1234 Street Name, City Name, United States
(123) 456-7890 info@yourdomain.com

KEGAGALAN MEKANIKA KLASIK dan PENERAPAN MEKANIKA KUANTUM

KEGAGALAN MEKANIKA KLASIK dan PENERAPAN MEKANIKA KUANTUM

Widya Puspita Dewi -141810301005-Struktur Atom

 

  • Mekanika klasik

Mekanika klasik adalah bagian dari ilmu fisika mengenai gaya yang bekerja pada benda, dan sering dinamakan “Mekanika Newton”. Mekanika klasik dibagi menjadi tiga sub bagian yaitu statika (mempelajari benda diam), kinematika (mempelajari benda gerak) dan dinamika (mempelajari benda yang terpengaruh gaya).

Mekanika klasik menghasilkan hasil yang sangat akurat dalam kehidupan sehari-hari, diikuti dengan relativitas khusus untuk sistem yang bergerak dengan kecepatan sangat tinggi, mendekati kecepatan cahaya, mekanika kuantum untuk sistem yang sangat kecil, dan medan teori kuantum untuk sistem yang memiliki kedua sifat tersebut. Mekanika klasik juga masih sangat berguna karena lebih sederhana dan mudah diterapkan dari teori lainnya, dan memiliki perkiraan yang valid dan luas terapannya.

Mekanika klasik dapat digunakan untuk menjelaskan gerakan benda sebesar manusia (seperti gasing dan bisbol), juga benda-benda astronomi (seperti planet dan galaksi) serta beberapa benda mikroskopis (molekul organik).

Mekanika klasik menggambarkan dinamika partikel atau sistem partikel. Dinamika partikel ditunjukkan dengan hukum-hukum Newton tenteng gerak, terutama oleh hukum kedua Newton. Hukum ini menyatakan “sebuah benda yang memperoleh pengaruh gaya atau interaksi akan bergerak sedemikan rupa sehingga laju perubahan waktu dari momentum sama dengan gaya tersebut”.

Fisika klasik memiliki dua cabang utama, yaitu:

  1. Mekanika klasik newtonian: dicirikan dengan kehadiran partikel sebagai suatu yang terkurung di dalam ruang. Istilah terkurung dapat dikatakan sebagai adanya batas yang jelas antara materi dan sesuatu yang berada diluar dirinya maupun lingkungan.
  2. Teori medan elektromagnetik maxwellian: dicirikan oleh kuantitas medan dari gelombang yang menyebar dalam ruang seperti kabut dengan ketebalan yang berbeda dan menipis sampai akhirnya benar-benar lenyap.

Fisikawan saat itu masih belum dapat menjelaskan “kenapa suatu benda memancarkan cahaya ketika dipanaskan sampai tempertur tinggi”, ketika mekanika klasik tidak bisa menjelaskan gejala-gejala fisika yang bersifat mikroskofis dan bergerak dengan kecepatan yang mendekati kecepatan cahaya. Oleh karena itu, diperlukan cara pandang yang berbeda dengan sebelumnya dalam menjelaskan gejala fisika tersebut.

  • Kegagalan Mekanika Klasik
  1. Radiasi benda hitam

Semua benda apabila berada pada suhu diatas nol mutlak(oo K) akan memancarkan cahaya pada semua panjang gelombang. Apabila benda hitam sempurna (tidak memantulkan cahaya apapun), cahaya yang datang darinya disebut radiasi benda hitam.

Penjelasan mekanika klasik: Cahaya adalah gelombang elektromagnetik yang dihasilkan ketika muatan listrik bergetar. (bergetar berarti setiap perubahan dalam bagaimana muatan bergerak — mempercepat, memperlambat, atau mengubah arah.) Diingatkan kembali bahwa panas hanya energi kinetik dari gerak acak. Dalam sebuah benda panas, elektron bergetar secara acak dan menghasilkan cahaya. Apabila benda lebih panas berarti memiliki energi getaran lebih besar dan lebih banyak cahaya yang dipancarkan. Tapi fisika klasik tidak bisa menjelaskan bentuk dari spektrum benda hitam. Elektron dalam benda panas bisa bergetar dengan suatu jarak frekuensi. Rangenya mulai dari sangat sedikit getaran per detik sampai sangat banyak getaran per detik. Sebenarnya, tidak ada batas untuk seberapa besar frekuensi dapat bergetar. Fisika klasik mengatakan bahwa setiap frekuensi getaran harus memiliki energi yang sama . Karena tidak ada batas untuk seberapa besar frekuensi dapat bergetar, maka tidak ada batasan untuk energi dari getaran elektron pada frekuensi tinggi. Ini berarti bahwa, menurut fisika klasik, seharusnya tidak ada batasan untuk energi dari cahaya yang dihasilkan oleh elektron bergetar yang pada frekuensi tinggi. Berdasarkan eksperimen, spektrum hitam selalu menjadi kecil di sisi kiri (panjang gelombang pendek, frekuensi tinggi).

Teori klasik tentang spektrum radiasi benda hitam dijelaskan oleh teori Wien dan teori Rayleigh Jeans :

  • Teori Wien menyatakan hubungan antara intensitas radiasi dengan panjang gelombang menggunakan analogi antara radiasi dalam ruangan dan distribusi kelajuan molekul gas. Persamaan tersebut hanya mampu menjelaskan radiasi benda hitam untuk λ pendek, tetapi gagal untuk λ
  • Teori Rayleigh-Jeans menyatakan hubungan antara intensitas dengan panjang gelombang radiasi dengan menggunakan penurunan dari teori klasik murni. Ternyata persamaan tersebut berhasil menjelaskan radiasi benda hitam untuk λ yang panjang, tetapi gagal untuk λ yang pendek

 

Pada sekitar tahun 1900, Max Planck datang dengan solusi. Ia menyatakan bahwa ide klasik yang masing – masing frekuensi getaran harus memiliki energi yang sama sebenarnya salah. Sebaliknya, ia mengatakan bahwa energi tidak dibagi sama rata oleh elektron yang bergetar dengan frekuensi yang berbeda (secara kontinu). Planck mengatakan bahwa energi datang dalam rumpun secara beretahap. Ia menyebut rumpun atau berkas – berkas kecil tersebut kuantum.

Teori kuantum dari Planck diakui kebenarannya karena dapat dipakai untuk menjelaskan berbagai fenomena fisika yang saat itu tidak bisa diterangkan dengan teori klasik. Teori inilah yang kemudian digunakan Einsten untuk menjelaskan efek fotolistrik dan Bohr menjelaskan spektrum atom hidrogen.

  • Mekanika kuantum

Mekanika kuantum adalah dasar awal periode ketika mekanika klasik tidak bisa menjelaskan gejala-gejala fisika yang bersifat mikroskofis (berukuran sangat kecil) ( dan bergerak dengan kecepatan yang mendekati kecepatan cahaya. Diperlukan cara pandang yang berbeda dengan sebelumnya dalam menjelaskan gejala fisika tersebut. Sejarah mekanika kuantum dimulai ketika Michael Faraday menemukan sinar katoda, kemudian pada tahun 1859-1860 Gustav Kirchoff memberikan pernyataan tentang radiasi hitam.

Pada tahun 1888, Heinrich Hertz membuat sebuah alat yang dapat memproduksi radiasi yang memiliki frekuensi rendah sehingga menghasilkan cahaya tampak yang dapat pula kita sebut sebagai ”microwave” atau gelombang micro. Penelitian awal yang dilakukan adalah menjelaskan teori dasar tentang alam yang mana pada dasarnya adalah berasal dari radiasi Elektromagnetik.

Pada tahun 1900, fisikawan berkebangsaan Jerman Max Planck (1858-1947) menganggap bahwa benda hitam menyerap energi dalam berkas-berkas kecil dan memancarkan energi yang diserapnya dalam berkas-berkas kecil pula yang pada akhirnya berkas-berkas kecil itulah yang disebut kuantum dan menemukan konstanta Planck. Teori kuantum ini diibaratkan dengan naik atau turun menggunakan tangga, melalui hipotesa ini Planck berhasil menemukan persamaan matematika untuk radiasi benda hitam yang benar-benar sesuai dengan data percobaan yang diperoleh dan selanjutnya disebut Hukum Radiasi Benda Hitam Planck yang menyatakan bahwa intensitas cahaya yang dipancarkan dari suatu benda hitam berbeda-beda sesuai dengan panjang gelombang cahaya. Planck mendapatkan suatu persamaan :

E = hf

yang menyatakan bahwa energi suatu kuantum (E) adalah setara dengan nilai tetapan tertentu yang dikenal sebagai Tetapan Planck (h= 6,626 x 10-34 (J s)), dikalikan dengan frekuensi (f) kuantum radiasi. Tahun 1905, Albert Einstein menemukan energi cahaya datang dalam bentuk kuanta yang disebut foton dari penjelasan efek fotolistrik. Selanjunya, dengan menggunakan kuantisasi, Niels Bohr berhasil menjelaskan garis spektrum hidrogen pada tahun 1913. Pada tahun 1924, Louis de Broglie memberikan teorinya tentang gelombang benda.

Persamaan gelombang dari Erwin Schrodinger menghasilkan tiga bilangan gelombang (bilangan kuantum) untuk menyatakan kedudukan (tingkat energi, bentuk, serta orientasi) suatu orbital, yaitu: bilangan kuantum utama (n), bilangan kuantum azimut (l) dan bilangan kuantum magnetik (m). Louis de Broglie mengembangkan efek dualisme Albert Einstein tidak hanya berlaku untuk cahaya, tetapi untuk semua partikel kuantum lainnya seperti elektron, proton, neutron, dll. Tahun 1932, Neumann Janos merumuskan dasar matematika yang kuat untuk mekanika kuantum sebagai teori operator. Hingga akhirnya muncul ilmuwan-ilmuwan lain seperti Dirac, Wolfgag Pauli, Victor Weisskopf dan Pascaul Jordan yang mengembangkan teori medan magnet dan dikembangkan dalam formulasi elektrodinamika kuantum oleh para ilmuwan seperti Richard Feynman, Freeman Dyson, Julian Schwinger, dan Tomonaga Shin’ichirō pada tahun 1940-an. Mekanika kuantum bertujuan mengkoreksi teori mekanika klasik yang gagal dalam menjelaskan fenomena mekanik pada skala atomik dan subatomik.

 

Sumber:

http://cheminlove.blogspot.com/2008/09/mekanika-klasik-dan-mekanika-kuantum.html. (diakses sabtu, 22 Agustus 2015 pukul 09.00 WIB).

http://bandiyahsriaprillia-fst09.web.unair.ac.id/artikel_detail-41083-KUANTUM-Sejarah%20Kuantum.html. (diakses Jum’at, 22 Agustus 2015 pukul 09.00 WIB).
http://staff.uny.ac.id/sites/default/files/pengabdian/r-yosi-aprian-sari-msi/mgmp-fisika-bantul.pdf. (diakses sabtu, 22 Agustus 2015 pukul 09.00 WIB).

http://www.sejarah-negara.com/2014/10/max-planck-sang-penemu-teori-kuantum.html. (diakses sabtu, 22 Agustus 2015 pukul 09.00 WIB).

https://en.wikipedia.org/wiki/Classical_mechanics. (diakses sabtu, 22 Agustus 2015 pukul 09.00 WIB).

 

Skip to toolbar