23/08/2011
UNIVERSITAS AHMAD DAHLAN
Pendidikan Fisika http://pf.uad.ac.id
Sejarah Teori Kuantum Kuliah Sejarah Fisika
Rachmad Resmiyanto http://rachmadresmi.staff.uad.ac.id
Garis Waktu 1940: 1905: Albert Einstein menulis makalah, "On a Heuristic Viewpoint Concerning the Production and Transformation of Light“; mengajukan ide kuanta energi untuk efek fotolistrik
1918: Max Planck dapat nobel Fisika
1922:
1925:
Niels Bohr dapat nobel fisika
•Asas ketidakpastian Heisenberg
1921: 1900:
1913:
Niels Bohr Max Planck mengajukan teori mengajukan teori struktur atom tentang radiasi benda hitam
23/08/2011
1932:
•Werner Heisenberg Eksperimen Sterndapat Nobel Gerlach •Wolfgang Pauli fisika (pembuktian teori membangun Persamaan kuantisasi ruang) bilangan Schrodinger kuantum keempat, spin
•Nobel fisika untuk efek fotolistrik
Pauli membuktikan teorema statistik spin
1926:
1924: •Louis De Broglie mempublikasika n disertasinya “Recherches sur la théorie des quanta”, yang memperkenalkan teori gelombang elektron
Rachmad Resmiyanto
1929:
1933:
Louis De •Otto Stern Broglie dapat mengukur nobel fisika momen untuk magnetik untuk hipotesisnya proton •Schrodinger dapat nobel
1944: •Wolfgang Pauli dapat nobel fisika
1943: •Otto Stern dapat nobel fisika
2
1
23/08/2011
Apa itu Teori Kuantum?
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
3
Apa itu Teori Kuantum? Teori kuantum tidak terjangkau intuisi dan menentang pikiran lazim
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
4
2
23/08/2011
Apa itu Teori Kuantum? Teori kuantum tidak terjangkau intuisi dan menentang pikiran lazim
Konsepnya disejajarkan dengan filsafat timur, malah dipakai untuk meneliti rahasia kesadaran, kehendak bebas, dan paranormal
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
5
Apa itu Teori Kuantum? Teori kuantum tidak terjangkau intuisi dan menentang pikiran lazim
Teori kuantum tak pernah gagal
Konsepnya disejajarkan dengan filsafat timur, malah dipakai untuk meneliti rahasia kesadaran, kehendak bebas, dan paranormal
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
6
3
23/08/2011
Apa itu Teori Kuantum? Teori kuantum tidak terjangkau intuisi dan menentang pikiran lazim
Teori kuantum tak pernah gagal
Teori ini sangat matematis
Konsepnya disejajarkan dengan filsafat timur, malah dipakai untuk meneliti rahasia kesadaran, kehendak bebas, dan paranormal
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
7
Apa itu Teori Kuantum? Teori kuantum tidak terjangkau intuisi dan menentang pikiran lazim
Teori kuantum tak pernah gagal
Teori ini sangat matematis
Konsepnya disejajarkan dengan filsafat timur, malah dipakai untuk meneliti rahasia kesadaran, kehendak bebas, dan paranormal
23/08/2011
Gagasannya sama sekali mengubah cara kita memandang realitas
Rachmad Resmiyanto
8
4
23/08/2011
Apa itu Teori Kuantum?
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
9
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
Rachmad Resmiyanto
10
5
23/08/2011
Fisika klasik • Fisika klasik: mekanika Newton dan elektromagnetisme Maxwell abad ke-19
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
11
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
Rachmad Resmiyanto
12
6
23/08/2011
Anggapan Dasar Fisika Klasik 1.
2.
3.
4.
5. 6.
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. 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. Determinisme. Jika sekarang diketahui keadaan gerak suatu partikel, maka gerakannya dapat diketahui juga pada sebarang titik di masa depan dan masa lalu. Cahaya sbg gelombang. Sifat-sifat cahaya bisa dilukiskan secara lengkap dengan teori gelombang elektromagnetika Maxwell (dibuktikan Thomas Young 1802, interferensi celah ganda) Partikel vs gelombang. Energi yang bergerak dapat dilukiskan dalam 2 model: partikel, gelombang. Keduanya terpisah. Pengukuran. Sifat sistem dapat diukur dengan ketelitian tak terbatas, termasuk sistem atomik.
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
13
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
Rachmad Resmiyanto
14
7
23/08/2011
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
Rachmad Resmiyanto
15
Konferensi Solvay 1927
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
16
8
23/08/2011
Konferensi Solvay 1927 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 23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
17
Hey.... Semuanya berawal Konferensi 1927 dari saya lho Solvay 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
Rachmad Resmiyanto
18
9
23/08/2011
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…
Konferensi Solvay 1927
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
19
Konferensi Solvay 1927 Semua orang itu sepakat dengan tafsiran teori kuantum saya kecuali satu orang saja, ya siapa lagi kalau bukan Einstein... [..Insaflah Einstein...]
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
20
10
23/08/2011
Konferensi Solvay 1927 Sssttt.... Jangan berdebat terus... Ini sesi foto.. Lihat, saya yang paling flamboyan kan... Jaket sporty, dasi kupu-kupu...
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
21
Konferensi Solvay 1927
Brussel
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
22
11
23/08/2011
Konferensi Solvay 1927 Mereka pulang dengan memendam perdebatan bersejarah antara Einstein dan Bohr, mengemban gagasan paling menakjubkan yang pernah dibuat para ilmuwan. Teori kuantum adalah sebuah kegilaan. Heisenberg, Bohr (Copenhagen) Dirac (Cambridge) Einstein, Planck Schrodinger (Berlin) Max Born (Goettingen)
De Broglie (Paris)
23/08/2011
Pauli (Zurich)
Rachmad Resmiyanto
23
Konferensi Solvay 1927 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
Rachmad Resmiyanto
24
12
23/08/2011
Mulanya...
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
25
Landasan teori kuantum
Landasan teori kuantum:
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
26
13
23/08/2011
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
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
27
Termodinamika • James Prescott Joule (18181889) menunjukkan bahwa ternyata “panas dapat disetarakan dengan suatu kerja mekanik tertentu”
Kesetaraan mekanik panas merupakan cikal bakal kajian termodinamika
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
28
14
23/08/2011
Termodinamika
Muncul dugaan: “sebab panas dapat diubah menjadi kerja maka panas merupakan suatu bentuk energi” Kata “energy” (bhs Yunani) bermakna “mengandung kerja”
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
29
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
Rachmad Resmiyanto
30
15
23/08/2011
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 23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
31
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 sifatsifat 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
Rachmad Resmiyanto
32
16
23/08/2011
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 23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
33
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
23/08/2011
Asumsi ke-4 sangat revolusioner
Rachmad Resmiyanto
34
17
23/08/2011
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 23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
35
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
Rachmad Resmiyanto
36
18
23/08/2011
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 atomatom dalam sistem
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
37
Mekanika Statistik • Tafsiran baru entropi, “peluang suatu susunan sistem yang dipilih atom-atom pembentuknya” • Rumusan entropi,
S = k log W K = tetapan Boltzman W = peluang suatu susunan atom yang bisa terjadi
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
38
19
23/08/2011
Mekanika Statistik
Sebuah disiplin/metode baru yang dapat memprakirakan sifat-sifat makroskopik suatu benda dari perilaku statistik bagian-bagian mikroskopik penyusunnya
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
39
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
Rachmad Resmiyanto
40
20
23/08/2011
23/08/2011
Rachmad Resmiyanto
41
21
