Halo sobat fisika! Sudah tahu belum jika mayoritas fisikawan menganggap mekanika kuantum hanya berlaku pada skala mikroskopis? Ternyata fakta itu memang benar.
Beruntungnya, seiring dengan perkembangan zaman pandangan tersebut mulai terbantahkan yang mana beberapa dari fisikawan modern meyakini bahwa fisika klasik setara dengan mekanika kuantum karena dunia kuantum ternyata berlaku pada semua skala walaupun kebanyakan efek kuantum sulit dijumpai di dunia makroskopis.
Beruntungnya, seiring dengan perkembangan zaman pandangan tersebut mulai terbantahkan yang mana beberapa dari fisikawan modern meyakini bahwa fisika klasik setara dengan mekanika kuantum karena dunia kuantum ternyata berlaku pada semua skala walaupun kebanyakan efek kuantum sulit dijumpai di dunia makroskopis.
Pemahaman Belitan dan Kucing Schrödinger
Kamu harus tahu bahwa pemahaman belitan pertama kali disampaikan oleh Erwin Schrödinger pada tahun 1935 untuk menjelaskan eksperimen pikirannya yang terkenal dalam fisika, yaitu “Kucing Schrödinger”. Apa sih yang dimaksud dengan pemahaman belitan? Pemahaman belitan merupakan petunjuk awal bahwa ukuran atau skala bukanlah faktor penentu cakupan fisika klasik ataupun mekanika kuantum. Adapun eksperimennya sebagai berikut:
Seseorang dapat mengamati sebuah kotak baja yang berisikan seekor kucing, alat pengukur radiasi (pencacah geiger), sebuah palu, sebotol racun asam hidrosianat, dan sumber radioaktif dengan probabilitas luruh dan takluruh sebesar 50%:50% dalam kurun waktu satu jam. Jika zat radioaktif itu meluruh, maka akan terdeteksi oleh pencacah dan akan melepaskan palu yang memecahkan botol racun sehingga kucing akan mati. Namun, jika pengamat itu pergi dan meninggalkan kotak tersebut selama kurun waktu satu jam, maka pengamat akan mengatakan bahwa kucing yang berada di dalam kotak tersebut masih hidup jika zat radioaktif itu takluruh.
Ternyata, eksperimen pikiran ini memiliki banyak interpretasi dari berbagai ilmuwan diantaranya interpretasi Kopenhagen, interpretasi ansambel, interpretasi rasional, dan interpretasi lainnya. Salah satu interpretasi yang terkenal, yaitu interpretasi Eugene P. Winger pada tahun 1961. Seperti apa ya interpretasinya itu?
Interpretasi Eugene P. Winger
Interpretasi ini mengasumsikan kotak baja sebagai pengganti ruangan tertutup dan menempatkan dua orang pengamat. Pengamat A berada di luar dan pengamat B berada di dalam ruangan tertutup. Apa sih tujuannya menempatkan dua orang pengamat itu? Tujuannya itu agar dapat berkomunikasi satu sama lain. Pengamat A hanya mengetahui bahwa zat radioaktif luruh dan takluruh sehingga kucing mati sekaligus hidup, karena pengamat A berada di luar ruangan tertutup. Berbeda dengan pengamat B yang mengamati kucing secara langsung dengan melihatnya hidup ataupun mati.
Menariknya lagi, pengamat A akan menyelipkan sehelai kertas ke bawah pintu dan hanya bertanya “Apakah kucingnya berada dalam status definitif?” dan dijawab “Ya” oleh pengamat B. Definitif adalah kejadian yang sudah pasti yang kucing itu benar-benar hidup ataupun benar-benar mati (bukan mati sementara). Pengamat A tidak bertanya kucingnya hidup atau mati secara langsung, karena pertanyaan itu bersifat memaksa terhadap hasil (kolaps) sehingga harus dihindari.
Perlu diketahui, penyelipan kertas ke bawah pintu merupakan aksi yang dapat dibalik yang mana pengamat A dapat membatalkan aksinya. Jika kucing tetap hidup, racun tetap berada dalam botol dan partikel belum meluruh, serta pengamat B tidak pernah melihat kucing mati. Kertas itu sebagai pengamat B pernah mengamati kucing sebagai objek yang hidup definitif atau mati definitif. Sehingga pengamat A dapat membalikkan pengamatannya untuk menghindari agar tidak kolaps. Namun, pengamat B menganggap statusnya memang kolaps karena melihat hasilnya definitif, yaitu kucingnya hidup atau mati yang mana kertas adalah buktinya.
Maka dari itu, pengamat A berpikir bahwa mekanika kuantum berlaku pada objek makroskopis bukan hanya pada kucingnya dan pengamat B berpikir bahwa tidak berlakunya superposisi atau status kucing bisa mati sekaligus hidup yang mana menurut interpretasi lain status kucing tersebut dalam keadaan superposisi. Sehingga Eugene P. Winger dan David Deutsch beragumen bahwa fisikawan harus memahami mekanika kuantum lebih dalam.
Kamu juga harus tahu bahwa benda makroskopis lebih rentan terhadap dekoherensi daripada benda mikroskopis. Apa itu dekoherensi? Dekoherensi adalah sebuah konsep yang memungkinkan untuk mengetahui sistem kuantum akan kehilangan keadaan superposisi dan akan runtuh sebagai suatu keadaan klasik. Sesuai hasil pengamat B, yaitu kucing tetap hidup atau mati. Sehingga terbentuklah pemahaman belitan yang diciptakan oleh Schrödinger agar mekanika kuantum tetap ada. Pemahaman belitan mengikat partikel individual ke dalam kesatuan tidak terbagi-bagi walaupun partikel tersebut terpisah jauh contohnya adalah elektron.
Agar kamu lebih yakin lagi terkait fakta mekanika kuantum ini. Berikut ini merupakan bukti-bukti pemahaman belitan yang diyakini mengurusi skala makroskopis. Apa saja ya bukti-buktinya?
1. Perilaku Subatom Garam dan Subatom Kuantum Lainnya
Bukti pertama, pada tahun 2003 Gabriel Aeppli dan koleganya dari University Colledge London melakukan eksperimen yang hasilnya, yaitu atom-atom dari sebutir garam lithium flouride akan lebih cepat merespon untuk mengarah secara teratur sesuai dengan arah medan magnet ketika sebutir garam tersebut ditempatkan di medan magnet pada yang suhu rendah. Anehnya, perilaku atom-atom tersebut lebih sesuai dengan prediksi kuantum daripada prediksi klasik di mana keterjeratan terlibat di sana. Bahkan, terdapat juga hasil penelitian lain yang mengamati perilaku subatom lainnya dengan suhu yang lebih hangat juga menyimpulkan bahwa keterjeratan memang terlibat di sana.
2. Mata Burung Robin Eropa Mampu Melihat Inklinasi Medan Magnet Bumi
Bukti kedua, burung Robin dapat melihat inklinasi medan magnet bumi karena di matanya terdapat molekul yang peka terhadap cahaya sehingga elektron dapat menciptakan ketidakseimbangan yang mengubah reaksi kimia di mata burung tersebut. Reaksi kimia ini dilanjutkan ke otak oleh saraf-saraf sehingga akhirnya menciptakan citra medan magnet di otak burung. Kelebihan ini dimanfaatkan untuk bermigrasi setiap tahunnya dari Skandinavia (Eropa) menuju dataran khatulistiwa Afrika dan akan kembali lagi pada musim semi. Kerennya, mereka menempuh perjalanan pulang juga pergi sejauh 13.000 km dengan mudah dan alami tanpa membutuhkan bantuan kompas sebagai alat navigasi yang sesuai dengan hasil penelitian Wolfgang dan Roswitha Wiltschko (suami-istri) dari Universitas Frankfurt pada tahun 1970-an dan penelitian lainnya.
3. Jalur Tempuh Elektron pada Proses Fotosintesis Tanaman
Bukti terakhir, Graham R. Fleming, Mohan Sarovar, dan koleganya di Universitas California, serta Gregory D. Scholes dari Universitas Toronto pernah melakukan eksperimen pemahaman belitan pada proses fotosintesis tanaman. Kita tahu, cahaya matahari akan diserap oleh tanaman dan diubah sebagai energi kimia. Ketika cahaya matahari masuk ke dalam sel-sel tanaman, maka elektron akan keluar dari sel-sel tanaman tersebut. Kemudian elektron harus mencari jalan tercepat agar dapat menuju ke pusat reaksi kimia yang mana elektron itu dapat disimpan dan sebagai energi sebagai tenaga tanaman.
Sayangnya, Fisika klasik gagal menjelaskan fenomena ini. Dalam dunia kuantum, partikel dapat menempuh berbagai jalur dalam satu waktu sekaligus, sehingga medan elektromagnetik pada sel tanaman tersebut dapat membantu elektron menempuh berbagai jalur dengan cepat agar dapat memasuki pusat reaksi.
Berdasarkan bukti-bukti tersebut, maka dapat dinyatakan bahwa mekanika kuantum ternyata berlaku pada semua skala baik mikroskopis maupun makroskopis. Pemahaman belitan yang membuat itu semua terjadi, setujukah demikian?
