Wolfgang Pauli, Werner Heisenberg, Ralph Howard Fowler,

Léon Brillouin,

Peter Debye, Martin Knudsen, William Lawrence Bragg, Hendrik Anthony Kramers, Paul Dirac,

Arthur Compton, Louis de Broglie, Max Born, Niels Bohr,

Irving Langmuir, Max Planck, Marie Curie, Hendrik Lorentz, Albert Einstein, Paul Langevin, Charles

Eugène Guye, Charles Thomson Rees Wilson, Owen Willans Richardson



Hey.... Semuanya berawal

dari saya lho ya...

Ingat postulat saya 1900:

materi menyerap dan

memancarkan radiasi

elektromagnetik (cahaya)

dalam paket-paket nergi

(kuanta). Nilainya

sebanding dengan

frekuensi radiasi.

23/08/2011

10



Saya menunjukan bahwa

cahaya selalu muncul

sebagai kuanta.

Ini menjelaskan mengapa

materi menyerap dan

memancarkan energi

seperti itu.

Sayang sekali, planck tak

pernah percaya saya.

Ya ampun Planck..Planck..

Gusti paringana

pangapura…



Semua orang itu

sepakat dengan

tafsiran teori kuantum

saya kecuali satu orang

saja, ya siapa lagi

kalau bukan Einstein...

[..Insaflah Einstein...]

23/08/2011

11



Sssttt....

Jangan berdebat

terus... Ini sesi foto..

Lihat, saya yang paling

flamboyan kan...

Jaket sporty, dasi

kupu-kupu...



Brussel

23/08/2011

12



De Broglie

(Paris)

Dirac

(Cambridge)

Heisenberg,

Bohr

(Copenhagen)

Einstein, Planck

Schrodinger

(Berlin)

Max Born (Goettingen)

Pauli

(Zurich)

Mereka pulang dengan memendam perdebatan bersejarah antara Einstein

dan Bohr, mengemban gagasan paling menakjubkan yang pernah dibuat

para ilmuwan.

Teori kuantum adalah sebuah kegilaan.



Mari lihat Usia para pejuang fisika kita

A P, Émile Henriot, Paul Ehrenfest, Édouard Herzen, Théophile de Donder, Erwin Schrödinger

(1887-1961: 44 th), J-ÉVerschaffelt, Wolfgang Pauli (1900-1958: 27 th), Werner Heisenberg

(1902-1976: 25 th), Ralph HF, Léon Brillouin,

Peter Debye, M Knudsen, William Lawrence Bragg, HA Kramers, Paul Dirac (1902-1984: 25 th),

Arthur Compton, Louis de Broglie (1892-1987: 35 th), Max Born (1882-1970: 45 th), Niels Bohr

(1885-1962: 42 th),

I Langmuir, Max Planck (1858-1947: 69 th), Marie Curie (1867-1934: 60 th), Hendrik Lorentz, Albert

Einstein (1879-1955: 48 th), Paul Langevin, CE Guye, CTR Wilson, O W Richardson

23/08/2011

13

Mulanya...


Landasan teori kuantum


Landasan teori kuantum:

23/08/2011

14

Termodinamika

Termodinamika = dinamika termo,

dinamika panas, aliran panas,

mengalir dari benda bersuhu tinggi ke

bersuhu rendah.

Aliran baru akan berhenti ketika suhu

keduanya sama, setimbang termal.

Model mekanika untuk menjelaskan

aliran panas dikembangkan pada

abad ke-19 di Inggris, dibnagun atas

jasa James Watt (1736-1819),

Skotlandia


Termodinamika

• James Prescott Joule (1818-

1889) menunjukkan bahwa

ternyata “panas dapat

disetarakan dengan suatu

kerja mekanik tertentu”


Kesetaraan mekanik panas merupakan cikal bakal kajian termodinamika

23/08/2011

15

Termodinamika


Muncul dugaan: “sebab panas dapat diubah menjadi kerja maka panas

merupakan suatu bentuk energi”

Kata “energy” (bhs Yunani) bermakna “mengandung kerja”

Termodinamika

Dugaan belum terbukti.

1847 Herman von

Helmholtz (1821-1894)

mengeluarkan hukum

kelestarian energi


Setiap kehilangan energi di satu

tempat pasti dihantikan dengan energi

yang sama di tempat yang lain dalam

sistem yang sama

23/08/2011

16

Termodinamika

Pada 1850, Rudolf Clausius (1822-1888) menyebut Hukum

Helmholtz sbg Hk I Termodinamika.

Clausius merumuskan Hk kedua Termodinamika: energi

total suatu sistem selalu menurun karena ada panas

yang hilang dalam proses termodinamika.

Di sini ia memperkenalkan konsep baru “entropi” (konsep

yg berkaitan dg aliran panas)


Entropi suatu sistem tertutup selalu naik & mencapai nilai maks pd

kesetimbangan termal

Eksistensi Atom

• Democritus (460-370 SM): penggagas pertama konsep

atom

• Aristoteles menyanggah Democritus, kemudian hanya

menjadi perdebatan.

• Pada masa Islam: atom asy’ariyah

• John Dalton (1766-1844), kimiawan Inggris,

menggunakan konsep ini untuk memperkirakan sifat-

sifat unsur & senyawa 1806, konsep atom masih belum

diterima. (ini abad ke-19)

• 100 tahun kemudian, “perhitungan Einstein” &

“percobaan Jean Perin (1870-1942)” menarik banyak

orang untuk menerima konsep atom ( ini abad ke-20)


Belum ada bukti selama abad ke-19, para teoretisi sudah menggunakan

konsep atom

23/08/2011

17

Eksistensi Atom

• JC Maxwell, fisikawan Scotlandia, bikin teori kinetik gas

1859. (Maxwell adalah penganut atom)


Ia menganggap gas sbg kumpulan molekul yg banyak sekali yang bergerak

secara acak, saling bertumbukan, juga dg dinding bejana.

Berdasarkan rerata

statistik, teorinya

Maxwell ingin

menunjukan bahwa

sifat makroskopik

bisa ditebak dari

model mikroskopik

molekul –molekul

gas

Eksistensi Atom

Asumsi Maxwell:

1. Molekul itu seperti bola pejal,

diameternya << jarak antar

molekul

2. Kelestarian energi berlaku pd

tumbukan antar molekul

3. Molekul bergerak lurus, laju

tetap, tidak berinteraksi satu

sama lain

4. Posisi dan kecepatan molekul

mula-mula bersifat acak


Asumsi ke-4 sangat

revolusioner

23/08/2011

18

Eksistensi Atom

• Dalam 1 mol gas ada 6 x 1023

partikel

• Bayangkan ada

600 000 000 000 000 000 000 000

Maka mustahil jika menghitung satu

demi satu partikel dengan hk

Newton.

Hebatnya, teori Maxwell bisa

mengaitkan kecepatan rata-rata

kuadrat molekul-molekul dengan

suhu


PANAS ada karena gerak acak atom yang terus menerus

Eksistensi Atom

Sumbangan penting Maxwell:

Tebakan distribusi kecepatan yg

mungkin dimiliki molekul-molekul.

Distribusi ini memberikan rentang

kecepatan yang mungkin.


Ini kurva distribusi

Maxwell. Jadi

PELUANG

digunakan jika

PERHITUNGAN

YANG PASTI

mustahil

dilakukan

23/08/2011

19

Mekanika Statistik

• Teori Kinetik Maxwell mengilhami

Ludwig Boltzman (1855-1906), 1870-an.

Hukum Distribusi Kanonik, bisa diterapkan pd sebarang

kumpulan yg memiliki gerak bebas acak

Teorema ekopartisi tenaga, energi disebar

merata ke segenap tingkatan ketika sistem

mencapai kesetimbangan termal.

Tafsiran baru entropi, “peluang suatu susunan sistem

yang dipilih atom-atom pembentuknya”

Kalau Clausius 1850: entropi menunjukkan ketidakberaturan atom-

atom dalam sistem


Mekanika Statistik

• Tafsiran baru entropi,

“peluang suatu susunan sistem

yang dipilih atom-atom pembentuknya”

• Rumusan entropi,

S = k log WK = tetapan Boltzman

W = peluang suatu susunan atom yang bisa terjadi


23/08/2011

20

Mekanika Statistik


Sebuah disiplin/metode baru yang dapat memprakirakan sifat-sifat

makroskopik suatu benda dari perilaku statistik bagian-bagian

mikroskopik penyusunnya

Mekanika Statistik

• Boltzmann beranggapan “perubahan sistem dari keadaan kurang

mungkin menuju keadaan lebih mungkin terjadi jika dirangsang oleh

panas atau getaran mekanis sampai tercapainya keseteimbangan

termal. Inilah keadaan yang paling mungkin & entropinya

maksimum”

• Meskipun mustahil menghitung gerakan milyaran partikel, metode

peluang dapat menyajikan jawaban keadaan mana yg paling

mungkin terjadi.

• Boltzmann juga memperkenalkan konsep fluktuasi. Ini kontroversial

kala itu.


Tafsiran peluang entropi Boltzmann memeluangi terjadinya penggerombolan

semua molekul dalam sistem gas tertutup di salah satu pojok bejana. Inilah

yang disebut energi fluktuasi.

23/08/2011

21


Documents

Sejarah Teori Kuantum Garis Waktu