Tip:
Highlight text to annotate it
X
Dari mana teori kuantum berasal?
Teori ini berawal, bukan dari suatu ide gila, tetapi dari sebuah bola lampu. Di awal 1890-an, Biro Standar
Jerman bertanya pada Max Planck bagaimana membuat bola lampu lebih efisien sehingga mereka
menghasilkan cahaya maksimum dengan konsumsi daya listrik sekecil mungkin.
Tugas pertama yang dihadapi Planck adalah menduga berapa banyak cahaya yang dihasilkan suatu filamen panas. Ia
tahu bahwa cahaya terdiri dari gelombang-gelombang elektromagnetik, yang membawa berbagai warna
melalui berbagai frekuensi gelombang. Masalahnya adalah memastikan sebanyak mungkin cahaya
dihasilkan oleh gelombang tampak bukan ultraviolet atau inframerah.
Ia berusaha mengungkap berapa banyak cahaya dari setiap warna yang dipancarkan objek panas, namun dugaannya,
yang didasarkan pada teori elektromagnetik, selalu tidak cocok dengan percobaan.
Kemudian, dalam suatu usaha yang ia sebut "langkah putus asa,” ia membuang teori yang ada
ke luar jendela dan bekerja mundur dari data percobaan. Data tersebut memberinya petunjuk pada
aturan fisika yang baru: gelombang cahaya membawa energi hanya dalam paket-paket, dengan cahaya frekuensi tinggi
tersusun dari paket-paket energi besar dan cahaya frekuensi rendah terdiri atas paket-paket energi
kecil.
Ide bahwa cahaya terdiri atas paket-paket, atau "kuanta", mungkin terdengar gila, dan memang dianggap gila saat itu, namun
Einstein kemudian menghubungkannya dengan masalah yang lebih akrab: berbagi.
Bila Anda ingin menyenangkan seorang anak... berilah sebuah kue! Namun bila ada dua anak, dan Anda
hanya punya satu kue, Anda hanya bisa menyenangkan mereka separuhnya. Dan bila ada
empat, atau delapan, atau satu juta enam ratus ribu anak, Anda tidak akan bisa membuat mereka bahagia
sama sekali bila mereka harus berbagi satu kue di antara mereka.
Faktanya, bila Anda memiliki suatu kamar berisi anak sebanyak takhingga namun kue yang terbatas,
jika Anda membagi rata kue tersebut, maka setiap anak hanya akan mendapatkan remah yang takhingga kecilnya, dan
dan tidak akan ada satu pun anak yang senang. Dan mereka akan tetap menghabiskan kue Anda.
Perbedaan antara gelombang cahaya dan anak kecil adalah Anda tidak bisa benar-benar memasukkan anak kecil
sebanyak takhingga ke dalam satu kamar. Tapi karena gelombang cahaya memiliki semua ukuran, Anda bisa mendapatkan gelombang cahaya
yang sangat kecil, sehingga Anda bisa memasukkan sejumlah takhingga ke dalam sebuah kamar. Lalu gelombang-gelombang tersebut
akan memakan semua kue… Maksudku, energi.
Bahkan, gelombang sebanyak takhingga tersebut akan memiliki kapasitas penyerapan energi
yang takterbatas, dan mereka akan menyedot semua kalor dari benda apapun dalam kamar… seketika
membekukan teh dalam cangkir, atau matahari, atau bahkan sebuah supernova.
Untungnya, alam semesta tidak bekerja seperti itu… karena, seperti yang diduga oleh Planck, gelombang
kecil berfrekuensi tinggi hanya dapat membawa energi dalam paket besar. Mereka seperti anak rewel yang hanya
akan menerima tepat tiga puluh-tujuh kue, atau seratus enam puluh dua ribu kue,
tidak kurang tidak lebih. Karena mereka sangat pemilih, gelombang frekuensi tinggi yang rewel kalah dan
kebanyakan energi dibawa oleh paket berfrekunsi lebih rendah yang mau membawa energi dengan pembagian yang
adil. Energi rerata yang umum dibawa oleh paket-paket tersebut adalah apa yang kita sebut sebagai
"suhu."
Jadi suhu tinggi artinya energi rerata tinggi, sehingga menurut aturan Planck,
cahaya dengan frekuensi tinggi akan dipancarkan. Itulah mengapa objek yang semakin panas akan memancarkan
cahaya inframerah, lalu merah, kuning, putih; semakin panas dan panas menjadi biru, ungu, ultraviolet…
dan seterusnya.
Secara spesifik, teori kuantum Planck tentang cahaya yang rewel menyatakan bahwa filamen bola lampu harus
dipanaskan hingga suhu sekitar 3200 Kelvin untuk memastikan bahwa sebagian besar energi dipancarkan
sebagai gelombang tampak - jika lebih panas, maka kita akan mencokelat akibat cahaya ultraviolet.
Sebenarnya, fisika kuantum telah memandang wajah kita jauh sebelum bola lampu dan
alat pencokelat kulit ditemukan: umat manusia telah membuat api selama beribu-ribu tahun, dengan warna-warna
nyalanya mengeja kata "kuantum".