FENOMENA kuantum merujuk pada perilaku dan sifat materi dan energi pada skala yang sangat kecil, yaitu pada tingkatan atom dan subatom. Hukum kuantum secara signifikan berbeda dari hukum fisika klasik yang kita kenal pada skala makroskopis, dan seringkali perilaku kuantum bertentangan dengan intuisi kita.
Berikut adalah beberapa fenomena kuantum yang paling terkenal:
Superposisi (Keadaan Bertumpuk)
Superposisi adalah salah satu fenomena yang paling mendasar dalam mekanika kuantum. Fenomena ini merujuk pada kemampuan suatu partikel kuantum untuk berada dalam beberapa keadaan sekaligus.
Baca juga: Mengapa Kadar Oksigen Menipis Saat Berada di Puncak Gunung?
Dalam mekanika kuantum, partikel seperti elektron tidak memiliki keadaan tetap hingga mereka diukur. Sebelum pengukuran, mereka dikatakan berada dalam superposisi, yang berarti mereka berada dalam semua kemungkinan keadaan sekaligus.
Bayangkan anda memiliki sebuah koin. Ketika anda melemparkannya, sebelum melihat hasilnya, koin tersebut bisa jadi berada dalam keadaan 'kepala' atau 'ekor'.
Dalam dunia kuantum, koin tersebut secara simultan berada dalam kedua keadaan tersebut sampai kita mengamati hasilnya. Dengan kata lain, suatu partikel kuantum dapat berada dalam beberapa keadaan sekaligus, hingga kita mengamati atau mengukurnya.
Baca juga: Mengapa Tubuh Kita Menggigil Saat Kedinginan?
Alhasil, keadaan kuantum dapat dijelaskan sebagai superposisi dari berbagai kemungkinan lain (Brian Greene, "The Elegant Universe", 1999).
Fenomena ini sangat berbeda dengan intuisi kita tentang dunia sehari-hari. Hal ini karena sifat kuantum partikel-partikel tersebut yang memungkinkan mereka untuk 'bermain-main' dengan berbagai kemungkinan hingga satu keadaan spesifik diamati.
Salah satu eksperimen yang memperlihatkan fenomena ini adalah eksperimen celah ganda, di mana partikel seperti elektron dapat menunjukkan perilaku seperti gelombang dan partikel sekaligus (Richard Feynman, "QED: The Strange Theory of Light and Matter", 1985).
Baca juga: Mengungkap Fakta Menarik Mengenai Mata Minus: Pandangan yang Memudar
Entanglement (Pertalian Kuantum)
Pertalian kuantum, atau entanglement, adalah salah satu fenomena yang paling mempesona dan misterius dalam mekanika kuantum. Ini menggambarkan hubungan khusus antara dua atau lebih partikel di mana keadaan satu partikel secara langsung terkait dengan keadaan partikel lain, tanpa memperhatikan jarak yang memisahkan keduanya.
Bayangkan dua partikel yang telah bertalian. Jika kita mengukur keadaan dari satu partikel (misalnya, spinnya), kita akan tahu keadaan dari partikel lainnya dengan segera, bahkan jika partikel tersebut berada di sisi lain alam semesta.
Hal ini terjadi tanpa adanya sinyal atau komunikasi antara dua partikel tersebut, sehingga tampaknya melanggar intuisi kita tentang bagaimana informasi bisa bergerak.
Albert Einstein pernah menyebutnya sebagai "spooky action at a distance" karena sifatnya yang misterius dan sulit dipahami (Albert Einstein, Boris Podolsky, dan Nathan Rosen, "Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete?", 1935).
Meskipun konsep ini tampak aneh dan sulit dipercaya, entanglement telah terbukti melalui berbagai eksperimen dan sekarang merupakan dasar dari banyak aplikasi teknologi kuantum mutakhir, termasuk komputasi kuantum dan kriptografi kuantum.
Eksperimen Bell, yang dinamai sesuai dengan fisikawan John Bell, adalah salah satu eksperimen paling terkenal yang memvalidasi keberadaan pertalian kuantum dan menantang pemahaman klasik kita tentang realitas.
Pengukuran dalam Mekanika Kuantum
Pengukuran dalam mekanika kuantum adalah proses yang sangat unik dan menantang. Ketika kita mengukur suatu sistem kuantum, hasil yang kita dapatkan selalu adalah salah satu dari kemungkinan keadaan sistem tersebut.
Namun yang menarik, sebelum pengukuran, sistem tersebut mungkin berada dalam superposisi dari beberapa keadaan. Saat pengukuran dilakukan, superposisi tersebut 'runtuh' menjadi salah satu kemungkinan keadaan (Werner Heisenberg, "The Physical Principles of Quantum Theory", 1930).
Selain itu, ada prinsip ketidakpastian Heisenberg yang mengatakan bahwa tidak mungkin untuk mengetahui dua besaran tertentu (seperti posisi dan momentum) dari sebuah partikel kuantum secara simultan dengan presisi yang sempurna.
Artinya, semakin pasti kita mengetahui posisi partikel, semakin tidak pasti kita mengetahui momentumnya, dan sebaliknya (Werner Heisenberg, "Über den anschaulichen Inhalt der quantentheoretischen Kinematik und Mechanik", 1927).
Kuantisasi Energi
Salah satu fenomena menakjubkan lainnya dalam mekanika kuantum adalah kuantisasi energi. Ini berarti bahwa energi tidak bisa memiliki nilai sembarang, tetapi harus berada pada nilai-nilai tertentu yang diskrit.
Sebagai contoh, elektron yang mengorbit inti atom hanya bisa memiliki tingkat energi tertentu dan tidak lainnya. Ini terungkap dari eksperimen yang menunjukkan spektrum garis tertentu saat atom-atom diterangi (Niels Bohr, "On the Constitution of Atoms and Molecules", 1913).
Konsep kuantisasi energi memperjelas mengapa elektron dalam atom tidak jatuh ke inti meskipun ditarik oleh gaya elektromagnetik. Mereka tetap pada tingkat energi mereka kecuali jika ada perubahan energi yang spesifik yang membuat mereka berpindah ke tingkat energi lain (Max Planck, "The Theory of Heat Radiation", 1914).
Tunel Kuantum
Tunel kuantum adalah fenomena di mana partikel seperti elektron dapat melewati rintangan yang, menurut hukum fisika klasik, seharusnya tidak bisa mereka lalui. Bayangkan bola yang berguling mendekati bukit; menurut hukum klasik, bola tersebut memerlukan energi tertentu untuk melewati bukit.
Namun, dalam dunia kuantum, ada kemungkinan bola tersebut "menembus" bukit tanpa perlu energi ekstra, meskipun peluangnya sangat kecil (Richard Feynman, "Quantum Mechanical Tunneling", 1965).
Fenomena ini memiliki implikasi penting dalam berbagai teknologi, termasuk dioda terowongan dan pemindaian mikroskop terowongan. Tunel kuantum juga memainkan peran dalam reaksi nuklir di matahari, di mana partikel dapat 'menembus' rintangan energi untuk melakukan fusi.
Penutup
Fisika kuantum telah terbukti akurat dalam mendeskripsikan berbagai fenomena alam pada skala mikroskopik dan telah menjadi dasar untuk teknologi seperti transistor, laser, dan komputer kuantum.
Meskipun demikian, banyak fenomena kuantum yang masih sulit dipahami secara intuitif dan menjadi topik perdebatan di kalangan fisikawan.
