Teori Mekanika Kuantum

Mekanika Kuantum – Dalam pelajaran fisika ada banyak sekali cabang dasar yang bisa kita pelajari. Salah satu di antaranya adalah mekanika kuantum. Melansir dari Wikipedia, mekanika kuantum merupakan cabang dasar fisika yang menggantikan mekanika klasik pada tataran sistem atom dan subatom. teori-mekanika-kuantum

Sistem yang mengikuti mekanika kuantum ini bisa diposisikan dalam superposisi kuantum pada keadaan yang berbeda, tidak seperti pada fisika klasik. Ilmu seputar mekanika kuantum memberikan kerangka matematika untuk berbagai cabang fisika dan kimia, tak terkecuali fisika atom, fisika molekular, kimia komputasi, kimia kuantum, fisika partikel, dan fisika nuklir.

Mekanika kuantum adalah bagian dari teori medan kuantum dan fisika pada umumnya, yang bersama relativitas umum merupakan salah satu pilar dalam fisika modern. Dasar mekanika kuantum adalah bahwa energi itu tidak kontinu tetapi diskrit. Konsep mekanika kuantum sendiri terbilang revolusioner sebab bertentangan dengan fisika klasik yang beranggapan bahwa energi itu berkesinambungan.

Teori Mekanika Kuantum Menurut Para Ahli

Sekarang kita bahas lebih lanjut seputar bagaimana teori mekanika kuantum menurut para ahli. Ada setidaknya tiga pendapat ahli yang kami himpun untuk menjelaskan tentang teori atom mekanika kuantum. Simak penjelasan di bawah ini.

Louis Victor de Broglie

Menurutnya, gerakan partikel seperti elektron memiliki sifat-sifat panjang gelombang. Sehingga berlaku hukum-hukum gelombang berikut:

Hukum Gelombang: λ = h/p = h/(m.v)

Werner Heinsberg

Selain Louis, Warner Heinsberg turut memiliki pandangan tersendiri soal teori mekanika kuantum. Ia menjelaskan bahwa kedudukan dan momentum elektron tidak dapat ditentukan dengan tepat secara bersamaan atau yang juga bisa disebut dengan asas ketidakpastian. Sehingga elektron yang mengelilingi inti, jaraknya dari inti hanya bisa ditentukan dengan kemungkinan-kemungkinan saja.

Baca juga: Teori Asam Basa Lewis

Erwin Schrodinger

Sedangkan menurut Erwin Schrodinger, elektron bisa dianggap sebagai gelombang materi yang gerakannya dapat disamakan dengan gerakan gelombang. Pernyataan itu disebut dengan istilah mekanika gelombang atau mekanika kuantum.

Selain itu ia juga menyatakan bahwa kedudukan elektron dalam atom tidak bisa ditentukan secara pasti. Yang dapat ditentukan hanya probabilitasnya atau daerah kemungkinan keberadaannya saja. Ruangan yang memiliki probabilitas terbesar ditemukan elektron disebut orbital.

Model Atom Mekanika Kuantum

Dalam skala atomik elektronik dapat dilihat sebagai gejala gelombang yang tidak memiliki posisi tertentu di dalam ruang. Posisi elektron diwakili oleh kebolehjadian atau peluang terbesar ditemukannya elektron di dalam ruang.

Prinsip dualisme gelombang partikel digunakan untuk mendapatkan penjelasan yang lengkap dan umum dari struktur atom. Dalam hal ini gerak elektron digambarkan sebagai sebuah gejala gelombang.

Persamaan dinamika Newton yang awalnya digunakan untuk menjelaskan gerak elektron digantikan dengan persamaan Shcrodinger yang menyatakan fungsi gelombang untuk elektron. Sehingga model atom yang didasarkan pada prinsip itu disebut model atom mekanika kuantum.

Persamaan Shcrodinger untuk elektron di dalam atom dapat memberikan solusi yang diterima. JIka ditetapkan bilangan bulat tiga parameter yang beda dan menghasilkan tiga bilangan kuantum.

Ketiga bilangan kuantum itu antara lain ini yaitu bilangan kuantum utama, orbital, dan magnetik. Jadi gambaran elektron di dalam atom diwakili oleh seperangkat bilangan kuantum.

Kelebihan dan Kekurangan Teori Mekanika Kuantum

Penemuan teori dan model atom mekanika kuantum oleh Erwin Shcrodinger dapat menyempurnakan sejumlah kelemahan yang ada dalam teori atom Bohr. Tidak hanya itu, teori ini juga membuka pemahaman baru tentang struktur atom dan pergerakan elektron di dalam bom.

Lantas apa saja yang menjadi kelebihan dan kekurangan teori mekanika kuantum ini? Berikut penjelasan selengkapnya yang bisa Anda cermati.

Kelebihan Teori Mekanika Kuantum

Ada setidaknya empat kelebihan dari teori atom mekanika kuantum, antara lain:

1. Dapat menjelaskan posisi kebolehjadian ditemukannya elektron.
2. Dapat menjelaskan posisi elektron ketika mengorbit.
3. Dapat mengukur perpindahan energi eksitasi dan emisinya
4. Mengidentifikasi proton dan neutron pada inti. Sementara elektron berada pada orbitnya.

Kekurangan Teori Mekanika Kuantum

Selain mempunyai beberapa kelebihan, teori atom mekanika kuantum juga mempunyai beberapa kelemahan. Berikut adalah kekurangan dari teori ini:

1. Persamaan ini hanya dapat diterapkan secara eksak untuk partikel dalam kotak dan atom dengan elektron tunggal
2. Sulit diterapkan untuk sistem makroskopis dengan kumpulan atom, misalnya adalah hewan.

Gambar Atom Mekanika Kuantum

Model atom mekanika kuantum menyebutkan bahwa elektron dalam atom memiliki sifat partikel dan sifat gelombang. Gambar di atas merupakan ilustrasi sebuah model atom mekanika kuantum.

Aplikasi Teori Mekanika Kuantum

Mekanika kuantum berhasil menjelaskan berbagai hal yang terjadi di alam semesta. Seringkali mekanika kuantum menjadi satu-satunya alat yang bisa menjelaskan perilaku individu dan partikel subatomik yang membentuk segala bentuk zat, seperti elektron, proton, neutron, foton dan lain sebagainya.Mekanika kuantum juga mempengaruhi teori dawai, kandidat untuk teori segala sesuatu.

Mekanika kuantum sangat penting untuk memahami bagaimana atom individu bergabung secara kovalen untuk membentuk molekul. Menariknya sebagian besar perhitungan kimia komputasi modern mengandalkan mekanika kuantum. Berikut adalah teknologi modern yang beroperasi pada skala di mana efek kuantum memberikan pengaruh signifikan.

Elektronik

Banyak peralatan modern yang didesain dengan memakai mekanika kuantum. Misalnya adalah laser, transistor, mikroskop, elektron hingga magnetic resonance imaging (MRI). Selain itu lampu LED yang menjadi sumber cahaya dengan efisiensi tinggi juga memanfaatkan teori mekanika kuantum.

Peralatan elektronik kebanyakan beroperasi dengan efek quantum tunneling. Contoh sederhananya adalah saklar lampu. Saklar tidak bisa bekerja jika elektron tidak bisa melewati terowongan kuantum lewat lapisan oksidasi pada permukaan kontak logam.

Kriptografi

Para ilmuwan diketahui tengah meneliti untuk mencari metode paling baik untuk memanipulasi keadaan kuantum. Usaha yang dilakukan adalah pengembangan kriptografi kuantum. Secara teknis kriptografi kuantum bisa menjamin pengiriman informasi secara aman.

Komputasi Kuantum

Tidak berhenti sampai di situ, ilmuwan juga melakukan pengembangan komputer kuantum. Rencananya komputasi kuantum dimanfaatkan untuk melakukan tugas komputasi tertentu dengan kecepatan melebihi komputer biasa

Tidak dengan memakai bit biasa, komputer kuantum memanfaatkan qubits yang bisa digunakan dalam keadaan superposisi. Selain itu penelitian lainnya yang tengah dilakukan adalah teleportasi kuantum yang mendalami teknik untuk mengirim informasi kuantum pada jarak yang bebas.

Teori Kuantum

Teori kuantum juga memberikan penjelasan yang akurat terhadap banyak fenomena yang sebelumnya tidak bisa dijelaskan. Misalnya adalah radiasi benda hitam dan stabilitas orbital elektron pada atom. Ilmu ini juga memberikan gambaran pada berbagai sistem biologi, misalnya reseptor bau dan struktur protein.

Tidak hanya itu saja, penelitian terbaru mengenai fotosintesis juga memberikan bukti bahwa korelasi kuantum memiliki peran penting dalam proses dasar pada tanaman dan banyak organisme lainnya.

Fisika klasik seringkali dapat memberikan perkiraan yang baik seperti fisika kuantum. Umumnya pada kasus dengan partikel jumlah besar atau bilangan kuantum besar. Sebab perumusan klasik jauh lebih sederhana dan mudah untuk dihitung daripada perumusan kuantum. Perkiraan klasik dipakai dan lebih dipilih saat sebuah sistem cukup besar untuk menjadikan efek mekanika kuantum menjadi kecil.