Apa Itu Teori Kuantum? (1)

Apa yang ditambahkan oleh hukum Planck yang belum tersirat dalam hukum Wien dan Rayleigh-Jeans? Bahan yang sama pentingnya dengan novel. Sedemikian rupa sehingga dia bertanggung jawab atas krisis besar pertama yang disebabkan oleh Teori Kuantum pada kerangka konseptual Fisika Klasik. Ini mengasumsikan bahwa pertukaran energi antara radiasi dan materi terjadi melalui proses yang berkesinambungan, yaitu radiasi frekuensi f dapat melepaskan sejumlah energi ketika diserap oleh materi.

Apa yang didalilkan Planck ketika memperkenalkan hukumnya adalah bahwa satu-satunya cara untuk mendapatkan formula yang benar secara eksperimental memerlukan asumsi baru dan berani bahwa pertukaran energi tersebut harus terjadi secara terputus-putus, yaitu melalui emisi dan penyerapan energi diskrit jumlah, yang hari ini kita sebut radiasi "kuantum". Jumlah energi E dari kuantum radiasi frekuensi f diperoleh dengan hubungan Planck: E = hxf, di mana h adalah konstanta universal Planck = 6'62 x 10 (expo-34) (satuan "aksi" ).

Hubungan Planck dapat dipahami dengan mengatakan bahwa setiap radiasi frekuensi f berperilaku seperti aliran partikel, kuantum, masing-masing membawa energi E = hxf, yang dapat dipancarkan atau diserap oleh materi.

Hipotesis Planck memberikan sifat materi sel pada fenomena gelombang tradisional, seperti radiasi. Tetapi yang lebih penting, ia mengandaikan peralihan dari konsepsi Kontinuis tentang Alam ke konsepsi diskontinuis, yang khususnya terbukti dalam studi struktur atom, di mana elektron hanya dapat memiliki kumpulan energi yang diskrit dan terputus-putus. nilai-nilai.

Hipotesis Planck dikonfirmasi secara eksperimental, tidak hanya dalam proses radiasi benda hitam, dari mana penjelasan itu muncul, tetapi  dalam penjelasan efek fotolistrik , karena Einstein (1905), dan Arthur Compton (1923).

Kerangka aplikasi Teori Kuantum terbatas, hampir secara eksklusif, pada tingkat atom, subatom, dan nuklir, di mana ia sangat penting. Tetapi  penting di bidang lain, seperti elektronik (dalam desain transistor, mikroprosesor dan semua jenis komponen elektronik), dalam fisika bahan baru (semikonduktor dan superkonduktor), dalam fisika energi tinggi, dalam desain medis. instrumentasi (laser, tomografi, dll.), dalam kriptografi dan komputasi kuantum, dan dalam kosmologi teoretis alam semesta awal. Jadi Teori Quantum berhasil diperluas ke konteks yang sangat berbeda, yang memperkuat validitasnya.

Tetapi mengapa teori klasik gagal dalam usahanya menjelaskan fenomena dunia mikro? Bukankah itu, bagaimanapun, perbedaan sederhana dalam skala antara besar dan kecil, relatif terhadap ukuran sistem? Jawabannya adalah negatif. Mari kita ingat bahwa tidak selalu mungkin untuk memodelkan sistem yang sama pada skala yang berbeda untuk mempelajari sifat-sifatnya.

Untuk melihat bahwa variasi skala adalah proses dengan batasan intrinsik tertentu, misalkan kita ingin melakukan studi hidrodinamika yang berkaitan dengan pergerakan arus laut. Dalam kondisi tertentu, kita dapat membuat model skala yang cukup lengkap yang tidak mengabaikan faktor-faktor esensial dari fenomena tersebut. Untuk tujuan praktis, pengurangan skala mungkin cukup deskriptif.

Tetapi jika kita mengurangi skala berulang kali, kita akan secara berturut-turut melalui situasi yang akan sesuai dengan tingkat yang lebih rendah dengan kasus nyata. Sampai akhirnya mencapai inti dari materi yang sedang dipelajari, molekul air, yang jelas-jelas tidak menerima perlakuan hidrodinamik, dan kita harus menggunakan teori jenis lain, teori jenis molekul. Artinya, dalam pengurangan skala berturut-turut, efek dan proses yang dihasilkan oleh aglutinasi molekul telah hilang.

Demikian pula, dapat dipikirkan bahwa salah satu alasan mengapa Fisika Klasik tidak dapat diterapkan pada fenomena atom adalah karena kita telah mengurangi skala menjadi suatu realitas yang "terlalu esensial" dan itu menjadi perlu, seperti pada contoh sebelumnya, sebuah perubahan teori. Dan faktanya, inilah yang terjadi: Teori Kuantum mempelajari aspek-aspek tertinggi dari zat, unsur-unsur paling esensial dari materi (yang disebut "partikel dasar") dan sifat alami radiasi.

Maka, kita harus mengasumsikan karakter absolut dari kecilnya sistem yang diterapkan Teori Kuantum. Artinya, kualitas "kecil" atau "kuantum" tidak lagi menjadi relatif terhadap ukuran sistem, dan memperoleh karakter absolut. Dan apa yang memberitahu kita jika suatu sistem harus dianggap "kecil" dan dipelajari melalui Teori Kuantum? Ada "penggaris", "pola pengukuran" yang menangani hal ini, tetapi itu bukan penggaris yang dikalibrasi dalam satuan panjang, tetapi dalam satuan besaran fisik penting lainnya yang disebut "aksi".