Berbagi pengetahuan, dari mana saja, dari siapa saja, untuk semua

Elektron Pembaca Pikiran

Tahukah kamu? Elektron bisa tahu jika pintu sebelah ditutup atau dibuka dengan tanpa perlu melewatinya. Ia bahkan mampu membaca pikiran kita! Mari kita lakukan eksperimen berikut.

ed01-fisika-1

Perhatikan diagram 1, di sebelah kiri ada oven yang memproduksi elektron dan satu set sirkuit magnet yang mengarahkan elektron untuk bergerak ke kanan. Di tengah-tengah, kita tempatkan layar dengan dua celah kecil yang berukuran sama, satu di atas dan satu lagi di bawah. Kita sebut kedua celah tersebut sebagai celah A (atas) dan celah B (bawah). Di belakangnya lagi, kita taruh sebuah layar yang akan berpendar di lokasi tempat elektron menabraknya (layar berpendar/scintillation screen). Kita asumsikan bahwa kita bisa menutup dua celah A dan B tanpa saling mempengaruhi satu sama lain (independent).

Percobaan dilakukan dengan jalan menembakkan elektron yang diproduksi oleh oven ke arah dua celah itu dan mencatat lokasi tempat elektron tersebut menabrak layar berpendar. Bagian penting lain dari percobaan kita ini adalah elektron ditembakkan satu per satu, alias satu elektron dalam sekali waktu. Misalnya, sehari sekali kita tembakkan satu elektron. Dengan demikian, tidak ada peristiwa dua buah elektron atau lebih bisa masuk lewat satu celah secara bersamaan dan berinteraksi satu sama lain. Juga tidak akan ada peristiwa satu elektron masuk celah A dan satu elektron yang lain masuk celah B dalam waktu bersamaan.

Mari kita mulai percobaan kita. Pertama, kita tutup celah A dan buka celah B seperti pada diagram 2.

ed01-fisika-2

Kita tembakkan elektron satu per satu, dan kita catat lokasi di mana elektron itu jatuh pada layar berpendar. Setelah menembakkan elektron satu demi satu dalam jumlah yang cukup banyak, kita akan mendapatkan distribusi dari lokasi jatuhnya elektron di layar berpendar. Mari kita sebut semua peristiwa dari percobaan sesuai diagram 2 ini sebagai peristiwa X.

Selanjutnya, kita ganti dengan membuka celah A dan tutup celah B seperti pada diagram 3.

ed01-fisika-3

Kita ulangi percobaan seperti di peristiwa X dengan menembakkan elektron satu per satu. Sekali lagi, setelah cukup banyak elektron yang kita tembakkan, kita akan mendapatkan distribusi lokasi elektron di layar berpendar yang berbeda dengan distribusi yang kita dapatkan bila celah A dibuka dan celah B ditutup. Kita sebut semua peristiwa dalam percobaan sesuai diagram 3 ini beserta hasilnya sebagai peristiwa Y.

Sekarang, kita buka kedua celah A dan B secara bersamaan, kembali seperti diagram 1. Kita tembakkan lagi elektron satu demi satu dan kita catat lokasi elektron di layar berpendar. Kita akan mendapatkan distribusi dari lokasi elektron yang berbeda dengan peristiwa X dan peristiwa Y. Kita sebut semua peristiwa dan hasil dari percobaan dengan kedua celah dibuka secara bersamaan ini sebagai peristiwa Z.

Nah, setelah menganalisis secara detil hasil percobaan di atas, ada dua hal yang sangat menarik, yang menjadi perdebatan para ilmuwan dari awal abad ke-20 sampai sekarang. Yang pertama, ada titik-titik lokasi pada layar berpendar di mana kita menemukan elektron di peristiwa X atau Y, yaitu ketika salah satu celah dibuka dan celah yang lain ditutup, tetapi tidak ditemukan elektron di peristiwa Z ketika kedua celah dibuka secara bersamaan. Ini adalah titik-titik tempat distribusi lokasi elektron pada diagram 1 bernilai nol. Perhatikan titik M pada diagram 1.

Apa artinya ini? Mari kita misalkan titik M ini ada di peristiwa X ketika celah A ditutup dan celah B dibuka. Artinya, ada elektron yang jatuh di titik M di peristiwa X: elektron masuk lewat pintu B lalu jatuh ke titik M. Intuisi kita mungkin mengatakan bahwa ketika celah A juga dibuka seperti yang kita lakukan di peristiwa Z (ingat celah B tetap dibuka), kita mengharapkan tetap akan ada elektron yang jatuh di titik M. Dengan kata lain, intuisi kita mengatakan seharusnya peristiwa Y tidak akan berhubungan dengan peristiwa X (independent).

Hasil percobaan yang dilakukan di laboratorium, seperti yang ditunjukkan pada diagram 1 (peristiwa Z), ternyata berbeda dengan harapan intuisi kita. Ini mengindikasikan bahwa elektron tahu kalau celah sebelah (celah A) ditutup atau dibuka tanpa perlu melewatinya. Kalau celah A dibuka dia akan berperilaku seperti yang dicatat di peristiwa Z, yaitu elektron tidak menabrak titik M. Sebaliknya jika celah A ditutup, dia akan berperilaku seperti yang dicatat di peristiwa Y, yaitu elektron masuk lewat celah B dan menabrak titik M di layar berpendar. Jika benar begitu yang terjadi, ini adalah perilaku yang sangat misterius. Bagaimana benda mati bisa “melihat” dan “berperilaku” sesuai dengan penglihatannya.

Yang lebih misterius lagi, karena pilihan penutupan atau pembukaan celah A bisa dilakukan ketika elektron masih dalam perjalanan dari oven ke layar dengan dua celah dan karena penutupan/pembukaan celah A tidak mempengaruhi perilaku elektron di perjalanan, hal di atas mengindikasikan bahwa elektron tahu pilihan kita untuk menutup atau membuka celah A bahkan sebelum kita melakukannya. Artinya, elektron bisa membaca pikiran kita!

Percobaan semacam ini disebut sebagai delayed choice experiment dan merupakan karakteristik dari fisika kuantum, yaitu fisika yang mengklaim menjelaskan hal-hal tentang dunia mikro: elektron, proton, dan sejenisnya. Percobaannya tentu sangat detail dan melibatkan alat-alat ukur yang sangat sangat canggih dan berpresisi tinggi. Alat-alat ini harus bisa membedakan antara hasil percobaan yang asli dengan gangguan/noise yang sangat-sangat kecil sekali.

Perlu diketahui bahwa peristiwa semacam ini tidak terjadi di dunia makro. Misalnya, kalau elektron diganti dengan kelereng atau bola sepak. Oleh karenanya, menggabungkan misteri tersebut di dunia mikro dan hal-hal intuitif di dunia makro adalah salah satu tantangan di fisika yang sampai sekarang tidak ada kebulatan suara di antara para ilmuwan.

Catatan:
Setting percobaan semacam ini di fisika disebut sebagai percobaan dengan dua celah (double slit experiment) sebagai pembeda dengan percobaan dengan satu celah (single slit experiment). Percobaan ini pertama kali dilakukan oleh Young di abad ke-17 dengan menggunakan cahaya untuk membuktikan bahwa cahaya adalah gelombang. Sekarang kita tahu bahwa cahaya terdiri dari partikel-partikel yang disebut foton (photon). Elektron pada percobaan di atas juga bisa diganti dengan foton, proton, neutron, atau benda-benda mikro yang lain.

Bahan bacaan:

  • Roger Penrose, The Large, the Small, and Human Mind, Cambridge University Press (1997).
  • J. S. Bell, Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics, Cambridge University Press (1987).

Penulis:
Agung Budiyono, peneliti fisika independen dengan spesialisasi fondasi fisika kuantum dan mekanika statistik, saat ini bertempat tinggal di Juwana dan Sleman. Kontak: agungbymlati(at)gmail(dot)com.