conok \>uiirudciu junu uniiurdi niiku 1uowuii|uiiuiu irovi1ori Ciu vijuouFisikaFisika mempeIajari gejaIa aIam yang tidak hidup atau materi daIam Iingkupruang dan waktu. Para fisikawan atau ahIi fisika mempeIajari periIaku dansifat materi daIam bidang yang sangat beragam, muIai dari partikeIsubmikroskopis yang membentuk segaIa materi (fisika partikeI) hinggaperiIaku materi aIam semesta sebagai satu kesatuan kosmos.Mekanika klasikHukumgerak newton, mekanika lagrangianElektromagnetikElektrostatik, listrik, magnesitas, persamaanMaxwwellTermodinamikaMesin panas,Teori kinetisMekanika kuantumPersamaan schrodinger,Teori medan kuantumTeori relativitasRelativitas khususRelativitas umum$Wualamperkembanaannva sebelum mekanlka kuanLum dlkenal mekanlka klaslk (newLon Laaranae PamllLon dll) WMekanlka klaslk adalah baalan darl llmu flslka menaenal aava vana beker[a pada benda Serlna dlnamakan mekan|ka Newton darl newLon dan hukum aerak newLon Mekanlkaklaslk dlbaal men[adl sub baalan laal valLu sLaLlka (mempela[arl benda dlam) klnemaLlka(mempela[arl benda beraerak) dan dlnamlka (mempela[arl benda vana Lerpenaaruh aava) LlhaL [uaa mekanlka WMekanlka klaslk menaaambarkan dlnamlka parLlkel aLau slsLem parLlkel,ekan|ka k|as|k sukses men[e|askan gerak d|nam|s bendabenda makroskop|sTentang Mekanika KlasikMeskipun mekanika klasik hampir cocok dengan teori "klasik" lainnya seperti elektrodinamika dantermodinamika klasik, ada beberapa ketidaksamaan ditemukan di akhir abad 19 yang hanya bisadiselesaikan dengan fisika modern. Ketika mekanika klasik digabungkan dengan termodinamika klasik, mekanika klasik menuju keparadoks Gibbs yang menjelaskan entropi bukan kuantitas yang jelas dan ke penghancuran ultraviolet yang memperkirakan benda hitam mengeluarkan energi yang sangat besar. Usaha untuk menyelesaikan permasalahan ini menuju ke pengembangan mekanika kuantum.Sebelum masa mekanlka kuanLum cahava dlkelompokkansebaaal aelombana elekLromaaneLlk berkaL keberhasllanMaxwell memperoleh hasll perhlLunaan kecepaLanaelombana elekLromaaneLlk vana LernavaLa sama denaankecepaLan cahava Cahava sebaaal aelombana sanaaLberhasll men[elaskan beberapa slfaLslfaL cahavahakekaL aelombana cahava valLu keLlka aelombana cahavadlLembakkan pada permukaan loaam makaeneral vana dlLerlma oleh permukaan sebandlna denaan lnLenslLascahava luas permukaan loaam vana dlslnarl dan lamanva penvlnaran lnl berarLl bahwa apablla lnLenslLas cahavakecll dlperlukan wakLu vanaleblh lama aaar eneral vana dlserap elekLron cukup besar unLuk melepaskan dlrlnvadarl permukaan loaammakln Llnaal lnLenslLas cahava makln banvak pula eneral vana dlserap oleh elekLron pada permukaan loaamPada akhir abad ke 19 para iImuwan tertarik pada pembahasan spektrum radiasitermaI, yang tidak dapat dijaIaskan dengan teori-teori kIasik di atas. Akibatnya, dasar-dasar fisika yang ada secara radikaI diteIiti-uIang, dan daIam perempatpertama abad 20 muncuI berbagai pengembangan teori seperti reIativitas danmekanika kuantum. ahaya dalam Pandangan Fisika Klasik@elah dlpaparkan sebelumnva bahwa ada halhal vana Lldak dapaL dlka[l denaan flslka klaslk seperLl Lldak blsamen[elaskan ae[alaae[ala flslka vana berslfaLmlkroskofls dan beraerak denaan kecepaLan vana mendekaLl kecepaLan cahava dan masalah radlasllnLeraksl radlasl maLerl Cleh karena lLu dlperlukancara pandana vana berbeda denaan sebelumnva dalammen[elaskan ae[ala flslka LersebuLpada akhir abad ke 19 Spektrum radiasi thermaI menjadi bahan yang menarik bagi para iImuwan, dan haIini tidak dapat dijeIaskan dengan teori kIasik.Radiasi termal adalah pancaran suatu benda yang disebabkan oleh suhunya.Sebaran intensitasnya sebagai fungsi frekuensi atau fungsi panjang gelombang disebut spektrumradiasi thermal. *Setiap benda secara kontinu memancarkan radiasi panas dalam bentuk gelombangelektromagnetik.Secara umum bentuk terinci dari spectrum radiasi panas yang dipancarkan oleh suatu benda panas bergantung pada komposisi benda itu. Meskipun demikian hasil eksperimen menunjukkan bahwa ada satu kelas benda panasyang memancarkan spectra panas dengan kalor yang universal. Benda ini disebut benda hitam (black body).*Sehingga pembahasan radiasi termal dibatasi pada pembahasan benda hitam sempurna9ada Lahun 1839 CusLav klrchoff membukLlkan suaLuLeorema berdasarkan pada Lermodlnamlka bahwaseLlap benda dalam keadaan keseLlmbanaan Lermaldenaan radlasl dava vana dlpancarkan adalahsebandlna denaan dava vana dlserapnvaunLuk benda hlLam Leorema klrchoff dlnvaLakan oleh uenaan %@%adalah suaLu funasl unlversal (sama unLuksemua benda) vana beraanLuna hanva pada frekuensl cahava dan @ suhu muLlak benda 9ersaman dl aLas menun[ukkan bahwa dava vana dlpancarkan persaLuan luas persaLuan frekuensl olehsuaLu benda hlLam beraanLuna hanva pada suhu danfrekuensl cahava dan Lldak beraanLuna pada slfaL flslkadan klmla vana menvusun benda hlLamRadiasi total, yaitu jumlah energi pancaran thermal meliputi semua ferkuensiataupanjang gelombang, per satuan luas, per satuan waktu yang secaramatematis dapat dituliskan sebagai berikut :1. Hukum StefanJosef Stefan(1835-1893) padatahun1879. amendapatkansecaraeksperimenbahwadaya total persatuan luas yang dipancarkan pada semua frekuensi oleh suatu benda hitampanas, Itotal(intensitasradiasi total), adalahsebandingdenganpangkat empat dari suhumutlaknya. Karena itu, bentuk persamaan empiris hukum Stefan ditulis sebagai berikut : Pukum9eraeseran Wlen@erdapaL hubunaan anLara suhu suaLu benda sempurna hlLam denaan pan[ana aelomabnamakslmum valLu pan[ana aelombana vana menahasllkan @%%bernllal makslmumSecara maLemaLls dlnvaLakan denaan Tentang osilator-osilator yang menjadi sumber energi pancaran thermal Max Planck mengandaikan hal-hal berikut :1. Energi yang dapat dimiliki osilator tersebut tidak kontinu, melainkanberharga diskrit, yaitu kelipatan dari hv :dalam ungkapan tersebut h dinamakan tetapan Planck, sedangkanadalahfrekuensi geratan2. Sebaran energi osilator menganut distribusi Boltzmann, yaitu kebolehjadianbahwa osilator mempunyai energi antara s dan (s+As) adalah:Pengandaian yang (1) tidak lazim saat itu, karena teori medan tidak mengenalkuantisasi energi, pengandaian tersebut merupakan suatu konsep baru. Makadigunakan kedua andaian tersebut untuk menentukanmenurut Planck.Dengan manipulasi matematika diperolehSehingga :pabila diambil harga rata-rata osilator tersebut, maka rapat energi dalamrongga menjadi :tau :Ungkapan rapat energi radiasi tersebut diturunkan sepenuhnya bersifat teoritikdengan :a. Menentukan jumlah mode getar dalam satuan volum rongga denganmenggunakan teori medan elektromagnetik; khususnya tentang syarat-syaratyang harus dipenuhi suatu gelombang tegak dalam rongga yang berdidinglogam.b. Mengandaikan bahwa setiap mode getar dalam ruang rongga, berkaiatandengan satu osilator yang ada pada permukaan dinding logam.c. Mengandaikan bahwa energi osilator hanya dapat memiliki harga yang diskrit, andaian ini menolak bahwa teori ekipartisi energi berlaku untuk sistemosilator.d. Mengandaikan bahwa sebaran energi osilator mengikuti distribusiBoltzmann.Perangkat pengandaian tersebut dinamakan 5ostulat Planck yang dirumuskan secara sederhana sebagaiberikut:energi osiIator harmonik dengan frekuensi , terbatas pada harga-hargayang merupakan keIipatan dari )"Planck menamakan satuan energi tersebut sebagai kuantum". Tetapan Planck h kemudian diukur secara teliti dan menghasilkan harga :Planck mengajukan konsep kuantisasi energi yang dapat dimilikioleh osilatorosilator harmonik pada permukaan logam, dengantetap menganggap bahwa energi dalam rongga teta5-er-entuk gelom-ang(merupakan teori klasik). Sehinggateori Planck pun tidak bisa menjelaskan dengan lengkapmenjelaskan fenomena radiasi benda hitam ini.lberL LlnsLeln berhasll men[elaskan efek foLo llsLrlkdenaan konsep modernvana dldasarl oleh pendapaL9lanckEfek foto listrik menurut teori klasik :(i) Ketika cahaya ditembakkan pada permukaan logam, maka energi yang diterimaoleh permukaan sebanding dengan intensitas cahaya, luas permukaan logam yang disinari dan lamanya penyinaran. lni berarti bahwa apabila intensitascahaya kecil, diperlukan waktu yang lebih lama agar energi yang diserapelektron cukup besar untuk melepaskan dirinya dari permukaan logam.(ii)makin tinggi intensitas cahaya makin banyak pula energi yang diserap oleh elektron pada permukaan logam. (iii) Seperti halnya dengan butir (i) di atas, besarnya energi yang diterima elektron, secara klasik ditentukan oleh intensitas cahaya dan bukan oleh frekuensinya. Sebabitu adanya potensial henti yang berbeda untuk setiap logam,(iv) menurut teori klasik energi efektron seharusnya tidak bergantung padafrekuensi.Lfek foLollsLrlk adalah suaLu perlsLlwa dlmana elekLronelekLronkeluar darl permukaan loaam apablla pada loaam lLu dl[aLuhkancahava denaan pan[ana aelombana LerLenLu1887, Heinririch Hertz meIakukan percobaan tentang geIombangIektromagnetik.Iompatan Iucutan Iistrik dapat terjadi antara dua sistem yang beresonansi"1900, P lenard berhasil membelokkan berkas partikel yang ke luar dari sebuahpermukaan dengan menggunakan sebuah medan magnet. Dari percobaan itu iamendapatkan perbandingan antara muatan dan massa partiket tersebut yang samadengan yang diperoleh Thomson dalam percobaannya mengukure/m dari elektron.Skema peralatan dasar percobaan LenardCahaya yang dijatuhkan pada katoda C sehingga dari C ke luar elektron. Banyaknya elektronyang mencapai anoda A dapat terlihat pada anis yang diukur oleh, Ammeter. Anoda Adapat dibuat positif atau negatif untuk menarikatau menotakelektron.P Menurut pengamatan Lenard, arus maksimum sebandingdengan intensitas cahaya. pabila intensitas cahaya ataubesarnya energi per satuan waktu yang tiba pada katodadiduakalikan, maka diharapkan arus maksimumnya juga duakali besarnya. Jika V negatif, elektron-elektron akan ditolak olehanoda karena muatan elektro negatif. Elektron yang dapat tibadi anoda ialah elektron yang mempunyai energi kinetik awallebih besar dari pada eV. Jika V lebih kecil dari Vo, tidak adaelektron yang mencapai anoda. Potensial Vo disebut "Stopping Potensial atau "Potensial Henti.P Dengan demikian maka berlaku hubungan :P Suatu hal yang mengherankan pada waktu itu ialah hasileksperimen menunjukkan bahwa Vo ( tidak bergantung kepadaintensitas cahaya yang datang. Tampak bahwa bertambahnyaenergi yang jatuh pada katoda, tidak menambah energi kinetikmaksimum yang dipancarkan oleh elektron.P pen[elasanlberL LlnsLeln LenLana efek foLo llsLrlk denaan dldasarl olehpendapaL9lanck llma Lahun sebelumnva vanamemposLulaLkan bahwacahava aLau leblh khususnva radlasl elekLromaaeneLlk dapaL dlbaal dalampakeLpakeL LerLenLu vana dlsebuL kuanLa dan berada dalam ruana 8erhasllmen[elaskan bahwa unLuk membuaL elekLron Lerpancar darl permukaanloaam dlperlukan cahava vana menumbuk Cahava LersebuL harus memlllklfrekuensl meleblh frekuensl ambana darl loaam LersebuL Lfek foLo llsLrlk lnlLldak beraanLuna pada lnLenslLas cahava vana dlLembakan seperLlpandanaan mekanlka klaslk LeLapl hanva beraanLuna pada frekuenslnva sa[a Walaupun cahava lemah dlLembakan LeLapl memlllkl frekuensl vana meleblhl frekuensl ambana LernvaLa ada elecLron vana dlpancarkanP 9ernvaLaan LlnsLeln bahwa cahava Leradlaslkan dalam benLuk pakeLpakeLeneral vana kemudlan dlsebuL kuanLaP @eorl kuanLum vana menvaLakan bahwa cahava Leradlasl dalam benLukpakeLpakeL eneral secara Lerplsah dan dlserap oleh elekLron secaralndlvldual berhasll men[elaskan efek foLo llsLrlk denaanbalk valLu padalnLenslLas cahava vana lemah pun blsa Lerpancarkan elekLron darl loaamasalkan frekuensl cahava vana dlberlkan meleblhl frekuensl ambana darlloaam vana dlslnarl enri Poinoare (1912)ualamLullsannva vana ber[udul Sur la Lheorle des quanLa la menvaLakan bahwa walaupun Leorl LenLanakuanLlsasl eneral (vana dlnvaLakan9lanck) berhasll dancukup fenomenal namun pada saaL lLu Lldak adaperLlmbanaan vana LepaL LenLana kuanLlsasl Clehkarena lLu kemudlan Leorl LersebuL dlsebuL denaanteotlkoootomlomoalau teori mengenai energi yang disebut kuantum olehPlanck, dan teori kkuantisasi energi Einstein yang terinspirasidari teori Planck dikatakan sebagai teori kuantum lama, namun dua teori inilah yang mendasari perkembangan fisikakunatum berikutnya.iels Bohr (1913)ohr mencoba men[e|askan gar|sgar|sspektrum dar| atom hydrogen denganmenggunakan teor| kuant|sas|Ne||s ohr (1913)pptxouis de BrogIie (1924)menyatakan teor|nya tentang ge|ombangmater| dengan menyatakan bahwa part|ke|dapat menun[ukan s|fat ge|ombang danseba||kanya 1eor| |n| ber|aku utuk part|ke|tungga||ou|s de brog||epptx(1925) Werner ne|senberg dan ,ax orn mengembangkan mekan|ka matr|ksberdasarkan pem|k|ran de rog||e(|ah|rnya mekan|ka kuantum modern)(1926) Lrw|n 5chrod|nger ,erumuskan mekan|ka ge|ombang danpersamaan nonre|at|v|st|k 5chrod|nger sebaga| pendekatan terhadap kasus umumdar| teor| de rog||eersamaan schrod|ngerpptxne|senberg (1927) merumuskan pr|s|pket|daktentuannya D|racsek|tar tahun 1927 D|rac memproses penyatuanmekan|ka kuantum dengan re|at|v|tas khususdengan menga[ukan persamaan d|rac untuke|ektron ersamaan d|rac mampu men[e|askangambaran re|at|v|st|c dar| fungs| ge|ombang dar|sebuah e|ectron yang gaga| d|[e|askan o|eh5chrodonger(1927)||mu k|m|a kuantum d|r|nt|s o|eh f|s|kawanWa|ter ne|t|er dan Ir|tz London yang mempub||kas|kan suatu stud| tentang |katankova|en dan mo|eku| hydrogen(1932) Neumann Janosmerumuskan dasar matematika yang kuat untuk mekanika kuantum sebagai teori operator.1eor| kuantum chromoynam|cs pertama ka|| d|rumuskan padaawa| tahun 1960 1eor| tersebut d|rumuskan o|eh o||tzer Gross dan W||czek pada tahun 1975 engembangan awa| o|eh 5chw|nger eter n|ggs Go|dstone dan |a|n|a|n 5he|don Lee G|ashow 5teven We|nberg dan Abdus 5a|am menun[ukan secara |ndependen baga|mana gaya nuk||r |emah dan e|ektrod|nam|ka kuantum dapat d|gabungkan men[ad| satu gaya |emah e|ektrodar| krono|og|s f|s|ka kuantum yang d|paparkansebe|umnya ber|kut merupakan beberapa eksper|menyangmendasar| perkembangan f|s|ka kuantum P @homas ?ouna denaan eksperlmen celah aandamendemonsLraslkan slfaL aelombana cahava pada Lahun1803PPenrl 8ecquerel menemukan radloakLlvlLas pada Lahun1896P!! @hompson denaan eksperlmen slnar kaLodamenemuka elecLron pada Lahun 1897PSLudl radlasl benda hlLam anLara 1830 sampal 1900 vana dl[elaskan Lanpa menaaunakan konsep mekanlkakuanLumPLlnsLeln men[elaskan efek foLo llsLrlk pada Lahun 1903 denaan menaaunakan konsep foLon dan parLlkel cahavadenaan eneral LerkuanLlsaslP oberL Mlllkan menun[ukan bahwa arus llsLrlk berslfaL seperLl kuanLadenaan menaaunakan eksperlmen LeLes mlnvak pada Lahun 1909P LrnesL uLherford menaunakapkan model aLom puddlna valLu massadan muaLan posLlf darl aLom LerdlsLrlbusl meraLa denaan percobaanlempenaan emas pada Lahun 1911P CLLl SLern dan WalLher Cerlach mendemonsLraslkan slfaLLerkuanLlsaslnva spln parLlkel vana dlkenal denaan eksperlmen SLernCerlach pada Lahun 190P CllnLon uavlsson dan LesLer Cermer mendemondLraslkan slfaLaelombana darl elecLron melalul percobaan dlfraksl elecLron padaLahun 197P Clvde L Cowan dan lrederlck elnes men[elaskan keberadaanneuLrlno pada Lahun 1933P Clauss !onsson denaan eksperlmen celah aanda menaaunakanelecLron pada Lahun 1961P Lfek Pall kuanLum vana dlLemukan oleh klaus von kllLzlna pada Lahun1980 danP LksperlmenLal verlvlcaLlon dan quanLum enLanalemenL olehlaln specL pada Lahun 198/~ ~..Fisika kuantum seringkaIi disebut dengan istiIah mekanika kuantum atau teori medan kuantum.Fisika kuantum itu sendiri adaIah cabang dasar fisika yang menggantikan mekanika kIasik pada tataranatomdan subatom.Dasar dari mekanika kuantum adaIah bahwa energi itu tidak kontinyu, tapi diskrit -- berupa 'paket' atau'kuanta'IstiIah kuantum itu sendiri adaIah bentuk jamak dari kuanta. Kuanta adaIah suatu paket atau 'partikeI' daIam cahaya. IstiIah ini diperkenaIkan oIeh NieIs Bohr, awaI abad ke-20.Mekanika kuantum sangat berguna untuk menjeIaskan periIaku atom dan partikeI sub atomiksepertiproton, neutron dan eIektronyang tidak mematuhi hukum-hukum fisika kIasik.Menurut mekanika kuantum, ketika sebuah eIektron berpindah dari tingkat energi yang Iebih tinggi ketingkat energi yang Iebih rendah, energi berupa sebuah partikeI cahaya yang disebut foton, diIepaskannergi tersebut sebesar := hf$