Bagaimana asas ketidakpastian Heisenberg dijelaskan secara fisis ?

Pertanyan : 

Asas ketidakpastian Heisenberg berbunyi : “Tidak mungkin menentukan posisi dan kecepatan elektron dalam satu waktu dengan ketelitian yang tinggi. Jika suatu percobaan dibuat untuk menentukan posisi elektron, maka kecepatannya tidak bisa ditentukan dengan pasti. Begitu pula sebaliknya, jika dibuat percobaan untuk menentukan kecepatan (momentum) elektron, maka posisinya menjadi berubah”. Selama ini, ketika kita disuguhkan dengan pembuktian secara matematis, yaitu dengan rumusnya yang terkenal :

Δx.Δp > h 

Akan tetapi, bagaimana penjelasan secara realita (fisis) dan bukan matematisnya, jarang dibahas di buku-buku sekolah. Lalu, bagaimana penjelasan secara fisis dari asas ketidakpastian Heisenberg ? 

Jawab : 

Pertama-tama, kita bahas dulu konsep terlihatnya suatu benda oleh mata. Sebagaimana yang sudah diketahui, kita dapat melihat suatu benda (bola basket misalnya), adalah karena adanya cahaya yang terpantul dari bola tersebut ke mata kita. Kita juga sudah tahu bahwa cahaya selain dapat bertindak sebagai gelombang, juga dapat bertindak sebagai partikel. Itu artinya, ada partikel-partikel cahaya yang menumbuk bola tersebut, kemudian terpantul ke mata kita. Partikel cahaya sangatlah kecil, sehingga kita dapat melihat bola dengan sangat jelas.

Bagaimana dengan benda yang lebih kecil daripada bola, kuman misalnya. Maka caranya adalah dengan menyedikitkan jumlah cahaya yang masuk sehingga lebih fokus, dan yang terpantul ke mata kita menjadi lebih sedikit. Dengan sedikitnya jumlah partikel cahaya yang masuk, maka kita dapat melihat kuman dengan jelas. Dalam hal ini, ukuran partikel cahaya lebih kecil daripada ukuran kuman. Ini adalah prinsip dasar dari mikroskop yang kita kenal.

Nah, konsep yang sama dapat diterapkan untuk melihat elektron. Elektron yang sekecil ini, dapat dilihat jika kita dapat memfokuskan partikel cahaya yang masuk kepadanya (dengan menggunakan bantuan mikroskop tentunya).

Akan tetapi, masalah datang karena partikel cahaya ternyata memiliki ukuran dan panjang gelombang yang lebih besar daripada elektron. Akibatnya, jika kita gunakan partikel cahaya untuk melihat elektron, maka hasilnya akan buram atau blur.

Solusinya bagaimana ? 

Gampang, sebagaimana konsep dasar untuk melihat bola dan kuman, kita harus menggunakan partikel yang lebih kecil daripada bola dan kuman untuk melihatnya. Sehingga, untuk melihat elektron dengan jelas, kita harus gunakan partikel “sinar” lain yang lebih kecil daripada elektron.

Sinar X dan sinar gamma terpilih sebagai kandidat terkuat untuk melihat elektron karena ukurannya lebih kecil daripada elektron.

Masalah baru muncul. Berdasarkan persamaan de Broglie, partikel yang ukurannya atau panjang gelombangnya kecil, akan memiliki kecepatan yang besar, sementara menurut persamaan energi kinetik (Ek) :

Ek = ½ . m . v² 

Partikel yang kecepatannnya besar, berarti energi kinetiknya (Ek) juga besar. Jadi, partikel yang panjang gelombangnya kecil artinya energinya besar. Sehingga, energi dari sinar X atau sinar gamma tentunya lebih besar daripada energi elektron (karena panjang gelombang kedua partikel tersebut lebih pendek). Akibatnya, ketika “menumbuk” elektron, kedua partikel ini menyebabkan elektron terpental dan kecepatannya menjadi berubah. Dengan cara ini, memang kita dapat menentukan posisi dimana elektron berada, namun kecepatannya sudah berubah karena tertumbuk oleh partikel sinar X atau sinar gamma. 

Itulah sebabnya, mengapa kita tidak dapat mengukur posisi elektron sekaligus kecepatannya dengan ketelitian yang tinggi pada waktu yang sama.

@IF'38