Kegagalan Fisika Klasik


KEGAGALAN FISIKA KLASIK


1.    Fenomena Radiasi Benda Hitam
Kegagalan fisika klasik bermula di akhir abad ke-19 ketika para ilmuwan tidak mampu menjelaskan fenomena radiasi benda hitam. Meskipun tidak ada benda yang benar-benar hitam sempurna di dunia ini, secara teori benda hitam akan menyerap semua cahaya yang datang tanpa memancarkan radiasi energi berupa panas seperti benda-benda lainnya. Namun faktanya benda hitam tetap memancarkan radiasi energi dengan tingkatan atau intensitas yang berbeda. Intensitas ini dapat diprediksi dengan mengetahui temperaturnya menggunakan Hukum Rayleigh-Jeans.
Hukum Rayleigh-Jeans ditemukan oleh Lord Rayleigh dan Sir James Jeans, dua ilmuwan asal Inggris tahun 1900. Menurut hukum tersebut, semakin pendek suatu gelombang, seperti sinar ultraviolet, maka intensitas radiasi energinya semakin tinggi menuju tak hingga.
Sayangnya, hasil eksperimen menunjukkan bahwa semakin pendek gelombangnya, intensitas radiasinya justru menurun. Kegagalan Hukum Rayleigh-Jeans menjelaskan fenomena radiasi benda hitam ini dikenal sebagai Bencana Ultraviolet atau Ultraviolet Catastrophe.
2.     Teori Kuuantum
Pada tahun 1900, seorang fisikawan asal Jerman, Max Planck muncul dengan gebrakan baru yang menjadi awal munculnya fisika modern. Planck mampu menjelaskan permasalahan bencana ultraviolet yang sebelumnya tidak mampu dijelaskan oleh ilmuwan-ilmuwan lainnya.
Menurut Planck, radiasi elektromagnetik yang dipancarkan suatu benda terbagi-bagi, atau diskret ke dalam paket-paket energi yang disebut Kuantum. Besarnya energi ini bergantung pada besarnya frekuensi gelombang elektromagnetik. 
Teori Planck ini mampu menjelaskan bencana ultraviolet. Hasil perhitungan dengan persamaan Planck ini ternyata sama dengan hasil eksperimen sebelumnya. Mereka menunjukkan grafik pengamatan benda hitam dengan pola yang sama.

3.     Pemahaman Klasik Cahaya Sebagai Gelombang

Menurut teori Newton, hanya akan ada dua titik terang yang terlihat di layar karena partikel bergerak lurus melalui dua celah yang ada. Namun yang terbentuk di layar adalah pola gelap terang. Pola gelap terang ini muncul karena adanya fenomena interferensi yang dihasilkan oleh gelombang. Bagian gelap muncul ketika gelombang cahaya dari kedua celah saling meniadakan, dan bagian terang muncul ketika keduanya saling menguatkan. Berdasarkan percobaan tersebut, Young menyimpulkan bahwa cahaya adalah gelombang. Sayangnya, pemahaman klasik mengenai cahaya ini menemukan permasalahan ketika dihadapkan pada peristiwa efek fotolistrik.

4.     Efek Fotolistrik
Peristiwa efek fotolistrik pertama kali diamati oleh fisikawan asal Jerman, Heinrich Hertz tahun 1887. Peristiwa ini berkaitan dengan suatu permukaan logam yang disinari oleh cahaya. Hasil dari penyinaran ini nantinya akan melepas elektron dari permukaan logam. Elektron yang lepas ini dapat diketahui karena muncul arus listrik. Munculnya arus listrik karena cahaya ini kemudian disebut sebagai efek fotolistrik.
Menurut Young, cahaya adalah gelombang yang mampu melepaskan elektron karena adanya transfer energi dari cahaya ke elektron. Energi elektron yang lepas dari permukaan logam akan dipengaruhi oleh intensitas cahaya, yakni seberapa terang cahaya tersebut menyinari permukaan logam. Semakin terang cahayanya, semakin besar energi elektronnya.
Namun kenyataannya, energi elektron yang lepas tidak dipengaruhi oleh intensitas cahaya. Sebanyak apapun cahaya yang disorot ke permukaan logam, tidak mempengaruhi energi elektron yang lepas, namun jumlah elektron yang lepas. Ketika permukaan logam disinari cahaya yang redup, jumlah elektron yang keluar akan sedikit. Sebaliknya, ketika permukaan logam disinari oleh cahaya yang terang, jumlah elektron yang keluar juga akan banyak. Namun, tingkat energi yang dikeluarkan akan tetap sama.
Tingkat energi akan berubah jika frekuensi cahaya berubah. Ini menunjukkan bahwa intensitas cahaya hanya berpengaruh pada jumlah elektron yang lepas, bukan energinya. Ini bertentangan dengan teori gelombang cahaya yang menyatakan bahwa intensitas cahaya berpengaruh pada jumlah energi elektron.
5.     Cahaya Sebagai Partikel
Einstein berpendapat bahwa sifat cahaya sebagai partikel berperan pada efek fotolistik. Einstein mengatakan bahwa cahaya adalah partikel yang memiliki massa dan momentum sehingga partikel bisa bertumbukan. Cahaya sebagai artikel ini dikenal dengan nama foton. Pendapat Einstein ini menjawab pertanyaan mengapa intensitas cahaya hanya memengaruhi jumlah elektron yang lepas. Elektron-elektron yang lepas dari logam merupakan hasil tumbukan elektron dengan foton cahaya. Setelah saling bertumbukan, foton akan musnah karena menyerahkan energinya kepada elektron yang tertumbuk.
Sebagian energi yang diterima elektron akan digunakan oleh elektron untuk melepaskan diri dari permukaan logam, agar bisa lepas dari energi ambangnya. Energi ambang adalah energi batas yang dimiliki oleh logam untuk melepaskan elektronnya. Elektron baru bisa lepas dari permukaan logam apabila melewati energi ambangnya. Sisa energi dari foton tadi menjadi energi kinetik maksimal elektron setelah elektron bebas dari logam.
Dari  penjabaran di atas, dapat disimpulkan bahwa selain sebagai gelombang, cahaya juga dapat berperilaku sebagai partikel. Dari simpulan tersebut, muncul gagasan Dualisme Gelombang Partikel di mana cahaya tidak hanya bisa bersifat sebagai gelombang namun dapat bersifat sebagai partikel pada situasi tertentu.

Post a Comment

Previous Post Next Post