(Sumber: www.sciencedaily.com)
Prinsip Ketidakpastian
Heisenberg adalah salah satu fondasi paling terkenal fisika quantum. Prinsip
ini menyatakan bahwa tidak semua atribut partikel quantum bisa diukur dengan
akurasi tak terhingga. Sampai sekarang, ini sering dijustifikasi oleh gagasan
bahwa setiap pengukuran pasti mengganggu partikel quantum, mendistorsi hasil
pengukuran selanjutnya. Namun, menurut riset baru, ini ternyata penyederhanaan
berlebihan.
(Dari Kiri Ke Kanan: Jacqueline
Erhart, Stephan Sponar, Prof. Yuji Hasegawa, Georg Sulyok)
Dalam eksperimen neutron
yang dijalankan oleh profesor Yuji hasegawa dan timnya di Vienna University of
Technology, berbagai sumber ketidakpastian quantum kini bisa dibedakan,
memvalidasi temuan teoritis rekan-rekan dari Jepang.
Pengaruh pengukuran
terhadap sistem quantum tidak selalu menjadi penyebab ketidakpastian. Argumen
prinsip ketidakpastian Heisenberg harus ditinjau ulang – namun prinsip
ketidakpastian itu sendiri tetap valid. Temuan ini telah dipublikasikan dalam
jural Nature Physics.
Posisi atau Momentum – Tidak
Sekaligus
Tidak bisa dipungkiri
bahwa beberapa kuantitas fisikal tak dapat diukur pada waktu yang sama.
Pertanyaannya, bagaimana fakta ini mesti ditafsirkan. “Eksperimen pikiran
Heisenberg yang terkenal mengenai penggunaan sinar cahaya untuk mengukur posisi
sebuah elektron masih sering dikutip hari ini,” kata Jacqueline Erhart dari
Institute for Atomic and Subatomic Physics di Vienna University of Technology.
Untuk mengukur posisi sebuah partikel dengan presisi tinggi, cahaya berpanjang
gelombang amat pendek (dan karenanya berenergi tinggi) harus digunakan. Ini
mengakibatkan momentum ditransfer ke partikel – partikel ditendang oleh cahaya.
Oleh sebab itu, Heisenberg beragumen, mustahil mengukur posisi maupun momentum
secara akurat. Hal yang sama berlaku untuk pasangan kuantitas fisikal lain.
Heisenberg percaya bahwa dalam kasus-kasus ini, error dalam satu pengukuran
membawa pada disturbansi pengukuran lain. Hasil kali error dan disturbansi,
klaim Heisenberg, lebih besar dari ambang tertentu.
Alam Memang Tak Pasti –
Bahkan Tanpa Pengukuran
Namun, efek pengukuran
terhadap sistem quantum dan disturbansi pengukuran kedua bukanlah inti masalah.
“Disturbansi semacam itu juga hadir dalam fisika klasik – mereka tak harus
terkait dengan fisika quantum,” jelas Stephen Sponar (Vienna UT).
Ketidakpastian berakar dalam sifat quantum partikel. Partikel-partikel quantum
tidak bisa digambarkan seperti objek titik berkecepatan pasti. Justru, partikel
quantum berperilaku sebagai gelombang – dan untuk gelombang, posisi dan
momentum tidak bisa ditetapkan secara akurat pada waktu yang sama. Kita bisa
katakan bahwa partikel sendiri bahkan tidak “tahu” di mana persisnya dirinya
berada dan seberapa cepat dirinya bergerak – terlepas partikel tersebut sedang
diukur atau tidak.
Relasi Ketidakpastian
Diperumum – Memperhitungkan Pengukuran
“Dalam rangka menguraikan
ketidakpastian fundamental dan disturbansi tambahan akibat proses pengukuran,
partikel maupun perangkat pengukuran harus diperlakukan dalam kerangka teori
quantum,” kata Georg Sulyok (Vienna UT). Ini dilakukan oleh fisikawan Jepang
profesor Masanao Ozawa pada 2003, menghasilkan prinsip ketidakpastian diperumum
(generalized uncertainy principle).
Persamaan-persamaannya mengandung berbagai “jenis ketidakpastian”. Di satu
sisi, ketidakpastian timbul dari pengukuran, sebab itu mengganggu partikel (ini
adalah ketidakpastian yang digambarkan dalam eksperimen pikiran
posisi-momentum-pengukuran Heisenberg), di sisi lain, persamaan-persamaan itu
mengandung ketidakpastian quantum fundamental, yang hadir dalam semua sistem
quantum, terlepas ada pengukuran atau tidak.
Neutron dan Pusingannya
Rancangan eksperimen
canggih di Vienna University of Technology kini memungkinkan kita mempelajari
kontribusi pada ketidakpastian. Bukannya posisi dan momentum partikel, yang
diukur justru pusingan neutron. Pusingan ke arah x dan pusingan ke arah y tidak
dapat diukur secara serempak, mereka memenuhi relasi ketidakpastian,
sebagaimana posisi dan momentum. Dengan medan magnet, pusingan neutron diputar
ke arah yang tepat, kemudian pusingan-pusingan itu diukur dalam dua eksperimen
berturutan. Dengan melakukan banyak pengukuran berperubahan kecil dan pasti
dalam alat pengukuran, fisikawan dapat mempelajari hubungan saling mempengaruhi
antara berbagai sumber ketidakpastian.
Disturbansi Kecil
“Semakin kecil error dalam
satu pengukuran, semakin besar disturbansi pengukuran lain – aturan ini masih
berlaku. Tapi hasil kali error dan disturbansi bisa dibuat kecil – bahkan lebih
kecil dari yang diperkenankan oleh rumusan asli prinsip ketidakpastian
Heisenberg,” kata profesor Yuji Hasegawa. Tapi sekalipun dua pengukuran hampir
tidak saling mempengaruhi, fisika quantum tetap “tak pasti”. “Prinsip
ketidakpastian tentu saja masih berlaku,” tegas para periset. “Tapi
ketidakpastian tidak selalu timbul dari pengaruh pengukuran yang mengganggu,
melainkan juga dari sifat quantum partikel sendiri.”
Tidak ada komentar:
Posting Komentar