Azas Ketidaktentuan Heisenberg

Seorang ilmuwan Perancis Marquis de Laplace pada awal abad ke-19, bahwa alam

semesta bersifat deterministik. Laplace menyarankan seharusnya ada seperangkat hukum-

hukum ilmiah yang akan terjadi dalam alam semesta, dengan cukup mengetahui keadaan

lengkap alam semesta pada satu waktu. Bahkan ia mengandaikan adanya hukum-hukum

serupa yang mengatur semua hal lain, termasuk tabiat manusia. Hal ini mendorong seorang

ilmuwan Jerman Werner Heisenberg untuk merumuskan asas ketidakpastiannya (1926 M)

yang mempunyai implikasi yang sangat signifikan terhadap cara manusia memandang dunia.

Sebelum itu, seorang ilmuwan Jerman lain, Max Planck (1858-1947 M),

mengemukakan Teori Kuantum (1900) yang menjelaskan laju pemancaran radiasi dari dalam

benda panas dengan sangat memuaskan. Max Planck mengemukakan, bahwa cahaya, sinar-X

dan gelombang-gelombang lain tidak dapat dipancarkan dengan laju sewenang-wenang

(arbitrer), melainkan hanya dalam paket-paket tertentu yang disebutnya kuantum (jamak:

kuanta). Lebih dari itu, tiap kuantum mempunyai kuantitas energi tertentu, yang makin besar

dengan makin tingginya frekuensi, sehingga pada frekuensi yang cukup tinggi pemancaran

sebuah kuantum tunggal menuntut energi yang lebih besar daripada yang tersedia. Jadi

radiasi pada frekuensi tinggi akan dikurangi dan laju hilangnya energi benda itu akan

terhingga.

Teori kuantum inilah yang kemudian berimplikasi pada lahirnya asas ketidakpastian

Heisenberg. Menurut Heisenberg, untuk memprediksikan posisi dan kecepatan sebuah

partikel di masa depan, orang harus mampu mengukur posisi dan kecepatannya di masa kini

dengan tepat. Cara yang jelas adalah dengan menyinari partikel itu. Beberapa gelombang

cahaya akan dihamburkan oleh partikel itu dan hamburannya ini akan menyatakan posisinya.

Namun posisi suatu partikel tidak akan mampu ditetapkan dengan lebih tepat daripada jarak

antara puncak gelombang cahaya. Jadi diperlukan cahaya dengan gelombang pendek agar

lebih cermat dalam mengukur posisi partikel tersebut. Menurut hipotesis kuantum Planck,

cahaya tidak dapat digunakan dengan kuantitas sewenang-wenang kecilnya; cahaya bisa

digunakan dalam sekurang-kurangnya satu kuantum. Kuantum ini akan mengganggu partikel

itu dan mengubah kecepatannya sehingga kecepatannya itu tidak bisa diprediksikan. Lebih

dari itu makin tepat posisi suatu partikel diukur, makin pendek gelombang cahaya yang

diperlukan. Hal ini akan mengakibatkan makin tinggi energi suatu kuantum tunggal, sehingga

makin parah kecepatan partikel itu terganggu. Dengan kata lain, makin tepat posisi partikel

itu diukur, maka makin kurang tepat pula untuk mengukur kecepatannya, demikian juga

sebaliknya.

Heisenberg menunjukkan bahwa ketidakpastian posisi partikel kali ketidakpastian

kecepatan kali massa partikel tidak pernah dapat lebih kecil daripada suatu kuantitas tertentu,

yang disebut tetapan planck. Lagi pula batas ini tidak bergantung pada cara pengukuran

posisi atau kecepatan partikel, atau pada tipe partikeL. Asas ketidakpastian Heisenberg

adalah sifat mendasar yang tidak dapat dihindari dari dunia ini. Asas ketidakpastian

mengisyaratkan berakhirnya impian Laplace akan suatu teori sains, suatu model alam semesta

yang sama sekali bersifat deterministic pasti orang tidak dapat meramalkan masa depan

peristiwa-peristiwa dengan eksak jika orang bahkan tidak dapat mengukur keadaan masa kini

alam semesta dengan cermat. Hingga kemudian pada dasa warsa 1920-an Heisenberg, Erwin

Schrödinger, dan Paul Dirac, mereka merumuskan kembali mekanika kuantum, yang

didasarkan pada asas ketidakpastian.

Di tahun 1927 Heisenberg menunjukkan bahwa ada batas yang mendasar ( azasi )

pada ketelitian dari beberapa pengukuran fisik yang dilakukan secara bersamaan. Batasan ini

berlaku pada sejumlah kombinasi variable dinamik ( koordinat, kecepatan, momentum sudut,

energi, waktu ). Yang memiliki dimensi fisik dari aksi, yaitu : massa. panjang2. waktu-1. atau

energi. waktu, dan dapat diungkapkan oleh hubungan-hubungan :

∆ q∆ ρ≥h/2 (1)

∆ E ∆ t ≥h/2 (2)

Dengan h=h/2π , ∆ qadalah akar kuadrat rata-rata dari ketidaktentuan dalam posisi, ∆ ρ

adalah akar kuadrat rata-rata dari ketidaktentuan dalam momentum, ∆ t adalah akar kuadrat

rata-rata dari ketidaktentuan dalam waktu, dan ∆ E adalah akar kuadrat rata-rata dari

ketidaktentuan dalam energi. Persamaan (2) menunjukkan bahwa bila energi suatu sistem

memiliki suatu harga yang teliti, masa hidup dalam keadaan tersebut adalah tak hingga, dan

kita dapat mengatakan bahwa system berada dalam suatu keadaan stationer. Sebaliknya, bila

masa hidup karakteristik dari satu keadaan adalah ∆ t , ketidaktentuan dalam energi adalah

≥h/2 ∆ t . Karena kecilnya harga h, ketidaktentuan ini tak dapat diamati bagi benda-benda

makroskopik, tetapi bagi elektron-elektron, atom-atom dan molekul-molekul, hubungan

Heisenberg mempunyai arti.

Hubungan ketidaktentuan Heisenberg menunjukkan bahwa tidak ada artinya untuk

menanyakan tentang posisi yang tepat dan kecepatan yang tepat dari satu elektron dalam

suatu atom. Penting untuk menyadari bahwa ketidaktentuan dalam persamaan (1) dan (2)

adalah bukan kesalahan percobaan yang bergantung katakan pada mutu dari peralatan

laboratorium yang dimiliki, tetapi adalah suatu yang tak terpisahkan dalam tiap proses

pengukuran. Sebagai contoh, anda hendak mengukur suhu air panas dalam mangkok. Maka,

Anda akan mengambil termometer dan mencelupkannya ke air tersebut. Dari sini didapat

nilai temperatur yang dicari. Tetapi ada masalah. Termometer adalah benda fisik. Ketika

termometer dicelupkan, akan terjadi aliran kalor dari air menuju termometer (karena suhu

termometer lebih rendah). Termometer pun jadi lebih hangat. Sehingga, yang terukur

bukanlah suhu air sebenarnya melainkan suhu air yang sudah dipengaruhi oleh termometer.

Contoh pada skala atom, hal yang sama juga terjadi. Bagaimana cara mengukur gerakan

elektron? Dengan memanfaatkan partikel foton. Elektron yang sedang bergerak ditumbuk

oleh foton, kemudian foton tersebut dideteksi energinya.

Dalam ilustrasi di atas tumbukan foton mengakibatkan pergeseran posisi. Meskipun

demikian, pada obyek yang bergerak, keadaannya lebih rumit lagi: bukan saja posisi elektron

yang terpengaruh, kecepatannya pun ikut terganggu, kita pun gagal mengetahui kondisi

elektron yang sebenarnya. Ketidakpastian inilah yang disorot oleh Werner Heisenberg.

Menurut Heisenberg:

“Mustahil untuk bisa mengukur secara tepat posisi sekaligus momentum partikel yang

bergerak. Apabila posisinya diketahui, maka momentumnya tidak akurat. Sebaliknya jika

momentumnya diketahui, maka posisinya lah yang tidak akurat.”

Referensi

Aos, 2012. Asas Ketidakpastian. (Online, Diakses 23 Oktober 2012 )

http://blog-aos.blogspot.com/2012/10/asas- ketidakpastian.html

Anonim____2011. Teori Probabilitas, Teori Normalisasi, dan Asas Ketidakpastian

Heisenberg. ( Online, Diakses November 2011 )

http://ignasiusbagus.blogspot.com/2011/11/teori-probabilitas-teori-normalisasi.html

A.Alberty, Robert & Daniels Farrington, 1983. Kimia Fisika ( jilid I edisi V ). Erlangga :

Jakarta