1. Masalah Radiasi Benda Hitam

Pada akhir abad ke-19, fisikawan klasik mencoba menjelaskan spektrum radiasi benda hitam (radiasi yang dipancarkan oleh objek ideal yang menyerap semua radiasi yang jatuh padanya, dan hanya memancarkan energi berdasarkan suhunya).

• Teori Klasik Gagal (Bencana Ultraungu): Teori elektromagnetik dan mekanika statistik klasik, yang menghasilkan hukum Rayleigh-Jeans, memprediksi bahwa intensitas radiasi yang dipancarkan akan terus meningkat tanpa batas seiring meningkatnya frekuensi (atau berkurangnya panjang gelombang, terutama di wilayah ultraviolet). Prediksi ini secara jelas bertentangan dengan hasil eksperimen dan secara filosofis menghasilkan hasil yang absurd bahwa benda hitam akan memancarkan energi tak terbatas (dikenal sebagai Bencana Ultraungu – Ultraviolet Catastrophe).
• Hukum Wien: Di sisi lain, Hukum Wien memberikan hasil yang baik untuk frekuensi tinggi (panjang gelombang pendek) tetapi gagal di frekuensi rendah.

2. Solusi Radikal Max Planck

Pada tahun 1900, fisikawan Jerman Max Planck mencari formula tunggal yang dapat mencocokkan data eksperimen di seluruh rentang frekuensi. Ia berhasil menurunkan formula radiasi benda hitam yang benar (Hukum Planck), tetapi untuk melakukannya, ia harus membuat asumsi radikal tentang osilator atomik (resonator) di dinding rongga benda hitam:

1. Diskretisasi Energi: Osilator tidak dapat memiliki energi bernilai kontinu apa pun, melainkan hanya dapat memiliki energi yang merupakan kelipatan integer (bilangan bulat) dari unit dasar energi, yaitu kuantum energi.
2. Rumus Kuantum Energi: Unit energi terkecil (ϵ atau E) yang dapat diserap atau dipancarkan oleh osilator berbanding lurus dengan frekuensi osilasi (f atau ν): E=nhf Di mana:
   • E adalah energi osilator.
   • n=0,1,2,3,… (bilangan kuantum, menunjukkan energi terkuantisasi).
   • f (atau ν) adalah frekuensi radiasi.
   • h adalah Konstanta Planck, nilai fundamental dari alam (≈6.626×10−34 J⋅s).

Dengan asumsi ini, Planck secara efektif “mematikan” kontribusi osilator berfrekuensi tinggi (ultraviolet) pada suhu tertentu karena mereka memerlukan jumlah energi minimum (hf) yang lebih besar dari energi termal yang tersedia, sehingga memecahkan Bencana Ultraungu.

3. Peran Foton (Awal dari Kuantum Sejati)

Awalnya, Planck menganggap kuantisasi hanya sebagai trik matematis untuk menurunkan rumusnya, dan ia tetap percaya bahwa radiasi itu sendiri adalah gelombang kontinu.

Baru pada tahun 1905, Albert Einstein menggunakan konsep kuantisasi Planck untuk menjelaskan Efek Fotolistrik. Einstein mengusulkan bahwa radiasi elektromagnetik itu sendiri (cahaya) terdiri dari paket-paket energi terkuantisasi yang disebut foton, dengan energi per foton adalah:

E=hf

Ini secara definitif menancapkan kuantisasi sebagai sifat dasar alam, bukan sekadar alat matematika, dan mengarah pada konsep Dualitas Gelombang-Partikel.

source : https://strangepaths.com/files/planck1901.pdf