Dualisme Gelombang-Partikel

Sekarang kita masuk ke permainan definisi. Pernahkah Anda mendengar pernyataan berikut ini?

“Jika terdapat dua penggambaran yang berbeda terhadap satu hal, maka salah satunya pasti salah.”

Sekilas ini merupakan konsep yang umum. Jika saya berkata bahwa bola itu bulat, sementara Anda berkata bahwa bola itu kotak, maka jelas ada yang salah. Entah itu saya yang salah, atau Anda yang salah — atau malah dua-duanya yang salah!

Nah, di mekanika kuantum, ada masalah yang sama — tetapi dengan kesimpulan yang berbeda.

“Jika cahaya diamati dengan metode gelombang, maka ia akan menghasilkan sifat gelombang. Tetapi, jika diteliti dengan metode partikel, ia akan menunjukkan sifat partikel.”

(Prinsip Saling Melengkapi/Komplementaritas)

Kok bisa begitu? Aneh!

Jika Anda berpikir demikian, maka Anda sedang menapaki jalan yang pernah dilewati para fisikawan masa lalu. Sesungguhnya keanehan ini bisa dibagi sebagai berikut:

Jika diamati dengan metode gelombang, terlihat bahwa cahaya mempunyai panjang gelombang, bisa dibiaskan, bisa didifraksikan, dan lain sebagainya. Meskipun begitu, jika diamati sebagai partikel, terlihat bahwa cahaya bisa mempengaruhi elektron dan mempunyai energi yang terkuantisasi.

Paradoks ini akhirnya dipecahkan oleh fisikawan Paul Dirac. Ia menyatakan bahwa cahaya (dan gelombang elektromagnetik pada umumnya) adalah partikel yang berperilaku seperti gelombang.

Ini menjelaskan mengapa cahaya bisa berperilaku seperti partikel, tetapi di sisi lain juga menunjukkan sifat gelombang. Menariknya, kesimpulan kasus ini sejalan dengan kisah sekumpulan orang buta yang memegang gajah. Tak ada yang tahu keadaan yang sebenarnya, tetapi deskripsi mereka saling melengkapi. ^^

……

1.5. Nonlokalitas

Lebih lanjut: Nonlocality ; Quantum Entanglement

Konsep yang satu ini relatif baru ditemukan dibandingkan empat gejala sebelumnya. Meskipun demikian, ia memiliki konsekuensi filosofis yang sangat serius.

Anda mungkin masih ingat, di pelajaran kimia SMA, terdapat aturan mengenai spin elektron. Jika terdapat dua buah elektron yang berpasangan, maka salah satunya harus memiliki arah putaran yang berbeda.

Seandainya elektron yang satu memiliki spin searah jarum jam, maka yang satu lagi akan berputar ke arah berlawanan. Demikian pula sebaliknya.
Konsep ini disebut sebagai perpasangan yang terikat (alias entanglement).

Kalau Anda agak lupa, di pelajaran SMA efek ini dikaitkan dengan Asas Larangan Pauli. ^^

Kemudian timbul pertanyaan. Apa yang terjadi jika dua buah elektron dipisahkan jauh-jauh? Akankah mereka juga memiliki spin yang bertolak belakang?

Untuk membuktikannya, para ilmuwan kemudian merancang sebuah eksperimen (umum disebut: Percobaan Bell). Hasil yang didapat ternyata mengejutkan:

Dua buah elektron yang ditembakkan ke arah berlawanan ternyata selalu saling menyesuaikan diri.

Lebih ajaib lagi: penyesuaian ini berlangsung seketika ketika elektron terpisah jarak!!

*) Penjelasan lebih lengkap tentang Percobaan Bell bisa Anda baca di sini dan sini.

^{Skema Percobaan Bell — Courtesy of Wikipedia}

Satu hal yang pasti, Percobaan Bell menyatakan bahwa terdapat elektron yang berubah spin ketika sedang “terbang”. Asumsinya sederhana:

Jika elektron tidak pernah mengubah spin, maka peluang bahwa kedua detektor memberikan hasil identik adalah lebih besar atau sama dengan n. Dalam bentuk matematik kita nyatakan “peluang memberi hasil identik” sebagai P(identik).

P(identik) ≥ n

Tergantung sudut pandang percobaan, n bisa bernilai 5/9 atau 1/3 (cek link yang saya sertakan sebelumnya).

n₁ = 5/9 …… (percobaan I)

n₂ = 1/3 …… (percobaan II)

Meskipun demikian, eksperimen memberikan data kejadian sebesar:

P₁(identik) ≥ 0.5 …… (percobaan I)

P₂(identik) ≥ 0.25 …… (percobaan II)

Nilai tersebut lebih kecil daripada n₁ dan n₂ yang disepakati sebelumnya. Dengan demikian, asumsi Bell bahwa elektron tidak mengubah spin/menyesuaikan diri terbukti SALAH.

Baik, jadi elektron saling menyesuaikan diri. Tapi memangnya kenapa kalau begitu?

Itu berarti, elektron saling mempengaruhi tanpa tergantung jarak. Lebih jauh lagi, interaksi ini dilakukan tanpa adanya perantaraan benda apapun. Para elektron ini terhubung secara misterius — seolah-olah, seperti apa keadaan yang satunya, maka yang lain akan menyesuaikan diri!

Inilah yang disebut sebagai interaksi nonlokal.

Dan, seolah belum cukup, ada yang lebih aneh lagi. Interaksi ini berlangsung seketika, melampaui kecepatan cahaya. Sedangkan kecepatan cahaya — menurut relativitas Einstein — adalah kecepatan interaksi maksimal di alam. Alhasil, terdapat kemungkinan bahwa entanglement ini terjadi lewat “jalan lain” yang…

…mem-bypass hukum alam. It’s a mystery.

Tentunya ini menimbulkan spekulasi bahwa ada “yang tidak alami” yang bekerja di alam. Meskipun begitu, saya akan cukupkan pembahasan sampai di sini. Tentang dampak filosofis lebih lanjut, silakan tunggu bagian yang akan datang.