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

Which Way Experiment: Jalan Mana yang Kaupilih?

Penulis akan kembali bercerita tentang keanehan di dunia mikroskopis lewat eksperimen sederhana yang membuat para peneliti sulit tidur. Seperti pada rubrik fisika majalah 1000guru edisi pertama, mari kita lakukan “percobaan dua celah” sebagai berikut.

Ed08-fisika1-1Perhatikan diagram di atas. Di sebelah kiri ada oven yang memproduksi elektron dan satu set sirkuit magnet yang mengarahkan elektron untuk bergerak ke kanan. Di tengah-tengah, kita taruh layar dengan dua celah kecil yang berukuran sama, satu celah di atas (sebutlah celah A) and  satu lagi di bawah (celah B). Di belakangnya lagi kita taruh sebuah layar yang akan berpendar di lokasi tempat elektron menabraknya (layar berpendar/scintillation screen).

Satu asumsi yang sangat penting dari percobaan ini adalah elektron kita tembakkan satu-satu, artinya hanya satu elektron dalam sekali waktu. Misalnya sehari sekali kita tembakkan satu elektron, sehingga tidak ada peristiwa dua elektron atau lebih dari itu masuk lewat satu atau dua celah secara bersamaan dan berinteraksi satu sama lain. Yang kita lakukan kemudian adalah mencatat distribusi dari posisi di mana elektron menabrak layar berpendar. Pada diagram di atas, kita berikan distribusi dari lokasi elektron di layar berpendar yang berupa grafik naik turun.

Nah, hasil dari percobaan itu mengingatkan kita pada sifat gelombang. Gelombang air misalnya, kalau kita lewatkan pada dua celah sempit, setelah melewati dua celah, gelombang akan berinteferensi lalu membuat pola seperti pola distribusi elektron pada percobaan kita di atas. Di beberapa tempat saling memperkuat sehingga membuat punukan, dan di beberapa tempat saling memperlemah sehingga membuat lembah. Karenanya, mari kita sebut sifat elektron yang membuat distribusi di layar berpendar seperti pola interferensi di atas sebagai “sifat gelombang” elektron.

Tapi tunggu dulu, asumsi penting dari percobaan kita adalah elektron kita tembakkan satu persatu. Satu elektron satu hari. Ini tentu sama sekali lain dengan percobaan dengan gelombang air di mana molekul-molekul air secara ramai-ramai melewati dua celah (lebih jelasnya silakan baca rubrik fisika majalah 1000guru edisi keempat). Atau apakah, seperti gelombang air, setiap satu elektron yang kita tembakkan akan membelah diri menjadi dua kembaran sebelum memasuki dua celah, lalu setiap kembaran melewati dua celah yang berbeda dan mereka (dua kembaran itu) bekerja sama untuk membuat pola interferensi di layar berpendar? Sebagai seorang peneliti, kita harus berani membuat asumsi-asumsi semacam ini, lalu kita uji konsekuensinya.

Untuk menguji asumsi kita itu, mari kita taruh dua detektor pada dua celah di layar pertama. Mari kita sebut mereka detektor A dan B (perhatikan lagi diagram sebelumnya). Tugas detektor-detektor ini merekam bila ada elektron yang lewat. Hasilnya adalah:

  1. Ketika detektor A mencatat ada elektron yang lewat celah A, detektor B tidak mencatat ada elektron yang lewat celah B, dan sebaliknya. Artinya, elektron hanya lewat salah satu celah! Mereka tidak membelah diri lalu lewat dua celah. Hal ini menunjukkan bahwa elektron bersifat “seperti partikel” ketika melewat celah.
  2. Ketika kita tahu bahwa setiap elektron hanya melewati satu celah seperti partikel biasa, kita tidak lagi menemukan pola interferensi seperti ditunjukkan pada diagram. Aneh, bukan? Lho bukannya si detektor cuma merekam ada yang lewat atau tidak?

Kesimpulannya adalah ketika kita tidak tahu elektron melewati celah yang mana, elektron akan berperilaku “seperti gelombang”, dan kita akan mendapatkan pola interferensi di layar berpendar. Tapi sebaliknya, ketika kita tahu celah mana yang dilewati elektron, maka elektron berperilaku “seperti partikel”, dan kita tidak mendapatkan pola interferensi di layar berpendar, alias sifat gelombangnya hilang! Artinya, kalau kita ingin tahu sifat partikelnya, kita akan kehilangan sifat gelombangnya, sebaliknya kalau kita ingin tahu sifat gelombangnya, kita akan kehilangan sifat partikelnya. Lho kok aneh? Kok sepertinya elektron pintar sekali sehingga kita tidak pernah bisa tahu sifatnya secara utuh? Di setiap keadaan dia hanya menampilkan sifatnya secara sebagian dan menutupi sebagian yang lain.

(Bandingkan dengan percobaan satu celah yang kita bahas di rubrik fisika majalah 1000guru edisi keempat tentang ketidakpastian Heisenberg, yang mengatakan bahwa “semakin kecil ketidakpastian posisi elektron di dalam celah, semakin besar ketidakpastian kecepatan arah vertikal dari elektron ketika keluar dari celah, dan sebaliknya“.)

Memang aneh, tapi nyata. Almarhum Feynman, peraih hadiah Nobel Fisika dari Amerika, pernah mengatakan, misteri di atas sebagai kunci dari semua misteri di fisika kuantum, yaitu fisika yang mengklaim bisa menjelaskan fenomena-fenomena di dunia mikro. Ada yang punya ide kenapa peristiwa di atas bisa terjadi?

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.