Fisika Kuantum (atau Mekanika Kuantum) adalah kerangka teori yang menggambarkan realitas pada skala atom dan subatom. Ia menggantikan Fisika Klasik yang gagal menjelaskan fenomena pada skala ini, seperti radiasi benda hitam dan stabilitas atom.

1. Kuantisasi Energi (Max Planck, 1900)

Ini adalah ide awal yang melahirkan fisika kuantum. Planck menemukan bahwa energi tidak dipancarkan atau diserap secara terus-menerus (kontinu), melainkan dalam paket-paket diskret yang disebut kuanta.

• Formula Kuantisasi: Energi ($E$) dari kuanta berbanding lurus dengan frekuensi ($\nu$) radiasi:$$E = h\nu$$Di mana $h$ adalah Konstanta Planck ($h \approx 6.626 \times 10^{-34} \text{ J}\cdot\text{s}$).

2. Dualitas Gelombang-Partikel

Setiap entitas kuantum menunjukkan karakteristik gelombang dan partikel, yang tidak dapat diamati secara bersamaan (Prinsip Komplementaritas Bohr).

Entitas	Perilaku Partikel (Bukti)	Perilaku Gelombang (Bukti)
Foton (Cahaya)	Efek Fotolistrik (Einstein): Cahaya bertindak sebagai partikel diskret (foton) yang menumbuk elektron.	Difraksi & Interferensi (Young): Cahaya menghasilkan pola interferensi saat melewati celah, khas gelombang.
Elektron (Materi)	Lintasan dan Massa: Memiliki massa diam dan posisi terlokalisasi.	Difraksi Elektron (Davisson-Germer): Elektron yang ditembakkan ke kristal menghasilkan pola difraksi, khas gelombang.

• Panjang Gelombang De Broglie: Louis de Broglie mengemukakan bahwa setiap partikel bermassa ($m$) yang bergerak dengan momentum ($p = mv$) memiliki panjang gelombang yang terkait:$$\lambda = \frac{h}{p}$$

---

Probabilitas dan Ketidakpastian

Fisika kuantum bersifat probabilistik, diatur oleh dua konsep utama:

3. Fungsi Gelombang ($\psi$) dan Persamaan Schrödinger

Keadaan fisik suatu sistem kuantum dijelaskan oleh Fungsi Gelombang ($\psi$). Persamaan Schrödinger adalah persamaan fundamental yang mendeskripsikan bagaimana fungsi gelombang ini berevolusi seiring waktu.

• Persamaan Schrödinger (Bebas Waktu):$$-\frac{\hbar^2}{2m} \frac{d^2\psi}{dx^2} + V(x)\psi = E\psi$$(Ini adalah bentuk paling sederhana, 1D, independen waktu)
• Interpretasi Kopenhagen (Max Born): $|\psi|^2$ (kuadrat modulus fungsi gelombang) memiliki makna fisik sebagai kepadatan probabilitas untuk menemukan partikel pada posisi tertentu. Kita tidak dapat memprediksi posisi pasti, hanya probabilitasnya.$$\text{Probabilitas} = \int_{a}^{b} |\psi(x)|^2 dx$$

4. Prinsip Ketidakpastian Heisenberg

Prinsip ini adalah konsekuensi langsung dari sifat gelombang. Tidak mungkin untuk menentukan secara simultan dua besaran fisik yang merupakan variabel konjugasi (seperti posisi dan momentum) dengan akurasi tak terbatas.

• Ketidakpastian Posisi-Momentum:$$\Delta x \Delta p \ge \frac{\hbar}{2}$$
• Ketidakpastian Energi-Waktu:$$\Delta E \Delta t \ge \frac{\hbar}{2}$$Implikasi: Semakin singkat waktu hidup ($\Delta t$) suatu keadaan energi tak stabil, semakin besar ketidakpastian dalam energi ($\Delta E$) keadaan tersebut.

---

Fenomena Kuantum Lanjutan

5. Superposisi Kuantum

Sebelum diukur, sistem kuantum dapat berada dalam kombinasi linier dari semua kemungkinan keadaannya secara simultan.

• Contoh: Elektron tidak “berputar naik” atau “berputar turun,” tetapi berada dalam superposisi dari kedua keadaan tersebut hingga pengamat melakukan pengukuran.
• Kolaps Fungsi Gelombang: Tindakan pengukuran menyebabkan fungsi gelombang kolaps dari superposisi ke salah satu keadaan yang mungkin.

6. Keterikatan Kuantum (Quantum Entanglement)

Ini adalah fenomena di mana dua atau lebih partikel terhubung sedemikian rupa sehingga keadaan kuantum partikel yang satu tidak dapat dijelaskan secara independen dari partikel yang lain, bahkan ketika mereka dipisahkan oleh jarak yang sangat jauh.

• Sifat: Ketika Anda mengukur properti satu partikel (misalnya, spin), Anda secara instan mengetahui properti partikel pasangannya, terlepas dari seberapa jauh jaraknya.
• Implikasi: Einstein menyebutnya “aksi seram dari jarak jauh” (spooky action at a distance), karena fenomena ini tampaknya melanggar prinsip bahwa informasi tidak dapat bergerak lebih cepat dari kecepatan cahaya (meskipun tidak dapat digunakan untuk transfer informasi superluminal).

7. Penerowongan Kuantum (Quantum Tunneling)

Dalam fisika klasik, sebuah partikel tidak dapat melewati penghalang potensial jika energi kinetiknya lebih rendah daripada energi penghalang tersebut. Namun, dalam mekanika kuantum, fungsi gelombang memungkinkan adanya probabilitas kecil bagi partikel untuk “menerobos” penghalang (tanpa benar-benar melompati).

• Aplikasi: Fenomena ini sangat penting dalam reaksi fusi di Matahari, mikroskop penerowongan payar (Scanning Tunneling Microscope – STM), dan memori flash (chip memori).

---

Tokoh Kunci

Fisika Kuantum adalah hasil kerja kolektif para ilmuwan hebat:

Tokoh	Kontribusi Utama
Max Planck	Konsep kuantisasi energi (Bapak Teori Kuantum).
Albert Einstein	Penjelasan Efek Fotolistrik (memperkenalkan konsep foton/partikel cahaya).
Niels Bohr	Model atom dengan tingkat energi terkuantisasi (Model Bohr).
Louis de Broglie	Hipotesis Gelombang Materi (Dualitas Gelombang-Partikel).
Erwin Schrödinger	Persamaan Schrödinger (Persamaan gerakan untuk fungsi gelombang).
Werner Heisenberg	Prinsip Ketidakpastian.
Max Born	Interpretasi Probabilistik Fungsi Gelombang.