MAKNA KEADAAN SECARA MEKANIKA KUANTUM

Sesuai postingan saya sebelumnya, mekanika kuantum dibangun oleh 2 konsep dasar yaitu dualisme partikel gelombang dan prinsip ketidakpastian Heisenberg. Dasar dualisme partikel gelombang inilah yang memberikan kontribusi besar dalam konsep dunia mikroskopik sedangkan ketidakpastian Heisenberg memberikan konsekuensi dalam masalah pengukuran (pendapat saya).

Sering rasanya ditelinga ini mendengar pernyataan “ Keadaan elektron sebagai gelombang dalam mekanika kuantum didefinisikan/direpresentasikan sebagai fungsi gelombang Schrodinger. Nah keadaan itu apa sih?? Atau emang bagaimana keadaan elektron sebagai gelombang dan bagaimana mengukurnya?

Keadaan atau kondisi merupakan karakteristik dari sistem misalnya, gelombang mempunyai besaran fisis panjang gelombang (bersifat menyebar, ingat2 karakteristik gelombang pada tingkat SMA!!) sedangkan elektron (partikel) memiliki besaran fisis berupa massa (bersifat terlokalisasi pada satu tempat). Bagaimana mendifinisikan elektron sebagai gelombang kalau begitu, karena gelombang bersifat menyebar sedang partikel terpusat/terlokalisasi???

Pada tahun 1926 seorang fisikawan Jerman, Max Born (tidak sama dengan Niels Bohr loo ya!!) menjawab pertanyaan diatas. Beliau berdalih bahwa fungsi gelombang itu tidak memiliki arti apa-apa, akan tetapi rapat probabilitas lah yang memberikan arti fisis (densitas elektron).Inilah yang disebut intepretasi Born.

Namun untuk bisa merepresentasikan partikel , fungsi gelombang harus memenuhi kriteria sebagai berikut (Febdian Rusydi, 2009):

 Lalu bagaimana tentang keadaan?

Secara umum sistem memiliki besaran fisis sebagai identitas diri misal, massa, temperature, volume, panjang. Besaran besaran fisis ini memiliki keterkaitan satu sama lain, antara panjang  dengan suhu diikat oleh besaran koefisien muai panjang. Misalkan pada suatu pengukuran ingin meneliti koefisien muai panjang sebagai besaran konstan maka setiap perubahan suhu (T) harus diiringi perubahan panjang (L) [praktikum fisdas 2]. Jadi keadaan pada setiap kenaikan T1 maka akan diperoleh L1, pada T2 didapatkan L2 dan seterusnya. Konfigurasi (T1,L1); (T2,L2) dengan kata lain tidak mungkin diperoleh konfigurasi (T1,L2). Konfigurasi tersebutlah yang disebut keadaan.

Suatu keadaan yang menyatakan keadaan bahwa 1 fungsi gelombang memiliki korespodensi 1 nilai energi (definit), merupakan konsekuensi dari keadaan stasioner (stasionary state). Keadaan stasioner adalah keadaan yang fungsi densitas elektronnya tidak bergantung waktu. Hal yang perlu diperhatika yang stasioner adalah keadaannya boleh jadi partikelnya dinamis.

Sistem identik adalah sistem yang memiliki keadaan yang sama. Sehingga sistem yang telah mengalmi perubahan keadaan bukan lagi sistem yang sama pada keadaan awal. Hal seperti ini bisa dipahami pada saat praktikum eksperimen lanjut dimana saat menghitung jumlah cacahan  radiasi partikel beta (contoh) akan terjadi interaksi antara sumber radiasi dengan detektor. Nah hal yang dulu saya lalaikan pada pembahasan, interaksi antara sumber radiasi dengan detektor ini akan melibatkan pertukaran energi yang kemudian bisa tercatat jumlah cacahan. (yaya hal semacam ini akan sering sekali diabaikan padahal ini konsep dasar bagaimana interaksi gelombang dengan materi, yang akan menjelaskan detailnya konsep deteksi).

Selanjutnya sistem pada kuantum berupa sistem kontinu. Perbedaan sistem kontinu dengan diskrit serta mengapa elektron menyukai keadaan dasar (ground state) dapat dipahami menggunakan analogi berikut

Gambar Seorang gadis bernama anik sedang menahan ember berisi air di Sumur.

Apabila ember itu tergantung setinggi h dari permukaan air sumur (ingat mekanika??, saya ambil titik acuan (0,0) pada permukaan air didalam sumur) maka ketinggian benda tersebut berkorespodensi  pada 1 nilai energi potensial, E(h) = mgh. Anik bertugas untuk menahan ember agar tidak jatuh pada permukaan air didalam sumur (h,E)=(0,0) adalah keadaan dasar (ground state), sebuah keadaan yang paling disukai sistem karena kesetabilannya (energi potensialnya paling rendah). Alasan mengapa elektron suka keadaan dasar, bisa dipahami melalui hukum mekanika satu Newton (hukum kelembaman), jadi bila muatan elektron (-e) dan muatan inti (e) ksebesar (-1,6x10^-19 C dan 1,6x10^-19 C), maka nilai energi potensial Coulomb (V) hanya bergantung pada suku radial (jarak elektron dengan inti).

Karena energi potensial (V) berbanding terbalik dengan jarak antara inti dengan elektron, Semakin besar r (menuju tak hingga )maka energi ikat makin kecil (menuju nol), artinya apa?? Elektron mudah tereksitasi (terlepas) keadaan semacam ini akan mengakibatkan terjadinya ionisasi atau ikatan antar atom (ikatan kimia).  Jadi stabil dalam kuantum adalah keadaan dimana elektron pada level terendah yang memiliki energi terendah.

Sekedar catatan energi keadaan dasar (ground state energy) tidak sama dengan energi titik nol (zero point energy). Pada dasarnya energi titik nol merupakan bentuk konsekuensi dari ketidakpastian Heisenberg, yang saya simpulkan berupa pembuktian matematis bahwa sesungguhnya elektron dalam atom selalu bergerak karena energi kinetiknya tidak sama dengan nol (0,557x10^-47 J), hanya orde yg sangat amat kecil, tidak memungkinkan bagi kita untuk melihatnya.

Kembali pada gambar diatas, Anik bisa saja mengulur atau menarik tali untuk mengubah-ubah ketinggian ember. Apibila anik mengubah ketinggian ember sesuka hatinya, asalkan memenuhi E(h)= mgh. Sistem dengan kombinasi keadaan seperti ini maka disebut sistem kontinu.

Anik juga dapat mengubah-ubah tinggi ember dengan mengulurkan tali  setiap 1 meter. Akibatnya system menjadi tertentu.. yah karena selain harus memenuhi persamaan E(h)= mgh, sistem juga harus mengikuti pola h sebagai deret tertentu. Sistem dengan kombinasi keadaan seperti ini maka disebut sistem diskrit.

Suku potensial inilah yang sering dipakai sebagai fondasi aplikasi mekanika kuantum pada material. Manifesto gaya yang dirasakan electron misalnya pada kasus atom hydrogen dengan kajian lebih lanjut bisa menerangkan sifat-sifat listrik dan optic dari sebuah material. Selanjutnya tolakan Coulomb antar electron- electron yang mengakibatkan osilasi seperti pada pegas bermassa yang merasakan potensial Hooke dengan membawa aplikasi pada level mekanika kuantum maka akan dapat menjadi menjadi konsep yang sangat baik dalam menerangkan sifat-sifat termal dari material.

Nah akan tetapi jika sebuah atom Hidrogen ini diletakkan pada keadaan stasioner maka seharusnya eelektron akan berada pada tempatnya. Lain halnya jika atom Hidrogen itu disinari dengan cahaya atau dapat dengan menumbukkan dengan atom lain (pertubasi) dengan begitu electron dapat bertransisi. Konsep pertubasi dan ulasan mengenai energi potensial lebih jauh lagi akan saya aplikasikan pada molekul diatomik, kebanyakan saya memakai analogi interaksi jauh (jarak suku radial dari anik pada ember) dan interaksi dekat ( jarak suku radial pada ember dengan air didalamnya). Ya analogi ini akan saya pakai untuk menjelaskan konsep pertubasi geometri pada molekul FeO2, yang saya angkat menjadi judul TA hehe….

SEMOGA MANFAAT ^_^”