Teori Dentuman Besar
Teori dentuman besar telah dibuktikan dengan
bukti saintifik yang banyak, termasuklah bukti-bukti matematikal dan persamaan.
Teori relativiti yang umum itu sendiri, mengikut penyelesaian Friedmann [kepada
persamaan bidang Einstein],[1] meramalkan model standar atau
dentuman besar, dan bahawa saiz alam ini adalah kosong atau sangat kecil.
Bukti-buktinya termasuklah bukti pemerhatian
dan pengukuran seperti warna galaksi yang menjadi semakin merah, yang
berdasarkan kesan Doppler, menunjukkan galaksi-galaksi ini mencapah dan alam
ini sedang berkembang; dan bukti seperti radiasi latar belakang kosmik.
Perincian berkenaan bagaimana ahli astronomi dan ahli fizik teoretikal telah
akhirnya menerima model standar, atau dentuman besar akan menyusul.
6.04 Teori Kuantum - Mekanik
Kuantum
Pada permulaan abad kedua puluh, semasa sedang
menyiasat sebab untuk radiasi benda-hitam, Max Planck[2]
membangunkan teori kuantum. Planck menerangkan tenaga elektromagnetik sebagai
kuanta khusus yang boleh dipancarkan atau diserap, bukan sebagai sebuah
gelombang yang berterusan seperti yang beliau bayangkan sebelumnya. Oleh itu,
menurut teori Planck, tenaga diserap atau dipancarkan dari sebuah atom dalam
kuantiti yang khusus, yang disebut sebagai kuanta.
Menurut persamaan Planck, tenaga sebuah zarah
bergantung kepada frekuensi:
E= vh
E: tenaga
v: frekuensi
__________________
[[1]] Dr. Alexander Friedmann
(1888-1925) adalah seorang ahli fizik Russia dan ahli matematik yang terkenal
kerana penyelesaian beliau kepada teori Einstein.
[2] Max Planck, ahli fizik Jerman 23 April
1858 - 4 Oktober (1947) dianggap sebagai pengasas teori kuantum, dan salah
seorang ahli fizik terpenting abad kedua puluh.
Delusi
Ateisme oleh Ahmad Al-Hassan 446
h: pemalar Planck yang digunakan untuk
menjelaskan h kuantum = 6.62606896 X 10-34 j.s
Atau
h = 4.135667516(91) x 10-15 eV·s
Sumber [1]: Agensi angkasa lepas
NASA
_______________________
[1] Boleh
didapati di
http://mynasadata.larc.nasa.gov/science-processes/electromagnetic-diagram/
Delusi
Ateisme oleh Ahmad Al-Hassan 448
Pada tahun 1905, Einstein[1] telah
memasukkan sebuah aplikasi teori kuantum kepada cahaya di dalam salah sebuah
kertas kajiannya. Beliau menjelaskan cahaya sebagai sebuah kuanta (foton),
bukannya gelombang berterusan seperti yang disangka sebelumnya. Kajian ini
mempunyai impak yang besar kepada revolusi mekanik kuantum, begitu juga pada idea
bahawa teori zarah dan teori gelombang saling melengkapi antara satu sama lain
dalam menjelaskan kuantum. Seterusnya, pembentangan Einstein telah mengukuhkan
sifat berkembar gelombang-zarah untuk cahaya (foton) dan seterusnya, sifat
berkembar zarah-gelombang untuk jirim (contoh: elektron).
Teori tradisional klasik yang menjelaskan
berkenaan atom, telah gagal dalam beberapa isu termasuklah perkara berikut:
Di dalam model atom Rutherford, kejatuhan
elektron ke dalam nukleus akan menyebabkan keruntuhan atom. Elektron yang
bercas negatif, dengan mengandaikan bahawa ia stabil, akan tertarik kepada
nukleus yang bercas positif, yang kemudiannya akan jatuh kepada nukleus lalu
meruntuhkan atom.
Teori klasikal tidak menjelaskan berkenaan
pergerakan elektron ke peringkat yang lain, atau dari sebuah orbit ke orbit
yang lain, atau pergerakannya pada mana-mana masa yang khusus.
Ia juga tidak menjelaskan berkenaan kereputan
radioaktif atau pembelahan nukleus-nukleus atomik dan pembebasan zarah seperti
zarah Alfa (yang terdiri dari dua proton dan dua neutron, contohnya, nukleus
Helium yang dipancarkan oleh sebuah nukleus tidak stabil) atau zarah Beta
(sebuah elektron yang dipancarkan ketika kereputan sebuah neutron) di luar
domain nukleus pada waktu tertentu.
Penyelesaian kepada permasalahan ini bermula
apabila Bohr menggunakan teori kuantum untuk menjelaskan apa yang terjadi di
dalam atom.
Pada awalnya, Bohr menjelaskan atom--
sebahagiannya-- berdasarkan kuanta. Beliau mengandaikan elektron memancarkan
atau menyerap sejumlah tenaga yang khusus, dan seterusnya bergerak kepada
peringkat yang lebih rendah atau lebih tinggi.
Oleh itu, beberapa langkah berterusan telah
diambil dalam menuju kepada kuantisasi,
kerana mekanik klasik tidak dapat menjelaskan apa yang terjadi di dalam atom,
_________________
[1] Albert Einstein (1879-1955), seorang warga
Jerman-Amerika, adalah salah seorang ahli fizik paling berwibawa dalam sejarah.
Beliau menjadi terkenal setelah mempersembahkan teori relativiti khusus dan
umum. Beliau telah dianugerahkan Hadiah Novel dalam fizik pada tahun 1921.
Delusi
Ateisme oleh Ahmad Al-Hassan 449
selain tidak dapat digunakan bersama mekanik
kuantum untuk menjelaskan sepenuhnya
atom. Oleh itu, kuantisasi atom berterusan, dan seperti yang kita akan lihat,
tidak ada yang tinggal dari bentuk atom klasikal, iaitu elektron mengorbit
nukleus.
Pun begitu, model atom milik Bohr, yang mana
beliau menyertakan mekanik kuantum dan membina jadual berkala berdasarkannya,
adalah bermanfaat untuk memahami ilmu kimia.
Ini kerana ia hanya berfokuskan kepada mengetahui keadaan elektron di
dalam sesebuah atom apabila mereka berkongsi atau bertukar dengan atom yang
lain untuk mencapai kestabilan (kestabilan dicapai apabila kerangka luar
elektron milik atom yang bersifat hipotetik menjadi penuh. Inilah sebabnya,
model atom milik Bohr tetap dikaji, walaupun ia tidak menggambarkan realiti
atom atau bagaimana elektron terbentuk di dalamnya.
Kemudian datang perincian Louis de Broglie
berkenaan elektron dan zarah fizikal yang bertingkah laku seperti gelombang,
sebagaimana foton dan gelombang tenaga yang bertingkah laku seperti zarah.
Adalah jelas dari perincian ini bahawa fizik klasikal tidak lagi boleh
menjelaskan semua zarah bertingkah laku seperti gelombang, sama seperti jelas
bahawa orbit elektron di dalam atom Bohr bukanlah perincian sebenar berkenaan
apa yang ada di dalam atom.
Sir Arthur
Eddington telah merumuskan situasi ini
dengan pintar sekali di dalam bukunya yang bertajuk The Nature of the Physical
World (Sifat alam Fizikal) yang diterbitkan pada tahun 1929. “Tiada konsep yang kita kenali dapat kita pakai
pada elektron.” kata beliau, dan penerangan terbaik kita berkenaan atom
hanyalah “sesuatu yang tidak kita ketahui sedang melakukan sesuatu yang kita
tidak ketahui.” Namun poin di sini adalah, walaupun kita tidak tahu apa yang
dilakukan oleh elektron di dalam atom, namun kita tahu kepentingan bilangan
elektron. Menambah beberapa nombor boleh menjadikan "Jabberwocky"
saintifik - 'Lapan tove slithy gyre dan gimbal dalam wabe oksigen; tujuh dalam
nitrogen... jika salah satu apinya terlepas, oksigen akan menyamar di dalam
pakaian yang dimilik nitrogen.” Ini
bukan teguran bermuka-muka. Dengan syarat bilangannya tidak berubah, seperti
yang dinyatakan oleh Eddington lebih daripada lima puluh tahun yang lalu, semua
asas fizik boleh diterjemahkan ke dalam "Jabberwocky" [1]
Seterusnya, Heisenberg dengan tepat telah
memperjelaskan atom atau tingkah laku zarah atom, dan ini disebutkan sebagai
mekanik matriks. Beliau kemudiannya memberi fokus kepada matematiknya dan apa
yang boleh diperhatikan, seperti garisan spektral, membatalkan perincian
tradisional berkenaan atom.
____________________
. 1. Sumber (Griben - Mencari kucing
Schrödinger): ms 109
Delusi
Ateisme oleh Ahmad Al-Hassan 450
Kemudian, Paul Dirac[1] telah
membangunkan algebra kuantum, yang lebih bersifat menyeluruh.
Turut diterima adalah elektron yang
bertingkahlaku seperti gelombang sebagaimana yang dijelaskan oleh de Broglie.
Ini telah membolehkan Schrödinger[2] untuk memperincikan mekanik
kuantum dengan gelombang dalam sebuah percubaan untuk memberikan penyelesaian
separa klasikal kepada kuantum. Maka, wujud dua persamaan yang berbeza: satu
persamaan menganggap elektron sebagai zarah, sementara sebuah persamaan lagi
menganggap elektron sebagai gelombang. Kedua-dua jenis persamaan digunakan
untuk menjelaskan apa yang boleh diukur di dalam mekanik kuantum. Apa yang
kerap digunakan dan dikaji adalah mekanik gelombang, atau penyelesaian
Schrödinger, kerana ia lebih mudah untuk difahami dan lebih hampir kepada
bentuk tradisional berbanding mekanik matriks oleh Heisenberg. Walaubagaimanapun, telah didapati
kemudiannya, bahawa kedua-dua penyelesaian adalah sama, dan penyelesaian
gelombang Schrödinger tidak menyelesaikan masalah lompatan gelombang yang
dihadapi oleh penyelesaian klasikal seperti yang diharapkan.
Pertama, kita
mendapati gelombang itu sendiri, setelah pemeriksaan teliti, bersifat sama
abstrak dengan nombor q Dirac. Pengiraan matematik menunjukkan tidak bisa wujud
gelombang sebenar pada ruang sebagaimana riak pada kolam, namun ia boleh
disebut sebagai sebuah bentuk getaran yang kompleks pada ruangan matematikal
yang diimaginasikan, disebut sebagai ruangan konfigurasi. Lebih teruk dari itu,
setiap zarah (sebagai contoh, elektron) memerlukan tiga dimensinya yang
tersendiri. Sebuah elektron secara tunggal boleh dijelaskan oleh sebuah
persamaan gelombang di dalam ruangan konfigurasi tiga dimensi; untuk menjelaskan
dua elektron memerlukan ruangan konfigurasi enam dimensi; tiga elektron
memerlukan sembilan dimensi, dan seterusnya. Berkenaan radiasi jasad gelap,
walaupun apabila semuanya diubah kepada bahasa gelombang-mekanikal, keperluan
untuk kuanta yang diskrit dan loncatan kuantum tetap wujud. Schrödinger merasa
jijik, dan telah menuturkan kata-kata yang kerap dipetik dengan sedikit
perbezaan pada terjemahan: “Jika aku tahu kita tidak dapat membuang loncatan
kuantum celaka ini, aku pasti tidak akan melibatkan diri dalam hal ini.”
Seperti yang disebutkan oleh Heisenberg di dalam bukunya , Fizik dan Falsafah,
“..Paradoks dualisme antara gambaran gelombang dan gambaran zarah tidak
diselesakan; keduanya tersembunyi di dalam skim matematikal.”
Tanpa ragu,
gambaran menggiurkan berkenaan gelombang yang sebenar dan fizikal mengelilingi
nuklei atomik
__________________
[1] Dr. Paul Dirac (1902-1984) adalah seorang
ahli fizik British dan salah seorang pengasas mekanik kuantum. Beliau bersama Schrödinger,
telah menerima Anugerah Nobel di dalam fizik pada tahun 1933.
[2] Dr. Erwin Schrödinger (1887-1961) adalah
seorang ahli fizik Austria yang terkenal kerana sumbangannya kepada mekanik
kuantum, khususnya persamaan Schrödinger, yang disebabkan itu, beliau telah
dianugerahkan Anugerah Nobel di dalam fizik pada tahun 1933 M.
Delusi
Ateisme oleh Ahmad Al-Hassan 451
yang telah
menyebabkan Schrödinger menemui persamaan gelombang yang kini terpahat nama
beliau, adalah salah. Mekanik gelombang tidak lebih dari sebuah petunjuk kepada
realiti alam atomik, berbanding mekanik matriks, namun tidak seperti mekanik
matriks, mekanik gelombang memberikan sebuah ilusi yang kita kenali dan berasa
selesa. Ia adalah sebuah ilusi selesa yang berterusan sehingga hari ini dan
telah mengaburi hakikat bahawa alam atomik adalah alam yang berbeza sama sekali
dari alam kita. Beberapa generasi pelajar, yang kini telah pun menjadi para
professor, mungkin akan mencapai kefahaman yang lebih mendalam berkenaan teori
kuantum jika mereka dapat memahami sifat abstrak kaedah Dirac, berbanding
kemampuan untuk membayangkan apa yang mereka tahu tentang tingkah laku
gelombang di dalam dunia harian kita, yang memberi gambaran cara atom
bertingkah laku. [1]
Bohr akhirnya menyimpulkan bahawa zarah
kuantum adalah sama dengan elektron yang mana ia mempunyai dua sifat. Ini
bermakna ia bertindak seperti gelombang dalam suatu keadaan dan bertindak
seperti zarah dalam keadaan yang lain. Sifat sebenarnya tidak dapat
dikhususkan: Ia bukan zarah juga bukan gelombang. Adalah mustahil untuk
mengadakan suatu eksperimen di aman ia bertingkah laku dengan dua sifat- iaitu
sebagai zarah dan gelombang- dalam masa yang sama. Sifat zarah dan gelombang
adalah saling melengkapi, atau dengan kata lain, mempamerkan sifat saling melengkapi
(pelengkap).
Ekperimen celah ganda yang terkenal
menjelaskan perkara ini. Apabila sebuah elektron tunggal dipancarkan kepada
sebuah pinggan yang mempunyai dua celahan, melepasi celahan tersebut dan
mengenai sebuah layar di sebelah yang lain, jika dua celahan itu diperhatikan,
elektron itu akan bersikap seperti sebuah zarah tunggal dan melalui hanya salah
satu dari celahan. Walaubagaimanapun, apabila dua celahan ini tidak
diperhatikan, corak gangguan telah direkodkan pada paparan belakang, yang
menunjukkan bahawa elektron telah melalui kedua-dua celah. Jadi dalam satu
keadaan, elektron berkelakuan seperti zarah tunggal dan dalam satu keadaan
lagi, ia berkelakuan sebagai gelombang, atau sekumpulan elektron bayangan.
Dalam erti kata lain, ia seolah-olah elektron, apabila dipancarkan dari suatu
sumber, berubah serta-merta menjadi sekawan elektron bayangan, dengan setiap
satu layak untuk menjadi elektron sebenar kita. Apabila kita memerhatikannya,
kita melihat salah satu daripada elektron bayangan atau bentuk elektron ini dan
menganggapnya sebagai elektron sebenar manakala yang lainnya hilang. Dalam
sedikit masa lagi, kita akan membincangkan bagaimana elektron-elektron yang
lain menghilang.
________________________
[1] Sumber (Griben - Mencari kucing Schrödinger): ms 135
136
Dr.. John Gribbin ialah seorang ahli fizik,
penulis dan pengarang beberapa buku.Beliau berkelulusan Ph.D dalam bidang
astronomi dari Universiti Cambridge.
Delusi
Ateisme oleh Ahmad Al-Hassan 452
Max Born[1] kemudiannya
membangunkan sebuah kaedah untuk memahami gelombang Schrödinger dengan
menggunakan fungsi gelombang, iaitu
sebuah penyelesaian untuk mengetahui kebarangkalian kewujudan sebuah zarah.
Adalah mungkin untuk elektron atau zarah berada dalam mana-mana posisi,
sementara fungsi gelombang hanya mengira kebarangkalian kedudukan zarah ini
berada pada posisi khusus.
Prinsip Ketidakpastian Heisenberg, atau
Prinsip Ketidaktentuan, yang merupakan penemuan paling penting di dalam mekanik
kuantum, telah diperkenalkan selepasnya.
Jadi dengan cara ini, ahli fizik seperti
Einstein, Bohr, Max Bord, Schrödinger, Pauli, Heisenberg dan Dirac telah
membangunkan teori kuantum Planck, sehingga ia menjadi sebuah teori
komprehensif untuk menjelaskan mekanik zarah (pada tahap atomic dan
sub-atomik). Menurut mekanik kuantum, elektron boleh ditemui dalam mana-mana
posisi di dalam atom, maka ia lebih menyerupai awan atau kabus yang tersebar ke
seluruh atom, berbanding sebuah zarah atau malah sebuah gelombang.
Mekanik kuantum mempunyai penyelesaian dan
jawaban kepada persoalan sekitar atom, kelakuan elektron dan nukleus.
Bagaimanapun, dalam keadaan tertentu, jawabannya adalah bahawa tiada jawaban
tetap untuk sesetengah soalan-soalan tersebut, atau bahawa wujud lebih dari
satu kemungkinan, atau keadaan sememangnya begitu tanpa apa-apa sebab. Prinsip
Kausaliti (pent: sebab dan akibat) yang menjadi dasar banyak persoalan di dalam
mekanik klasikal tidak mempunyai kehadiran yang sama di dalam mekanik kuantum
seperti mana yang digunapakai oleh Bohr dan kumpulannya di waktu itu.
Peristiwa-peristiwa kuantum boleh terjadi tanpa sebab, dan ia boleh terjadi
pada waktu tertentu tanpa apa-apa sebab.
Seperti mereka yang
mengkaji keradioaktifan pada waktu itu, Einstein mempercayai bahawa jadual
aktuaria bukanlah kata-kata terakhir, dan kajian terkemudian akan menentukan
mengapa sesuatu peralihan itu akan terjadi pada waktu khusus, bukan waktu yang
lain. Namun pada titik inilah teori kuantum mula memisahkan diri dari idea-idea
klasik, dan “tiada alasan yang mendasari” untuk terjadinya pereputan radioaktif
atau peralihan atomik-tenaga terjadi pada waktu khusus telah dijumpai. Tampak
seolah-olah perubahan ini terjadi secara kebetulan, di atas dasar statistikal,
dan ia telah mula membangkitkan soalan-soalan falsafah yang fundamental. Di
dalam dunia klasikal, semua
________________
[[1]] Dr. Max
Born (1882 -1970) adalah seorang ahli fizik dan
matematik Jerman yang menerima Hadiah Nobel untuk Fizik pada tahun 1954 atas
kajian beliau di dalam mekanik kuantum.
Delusi
Ateisme oleh Ahmad Al-Hassan 453
perkara mempunyai
sebab. Anda boleh menjejaki penyebab untuk setiap peristiwa secara ke belakang
dalam masa untuk mencari penyebab kepada penyebab, dan apa yang menyebabkannya,
dan seterusnya sehinggalah sampai kepada Dentuman Besar (Jika anda seorang ahli
kosmos) atau pada detik Penciptaan di dalam konteks keagamaan, jika itu model
yang anda percayai. Namun, di dalam alam kuantum, penyebab yang terus seperti
itu akan mula menghilang sebaik sahaja kita melihat pereputan radioaktif dan
peralihan atomik. Sebuah elektrom tidak
turun dari satu peringkat tenaga ke peringkat yang lain pada waktu atau sebab
yang khusus. Kadar tenaga yang lebih rendah adalah lebih disukai untuk atom,
dari sudut statistikal, dan maka adalah lebih berkemungkinan (jumlah
kemungkinan ini dapat diukur) untuk elektron melakukan pergerakan itu cepat
atau lambat. Namun tidak wujud cara untuk mengetahui bila peralihan ini akan
terjadi. Tiada penyebab luaran yang menolak elektron, dan tiada juga jam
dalaman yang mengukur masa terjadinya loncatan. Ia hanya terjadi, tanpa sebab
khusus. [1]
Heisenberg telah memperkenalkan prinsip
ketidaktentuan, yang mungkin merupakan prinsip paling penting dalam mekanik
kuantum. Prinsip ini menyatakan kemustahilan untuk mengukur sepasang perihal kuantum
dengan tepat. Kedudukan dan kelajuan zarah kuantum, sebagai contoh, adalah
mustahil untuk ditentukan secara serentak dan dengan tepat. Lebih tinggi
ketentuan dalam mengetahui kedudukan sesebuah zarah, maka lebih rendah
ketentuan untuk mengetahui kelajuannya atau momentumnya pada waktu yang
sama. Kita juga boleh mengatakan bahawa
adalah tidak mungkin untuk mengetahui kedua-dua nilai lapangan dan kadar
perubahan dengan tepat pada waktu yang sama. Ini adalah sifat asli mekanik
kuantum dan ia adalah hasil matematikal yang disahkan oleh eksperimen.
Kumpulan idea-idea— ketidaktentuan, sifat
saling melengkapi, kebarangkalian dan gangguan sistem yang sedang diperhatikan
oleh pemerhati - kesemuanya dirujukkan sebagai “Tafsiran Copenhagen” ke atas
mekanik kuantum, walaupun hakikatnya, tiada siapa di Copenhagen (atau di mana
sahaja) pernah menetapkan dengan banyak perkataan sebuah kenyataan tuntas yang
dilabelkan sebagai “tafsiran Copenhagen”, dan salah satu dari bahan utamanya,
iaitu tafsiran statistikal fungsi gelombang, sebenarnya berasal dari Max Born
di Göttingen. Tafsiran Copenhagen mempunyai banyak maksud bagi ramai orang,
sama seperti perkara lain, dan ianya sendiri mempunyai pelbagai tafsiran di
dalam hal berkaitan mekanikal kuantum. Bohr telah membentangkan konsep ini
kepada umum pertama kalinya di dalam sebuah persidangan di Tomo, Itali,
September 1927. Ini menandakan selesainya sebuah teori konsisten mekanik
kuantum di dalam sebuah bentuk yang dapat digunakan oleh mana-mana ahli fizik
kompeten untuk menyelesaikan permasalahan yang melibatkan atom atau molekul,
tanpa memerlukan pemikiran berkenaan
_______________________
[1] Sumber (Griben - Mencari Kucing
Schrödinger): ms 82
Delusi
Ateisme oleh Ahmad Al-Hassan 454
asasnya, dan sekadar memerlukan kesanggupan
untuk mengikuti buku resipi dan
mengeluarkan jawabannya.[1]
Di dalam mekanik kuantum, foton yang tidak
berjisim— yang mewakili tenaga— bukan lagi sekadar sebuah gelombang, malah ia
juga bersifat sebagai zarah. Dan elektron, yang berjisim, bukan lagi sekadar
zarah, malah ia bersifat seperti gelombang. Malah, gelombang itu sendiri bukan
lagi gelombang sebenar— ia adalah konsep yang diwakili oleh fungsi gelombang.
Kita akan membincangkan hakikat sebenar fungsi gelombang dalam masa terdekat
nanti. Elektron yang dipancarkan kepada plat yang mempunyai dua lubang atau
celahan boleh melepasi kedua-duanya serentak. Satu-satunya cara untuk
menentukan celahan mana yang dilepasi
adalah dengan memerhatikan dan memantau dua celahan tersebut. Menurut tafsiran
Copenhagen atau kumpulan Bohr, pemerhati mempunyai impak ke atas sistem dan
menyebabkan ia menetapkan posisi untuk elektrom.
Saya akan memberikan contoh untuk membantu
pemahaman kita:
Mari kita andaikan kita mempunyai sumber yang
memancarkan zarah— contohnya seperti elektron. Apabila ia meninggalkan
sumbernya, ia akan menjadi sekumpulan elektron bayangan, dan salah satu darinya
adalah elektron sebenar kita. Perkataan “sebenar” di sini adalah bersifat
hipotetik. Elektron sebenar ini hanya dapat dikenalpasti apabila kita
melihatnya. Dengan kata lain, ia bersifat benar apabila kita memerhatikannya.
Ini bermakna, jika dibayangkan anda membelakangi elektron tersebut, apa yang
berada di belakang anda adalah sekumpulan elektron bayangan, yang mana salah
satu darinya adalah elektron sebenar. Bagaimanapun, ia tidak dapat
dikenalpasti, dengan kata lain, mana-mana elektron itu boleh menjadi elektron
yang sebenar. Sekarang bayangkan anda beralih semula untuk melihat kumpulan
elektron tersebut. Inilah ketikanya fungsi gelombang terhenti dan anda tidak
akan melihat elektron bayangan yang lain. Sebaliknya anda hanya akan melihat
elektron yang sebenar. Apa yang terjadi adalah kesemuanya telah menghilang
kecuali satu, iaitu yang anda perhatikan. Berkenaan sebab kehilangan mereka,
tiada jawaban tuntas untuk soalan ini.
Di dalam mekanik kuantum, wujud beberapa
jawaban. Salah satu darinya adalah si pemerhati telah memberi kesan kepada
sistem sehingga telah mengeraskan zarah pada kedudukan yang khusus, dengan kata
lain, si pemerhati mempunyai impak ke atas apa yang diperhatikan.
Sebuah lagi jawaban adalah sekumpulan zarah
bayangan yang menemani zarah kita - iaitu zarah yang kita perhatikan -wujud di
alam yang berbeza. Apa yang terjadi adalah, apabila kita memerhatikannya, kita
melihat salah satu dari zarah yang berada di dalam salah satu dari alam-alam
ini, dan pemerhatian ini telah menghijabkan elektron yang selebihnya dari kita.
Itulah sebabnya kita tidak melihat mereka serta tidak kita melihat impak mereka
pada layar eksperimen.
_____________________
[1] Sumber (Griben - Mencari kucing
Schrödinger): hlm.139
Delusi
Ateisme oleh Ahmad Al-Hassan 455
“Dunia ini
sepertinya cuba membiarkan semua kebarangkalian terbuka selama yang mungkin.
Perkara paling aneh tentang tafsiran Copenhagen standar ke atas alam kuantum
adalah, tindakan memerhatikan sistem itu sendiri memaksanya memilih salah satu
dari pilihannya, yang kemudiannya menjadi benar.Di dalam experimen paling
ringkas dengan dua lubang, gangguan kebarangkalian dapat ditafsirkan
seolah-olah elektron yang meninggalkan senapang terus menghilang dari pandangan
dan digantikan dengan sekumpulan elektron bayangan yang setiap satu dari mereka
mengikuti jalan yang berbeza ke arah layar pengesan. Bayangan-bayangan ini
menganggu antara satu sama lain, dan apabila kita melihat kepada cara elektron
dikesan pada layar, kita akan mendapati kesan-kesan gangguan ini, walaupun jika
kita berurusan dengan hanya satu elektron sebenar pada satu-satu masa.
Bagaimanapun, sekumpulan elektron bayangan ini hanya menjelaskan apa yang
terjadi apabila kita tidak memerhatikannya; apabila kita memerhati, semua
bayangan tersebut kecuali satu elektron akan menghilang dan bayangan-bayangan
elektron itu mengeras menjadi sebuah elektron. Dari sisi persamaan gelombang
Schrödinger, setiap satu dari “hantu” ini bersepadan dengan sebuah gelombang,
atau setepatnya, satu paket gelombang, yang ditafsirkan oleh Born sebagai
sebuah ukuran kebarangkalian. Pemerhatian yang menetapkan satu elektron bayangan
dari sekumpulan elektron berpotensi adalah bersamaan dengan, dari sisi mekanik
gelombang, lenyapnya kesemua gelombang kebarangkalian kecuali satu paket
gelombang yang menjelaskan satu elektron sebenar tersebut. Ini disebutkan
sebagai “keruntuhan fungsi gelombang”, dan walaupun aneh, ia adalah pusat
kepada tafsiran Copenhagen, yang turut merupakan asas kepada ilmu-ilmu kuantum.
Bagaimana, adalah diragui, untuk ramai ahli fizik, jurutera elektronik dan
ramai lagi yang sudi menggunakan “resipi” di dalam “buku masakan” kuantum,
untuk menghargai hukum-hukum yang telah terbukti boleh diandalkan dalam rekaan
laser dan komputer atau kajian bahan-bahan genetik, seterusnya bergantung
secara eksplisit kepada andaian bahawa pelbagai zarah-zarah bayangan mengganggu
antara satu sama lain pada setiap masa, dan hanya bergabung menjadi satu zarah
tunggal apabila fungsi gelombang runtuh ketika diperhatikan. Apa yang lebih
teruk, sebaik sahaja kita berhenti melihat pada elektron tersebut, atau apa
sahaja yang kita sedang perhatikan, ia serta merta berpecah menjadi sekumpulan
zarah-zarah bayangan, setiap satunya mengejar laluan kebarangkalian mereka yang
tersendiri di dalam alam kuantum. Tiada apa yang nyata kecuali jika kita
melihatnya, dan ia terhenti menjadi nyata sebaik sahaja kita berhenti melihat.
Mungkin mereka yang
menggunakan “buku masakan” kuantum dengan gembira akan ditenangkan oleh
kebiasaan akan persamaan matematikalnya. Feynman menjelaskan resipi asasnya
dengan ringkas. Di dalam mekanik kuantum, sebuah “peristiwa” adalah satu set
keadaan permulaan dan pengakhiran, tidak lebih dan tidak kurang. Sebuah
elektron meninggalkan senapang di satu sisi peralatan kita, dan elektron
tersebut sampai kepada sebuah pengesan di sebalik lubang. Ini adalah sebuah
peristiwa. Kebarangkalian bagi suatu peristiwa adalah
Delusi
Ateisme oleh Ahmad Al-Hassan 456
diberikan oleh
kuasa dua bagi sebuah nombor, yang merupakan, fungsi gelombang Schrödinger, Ψ.
Jika wujud lebih dari satu cara untuk sesuatu peristiwa itu boleh terjadi
(kedua lubang adalah terbuka dalam eksperimen), maka kebarangkalian setiap
peristiwa yang berkemungkinan (kebarangkalian setiap elektron tiba pada setiap
pengesan terpilih) dapat dihitung bersamaan dengan kuasa dua jumlah Ψs
dan wujudnya gangguan. Namun apabila kita membuat pemerhatian untuk mengetahui
kebarangkalian alternatif mana yang sebenarnya terjadi (melihat lubang mana
satu yang dilalui oleh elektron), agihan kebarangkalian hanyalah jumlah Ψs
kuasa dua dan terma gangguan menghilang - runtuhnya fungsi gelombang.
Dari segi fiziknya,
mustahil, namun matematiknya bersih dan ringkas, persamaan yang dikenali kepada
mana-mana ahli fizik. Selagi anda mengelak dari bertanya maksud kejadian ini,
maka tiada masalah. Jika anda bertanya mengapa dunia ini begini, maka walah
Feynman sendiri terpaksa menjawab. "Kami tidak tahu". Jika anda
berkeras untuk mengapatkan gambaran fizikal berkenaan apa yang terjadi, maka
anda akan mendapati semua gambaran fizikal melarut ke dalam alam bukan realiti,
di mana zarah itu hanya nyata apabila kita melihat mereka, dan di mana sifat-sifat
seperti momentum atau kedudukan hanyalah hasil dari pemerhatian. Tidaklah
menghairankan apabila ramai ahli fizik terkenal, termasuk Einstein, telah
menghabiskan berdekad lamanya cuba mencari jawaban kepada tafsiran mekanik
kuantum ini.”[1]
“Namun apakah
perkara yang berbeza-beza di dalam suatu gelombang elektron?
Jawabannya telah
datang dari sebuah kajian teoretikal tentang bagaimana elektron yang bebas
berkelakuan apabila mereka ditempak pada atom-atom. Adalah normal untuk kita
menganggap sebuah elektron yang bergerak melalui ruang kosong sebagai sebuah
paket gelombang, sekumpulan kecil gelombang elektron yang bergerak bersama,
seperti denyutan gelombang cahaya yang dihasilkan oleh lampu carian yang
dihidupkan hanya untuk seketika. Persamaan Schrödinger menunjukkan, apabila
pakej gelombang seperti itu mengenai sebuah atom, ia akan terpecah;
gelombang-gelombang kecil akan tersebar ke serata arah seperti percikan air
apabila air dari paip mengenai batu. Ini amat menghairankan; elektron yang
mengenai atom bertempiaran ke pelbagai arah namun mereka tidak berpecah— mereka
tetap kekal sebagai elektron. Pada tahun 1926, Max Born di Göttingen telah
mencadangkan untuk menafsirkan kelakuan aneh fungsi gelombang dari sudut
kebarangkalian. Elektron tidak terpecah, namun ia boleh tersebar ke mana-mana
arah, dan kebarangkalian untuk ia tersebar ke suatu arah khusus adalah paling
besar apabila arah tersebut mempunyai nilai fungsi gelombang yang terbesar.
Dengan kata lain, gelombang elektron bukanlah sebarang gelombang; signifikan
mereka hanyalah bahawa nilai fungsi
_____________________
. 1. Sumber (Griben - Mencari kucing
Schrödinger): ms 194 196
Delusi
Ateisme oleh Ahmad Al-Hassan 456
gelombang pada
mana-mana titik menceritakan kepada kita kebarangkalian elektron itu barada
pada atau berdekatan dengan titik tersebut.
Kedua-dua
Schrödinger dan de Broglie tidak berasa selesa dengan tafsiran gelombang
elektron ini, yang mungkin menjelaskan mengapa kedua mereka telah berhenti
menyumbang untuk memajukan lagi perkembangan mekanik kuantum. Bagaimanapun tafsiran kebarangkalian gelombang
elektron mendapat dukungan penghujahan terhebat yang diberikan oleh Heisenberg
pada tahun berikutnya. Heisenberg telah
memikirkan tentang masalah yang dihadapi oleh ahli fizik apabila mereka
mengukur kedudukan dan momentum sebuah elektron. Untuk melakukan pengiraan
kedudukan yang tepat, adalah perlu untuk menggunakan cahaya bergelombang
pendek, kerana pembelauan akan sentiasa mengaburkan imej yang lebih kecil dari
sebuah gelombang. Namun cahaya bergelombang pendek yang terdiri dari foton yang
mempunyai momentum yang sama tinggi, dan, apabila foton bermomentum tinggi
digunakan untuk memerhatikan sebuah elektron, elektron tersebut akan membidas
akibat impak, membawa beberapa pecahan dari momentum foton tersebut. Oleh itu,
semakin kita cuba mengukur dengan tepat posisi sebuah elektron, semakin kurang
kita tahu setelah pengukuran momentum elektron. Hukum ini telah dikenali
sebagai Prinsip Ketidaktentuan Heisenberg. Sebuah gelombang elektron yang
memuncak tajam pada sesuatu posisi bermaksud ia mewakili sebuah elektron yang
mempunyai posisi yang hampir tetap namun turut mempunyai sebuah momentum yang
boleh sahaja mempunyai nilai pelbagai. Sebaliknya, gelombang elektron yang
berbentuk selang-seli puncaknya dan palung yang licin serta sama panjang
ruangnya yang menjangkau banyak gelombang, mewakili elektron yang mempunyai
momentum yang tuntas namun samar kedudukannya. Elektron yang tipikal, seperti
yang berada di dalam atom atau molekul tidak mempunyai kedudukan yang tepat dan
tidak juga mempunyai momentum.
Ahli fizik terus
berbalah berkenaan tafsiran mekanik kuantum selama bertahun lamanya setelah
mereka terbiasa dengan menyelesaikan persamaan
Schrödinger. Einstein agak luar
biasa dengan menolak mekanik kuantum di dalam kerjanya; sedangkan ahli-ahli
fizik lain hanya sekadar cuba untuk memahaminya. Kebanyakan debat ini terjadi di Institut
Universiti Ilmu Fizik Teoritikal di Copenhagen, di bawah panduan Niels Bohr.[1]
Bohr menumpukan secara khusus kepada sebuah ciri aneh mekanik kuantum yang
beliau sebutkan sebagai saling melengkapi: pengetahuan berkenaan suatu aspek
sistem akan menutupi pengetahuan berkenaan aspek khusus yang lain bagi sistem
tersebut. Prinsip Ketidaktentuan Heisenberg memberikan satu contoh sifat saling
melengkapi ini: pengetahuan berkenaan kedudukan zarah (atau momentum)
________________________
[1] Dr. Niels Bohr (1885-1962) adalah seorang
ahli fizik Denmark yang dilahirkan di Copenhagen. Beliau telah banyak
menyumbang dalam memberi format kepada model untuk memahami struktur atom dan
mekanik kuantum. Beliau dikenali secara khusus untuk Tafsiran Copenhagen, yang
menyeru kepada penerimaan sifat berkebarangkalian yang dicadangkan oleh mekanik
kuantum.
Delusi
Ateisme oleh Ahmad Al-Hassan 458
akan menutupi
pengetahuan berkenaan momentum (atau kedudukan) zarah.
Pada kurang lebih
tahun 1930, diskusi di institut Bohr telah membawa kepada sebuah formulasi
mekanik kuantum “Copenhagen” yang ortodoks, dari terma yang kini lebih umum
dari mekanik gelombang elektron tunggal. Samada sebuah sistem itu terdiri
daripada satu atau banyak zarah, keadaannya pada mana-mana waktu itu
dijelasakan oleh senarai nombor yang dikenali sebagai nilai fungsi gelombang,
setiap nombor bersepadanan dengan setiap konfigurasi sistem yang berkemungkinan.
Keadaan yang sama boleh disebutkan dengan memberikan nilai fungsi gelombang
untuk konfigurasi yang dapat disifatkan dalam cara yang berbeza - sebagai
contoh, melalui posisi semua zarah dari sistem, atau melalui melalui momenta
semua zarah dalam sistem, atau melalui banyak lagi cara, namun bukan melalui
posisi dan momenta semua zarah.
Asas tafsiran
Copenhagen adalah pemisahan tajam antara sistem itu sendiri dan aparatus yang
digunakan untuk mengukur konfigurasi. Seperti yang ditekankan oleh Max Born,
ketika waktu di antara pengukuran, nilai fungsi gelombang berevolusi dalam cara
yang berterusan secara sempurna dan deterministik, didiktasikan oleh beberapa
versi umm persamaan Schrödinger. Ketika ini sedang terjadi, sistem tidak boleh
disebutkan berada dalam apa jua konfigurasi khusus. Jika kita mengukur konfigurasi sistem
(sebagai contoh dengan mengukur semua kedudukan zarah atau momenta mereka,
namun bukan kedua-duanya), sistem ini melompat ke suatu keadaan Kepada keadaan yamg pastinya berada di dalam
suatu konfigurasi, dengan kebarangkalian diberikan oleh kuasa dua nilai fugsi
gelombang untuk konfigurasi, sejurus sebelum pengukuran.”[1]
Hujah paling penting dari mereka yang
mengatakan alam ini datang dari ketiadaan adalah berasaskan mekanik kuantum,
khususnya, Prinsip Ketidaktentuan. Menurut Prinsip Ketidaktentuan, ruang kosong
tidak boleh kosong sepenuhnya, kerana kekosongan itu bermaksud medan seperti
medan elektromagnetik mesti menjadi kosong. Ini berkonflik dengan Prinsip Ketidaktentuan,
yang mengatakan medan nilai dan kadar perubahannya tidak boleh diketahui secara
serentak.
____________________
[1] Sumber (Weinberg - Dreams of the Final
Theory): ms 66 - 68
Sebelum ✡✡ Kandungan ✡✡ Berikutnya
Tiada ulasan:
Catat Ulasan