Sediksi – Mekanika kuantum merupakan cabang fisika yang mempelajari perilaku partikel terkecil di alam, seperti atom dan elektron.
Mekanika kuantum mengungkapkan dunia yang aneh dan mempesona, di mana tidak ada yang pasti dan segala sesuatu mungkin terjadi.
Salah satu penemuan mekanika kuantum yang paling terkenal dan membingungkan adalah prinsip ketidakpastian, yang menyatakan bahwa ada batasan mendasar tentang seberapa tepat kita dapat mengukur pasangan kuantitas fisik tertentu, seperti posisi dan momentum partikel.
Apa yang dimaksud dengan prinsip ketidakpastian?
Prinsip ketidakpastian pertama kali dirumuskan oleh fisikawan Jerman, Werner Heisenberg, pada tahun 1927. Ia menyadari bahwa ketika kita mencoba mengamati partikel kuantum, seperti elektron, kita pasti akan mengganggunya dengan berinteraksi dengannya.
Sebagai contoh, jika kita menggunakan foton (partikel cahaya) untuk mengukur posisi elektron, kita akan mengubah momentumnya dengan mentransfer sejumlah energi kepadanya.
Semakin tepat kita mengukur posisinya, semakin kita mengganggu momentumnya, dan sebaliknya. Heisenberg menurunkan ekspresi matematika yang mengukur pertukaran ini:
Di mana Δx adalah ketidakpastian dalam posisi, Δp adalah ketidakpastian dalam momentum, dan ℏ adalah konstanta yang disebut konstanta Planck tereduksi.
Persamaan ini berarti bahwa hasil kali antara ketidakpastian posisi dan momentum tidak akan pernah lebih kecil dari nilai tertentu, yang hanya bergantung pada ℏ.
Nilai ini sangat kecil, sekitar 10-34 joule-detik, sehingga prinsip ketidakpastian hanya terlihat pada skala kuantum.
Prinsip ketidakpastian tidak berarti bahwa kita tidak dapat mengukur posisi dan momentum sebuah partikel sama sekali, melainkan bahwa kita tidak dapat mengukurnya secara bersamaan dengan ketepatan yang sewenang-wenang.
Selalu ada tingkat ketidakjelasan atau ketidakpastian dalam pengukuran kita. Hal ini menyiratkan bahwa partikel kuantum tidak memiliki posisi dan momentum yang terdefinisi dengan baik setiap saat, melainkan ada dalam keadaan superposisi, di mana mereka dapat memiliki beberapa nilai yang mungkin dengan probabilitas yang berbeda.
Tindakan pengukuran meruntuhkan superposisi ini menjadi satu hasil yang pasti, tetapi kita tidak dapat memprediksi hasil yang mana.
Bagaimana Masanao Ozawa merevisi prinsip ketidakpastian?
Prinsip ketidakpastian telah diuji dan dikonfirmasi oleh banyak eksperimen selama bertahun-tahun, tetapi juga telah ditantang dan disempurnakan oleh beberapa fisikawan teoretis.
Salah satunya adalah Masanao Ozawa, seorang fisikawan Jepang yang mengusulkan revisi prinsip ketidakpastian pada tahun 2003.
Mengutip dari jurnal berjudul “Prinsip Ketidakpastian Heisenberg dalam Tinjauan kemajuan Pengukuran Kuantum di Abad 21” menjelaskan bahwa Masanao Ozawa mengajukan revisi terhadap prinsip ketidakpastian Heisenberg.
Adapun faktor yang mendasari pengajuan revisi tersebut ialah pertimbangannya bahwa sebelum dilakukan pengukuran pada sistem kuantum, sudah terdapat suatu ketidakpastian posisi dan momentum pada sistem kuantum tersebut.
Ia berargumen bahwa formulasi asli Heisenberg didasarkan pada asumsi yang tidak realistis bahwa perangkat pengukuran adalah sempurna dan tidak memperkenalkan kesalahan atau noise tambahan.
Pada kenyataannya, perangkat pengukuran selalu tidak sempurna dan memiliki tingkat ketidakakuratan atau gangguan.
Modifikasi prinsip ketidakpastian Heisenberg diperoleh dengan cara melakukan peninjauan terhadap standar deviasi posisi σ(x) dan standar deviasi momentum σ(p) dari operator kesalahan pengukuran posisi dan operator gangguan pada momentum.
Ozawa menurunkan ekspresi baru untuk hubungan ketidakpastian yang memperhitungkan kesalahan dan gangguan yang disebabkan oleh perangkat pengukuran:
Di mana ϵx adalah kesalahan dalam mengukur posisi, ηp adalah gangguan dalam momentum, dan ℏ sekali lagi adalah konstanta Planck yang tereduksi.
Persamaan ini berarti bahwa jumlah kesalahan dan gangguan tidak akan pernah lebih kecil dari nilai tertentu, yang hanya bergantung pada ℏ.
Nilai ini sekali lagi sangat kecil, sehingga revisi Ozawa tidak bertentangan dengan prinsip Heisenberg, melainkan menggeneralisasikannya ke situasi yang lebih realistis.
Revisi Ozawa memiliki beberapa implikasi yang menarik untuk mekanika kuantum. Untuk satu hal, ini menunjukkan bahwa tidak ada batasan mendasar tentang seberapa tepat kita dapat mengukur satu kuantitas, seperti posisi, selama kita bersedia untuk mentolerir beberapa gangguan pada kuantitas lain, seperti momentum.
Ini berarti bahwa kita berpotensi mengurangi ketidakpastian dalam pengukuran kita dengan menggunakan perangkat atau teknik yang lebih baik.
Untuk hal lain, hal ini menunjukkan bahwa tidak ada ketidakpastian intrinsik dalam partikel kuantum, melainkan perilaku mereka tergantung pada bagaimana kita berinteraksi dengan mereka.
Ini berarti bahwa kita berpotensi mengendalikan atau memanipulasi partikel kuantum dengan memilih perangkat atau strategi pengukuran yang tepat.
Itulah dia ulasan mengenai prinsip ketidakpastian, ini adalah salah satu penemuan mekanika kuantum yang paling menarik dan mendalam.
Prinsip ini mengungkapkan bahwa alam pada intinya tidak bersifat deterministik atau dapat diprediksi, melainkan bersifat probabilistik dan tidak pasti.
Hal ini juga menantang pemahaman akal sehat kita tentang realitas dan pengukuran, dan memaksa kita untuk memikirkan kembali peran kita sebagai pengamat dan pelaku di dunia kuantum.
Prinsip ketidakpastian telah mengilhami banyak ilmuwan dan filsuf untuk mengeksplorasi implikasinya pada fisika, matematika, logika, teori informasi, kriptografi, komputasi, biologi, kimia, kosmologi, dan bahkan etika dan metafisika.
Prinsip ketidakpastian juga bukan merupakan kebenaran yang statis atau final, melainkan sebuah konsep yang dinamis dan terus berkembang.
Prinsip ini telah direvisi dan disempurnakan oleh berbagai fisikawan selama bertahun-tahun, seperti Masanao Ozawa, yang mengusulkan rumusan yang lebih umum dan realistis yang memperhitungkan kesalahan dan gangguan yang disebabkan oleh perangkat pengukuran.
Revisi ini tidak membatalkan atau bertentangan dengan prinsip aslinya, melainkan memperluas dan memperkaya prinsip tersebut untuk mencakup lebih banyak situasi dan skenario.
Prinsip ketidakpastian masih merupakan area penelitian yang aktif dan terbuka, dan mungkin akan ada lebih banyak kejutan dan wawasan yang akan datang di masa depan.
