Dualitas Gelombang-Partikel: Gambaran Umum

Sepintas gagasan dualitas gelombang-partikel memang aneh. Anda mungkin pernah belajar tentang gelombang sebelumnya dan mengetahuinya sebagai gangguan dalam medium, dan Anda mungkin pernah belajar tentang partikel, yang merupakan objek fisik diskrit. Jadi gagasan bahwa beberapa hal memiliki sifat keduanya mungkin tampak tidak hanya aneh, tetapi secara fisik tidak mungkin.

Artikel ini akan memperkenalkan Anda pada gagasan dualitas gelombang-partikel dan memberikan gambaran tentang bagaimana konsep tersebut muncul dan bagaimana itu ternyata menjadi deskripsi realitas yang sangat baik dalam banyak kasus, terutama di ranah kuantum fisika.

Mari kita mulai dengan meninjau apa yang merupakan gelombang. Gelombang didefinisikan sebagai gangguan dalam medium yang merambat dari satu lokasi ke lokasi lain, mentransfer energi dalam proses, tetapi tidak mentransfer massa.

Dalam medium yang dilalui gelombang, molekul individu hanya berosilasi di tempat. Contoh yang baik dari hal ini adalah kerumunan di stadion melakukan "ombak". Setiap individu hanya berdiri dan duduk, berosilasi di tempat, sementara gelombang itu sendiri bergerak di sekitar seluruh stadion.

Sifat gelombang meliputi panjang gelombang (jarak antara puncak gelombang), frekuensi (jumlah siklus gelombang per detik), periode (waktu yang diperlukan untuk satu siklus dan kecepatan gelombang lengkap (seberapa cepat gangguan merambat).

Partikel adalah objek fisik yang berbeda. Mereka memiliki posisi yang terdefinisi dengan baik di ruang angkasa, dan ketika mereka berpindah dari satu lokasi ke lokasi lain, mereka tidak hanya mentransfer energi, tetapi juga massa mereka sendiri.

Tidak seperti gelombang, mereka tidak membutuhkan media untuk bergerak. Juga tidak masuk akal untuk menggambarkannya dengan panjang gelombang, frekuensi, dan periode. Sebaliknya, mereka biasanya dijelaskan oleh massa, posisi dan kecepatan mereka.

Ketika fenomena cahaya pertama kali dipelajari, para ilmuwan tidak setuju apakah itu gelombang atau partikel. Deskripsi sel tubuh Isaac Newton tentang cahaya menyatakan bahwa itu bertindak sebagai partikel, dan dia mengembangkan ide-ide yang menjelaskan refleksi dan refraksi dalam kerangka ini, meskipun beberapa metodenya tampaknya tidak begitu— kerja.

Christiaan Huygens tidak setuju dengan Newton dan menggunakan teori gelombang untuk menjelaskan cahaya. Dia mampu menjelaskan pemantulan dan pembiasan dengan memperlakukan cahaya sebagai gelombang.

Eksperimen celah ganda Thomas Young yang terkenal, yang menunjukkan pola interferensi dalam cahaya merah yang terkait dengan perilaku mirip gelombang, juga mendukung teori gelombang.

Perdebatan mengenai apakah cahaya adalah partikel atau gelombang tampaknya diselesaikan ketika James Clerk Maxwell muncul di tempat kejadian dan menggambarkan cahaya sebagai gelombang elektromagnetik melalui persamaan Maxwell-nya.

Tetapi segera menjadi jelas bahwa sifat gelombang cahaya tidak menjelaskan semua fenomena yang diamati. Efek fotolistrik, misalnya, hanya dapat dijelaskan jika cahaya diperlakukan sebagai partikel – bertindak sebagai foton tunggal atau kuanta cahaya. Ide ini dikemukakan oleh Albert Einstein, yang memenangkan Hadiah Nobel untuk itu.

Maka lahirlah gagasan dualitas gelombang-partikel. Cahaya hanya bisa benar-benar dijelaskan jika diperlakukan sebagai gelombang dalam beberapa situasi dan sebagai partikel dalam situasi lain.

Di sinilah hal-hal menjadi lebih aneh. Cahaya tidak hanya menampilkan dualitas ini, tetapi ternyata materi juga melakukannya. Ini ditemukan oleh Louis de Broglie.

Dualitas ini tidak dapat dilihat sama sekali dalam skala makroskopik, tetapi ketika bekerja dengan dasar partikel, mereka kadang-kadang tampak bertindak sebagai partikel dan kadang-kadang sebagai gelombang, dengan panjang gelombang yang sama dengan terkait panjang gelombang de Broglie.

Gagasan ini mengarah pada pengembangan mekanika kuantum, yang menggambarkan partikel dengan fungsi gelombang, yang kemudian dapat dipahami dalam persamaan Schrodinger.