Pembahasan ini menghubungkan elektromagnetisme klasik (yang dijelaskan oleh Persamaan Maxwell) dengan Mekanika Kuantum, menghasilkan teori yang sangat akurat dan fundamental, yaitu Elektrodinamika Kuantum (QED).

1. Dualitas Gelombang-Partikel (Foton)

Fisika kuantum mendefinisikan ulang Gelombang Elektromagnetik (GEM) dari sudut pandang partikel.

• Klasik: GEM dipandang sebagai gelombang medan listrik dan magnet yang berkelanjutan.
• Kuantum: Energi GEM dikuantisasi, artinya ia datang dalam paket-paket diskrit energi yang disebut foton. Foton adalah partikel dasar yang bertindak sebagai pembawa gaya elektromagnetik.
• Dualitas: Foton menunjukkan dualitas gelombang-partikel; ia berperilaku sebagai gelombang saat merambat dan sebagai partikel saat berinteraksi (misalnya, diserap oleh elektron).
• Energi Foton: Energi foton ($E$) terhubung langsung dengan frekuensi gelombang ($f$): $E = hf$ (di mana $h$ adalah konstanta Planck).

2. Elektrodinamika Kuantum (Quantum Electrodynamics – QED)

QED adalah teori kuantum yang paling sukses dan paling akurat dalam fisika. QED mendeskripsikan bagaimana materi (partikel bermuatan seperti elektron) berinteraksi melalui pertukaran foton.

• Teori Medan Kuantum (QFT): QED adalah salah satu contoh pertama dari QFT, yang menyatakan bahwa partikel adalah eksitasi dari medan. Medan elektromagnetik (klasik) menjadi Medan Foton (kuantum).
• Gaya sebagai Pertukaran Partikel: Dalam QED, gaya tarik-menarik atau tolak-menolak antara dua elektron atau antara elektron dan proton tidak lagi dijelaskan oleh “medan” yang tak terlihat, melainkan oleh pertukaran foton virtual di antara mereka.
• Diagram Feynman: Interaksi ini divisualisasikan menggunakan Diagram Feynman, yang merupakan representasi grafis dari proses kuantum (misalnya, dua elektron bertukar foton).

3. Konstanta Struktur Halus (Fine-Structure Constant)

QED memberikan kerangka untuk menghitung besaran fisik dengan presisi luar biasa. Salah satu besaran kunci adalah Konstanta Struktur Halus ($\alpha$):

$$\alpha = \frac{e^2}{2\epsilon_0 hc}$$

• Definisi: $\alpha$ adalah konstanta fundamental yang mengukur kekuatan interaksi elektromagnetik.
• Nilai Numerik: Nilainya sekitar $\frac{1}{137.036}$.
• Keakuratan QED: QED memungkinkan fisikawan untuk memprediksi momen magnetik anomali elektron (seberapa kuat elektron berfungsi sebagai magnet kecil) hingga 12 tempat desimal, dan hasil eksperimen sangat cocok dengan prediksi ini, menjadikan QED sebagai permata fisika modern.

4. Penyatuan Gaya (Standard Model)

Elektromagnetisme modern tidak berdiri sendiri. Ia disatukan dengan gaya nuklir lemah ke dalam teori Gaya Elektrolemah (Electroweak Force).

• Model Standar: Elektromagnetisme, bersama dengan gaya nuklir lemah dan gaya nuklir kuat, membentuk Model Standar Fisika Partikel.
• Perbedaan dengan Gravitasi: Elektromagnetisme jauh lebih kuat daripada gravitasi, meskipun gravitasi mendominasi interaksi pada skala besar (kosmologi) karena ia selalu menarik (tidak ada muatan negatif gravitasi), sementara gaya elektromagnetik sering kali saling meniadakan (netral secara listrik).

Pembahasan ini mengakhiri tinjauan dasar elektromagnetisme dari konsep klasik hingga teori kuantumnya.

Apakah ada bagian tertentu dari pembahasan elektromagnetisme ini yang ingin Anda tinjau kembali atau Anda ingin melanjutkan ke topik fisika lain yang terkait?