Apa itu Prinsip Ketidakpastian Heisenberg?

Prinsip Ketidakpastian Heisenberg menyatakan bahwa kamu tidak bisa secara bersamaan mengetahui posisi dan kecepatan sebuah benda secara tepat. Mengapa tidak? Karena semua hal di alam semesta memiliki sifat partikel dan gelombang secara bersamaan. Chad Orzel mempelajari konsep rumit dari fisika kuantum ini. [Disutradarai oleh Henrik Malmgren, dinarasikan oleh Addison Anderson].

Prinsip Ketidakpastian Heisenberg
adalah satu dari sejumlah ide

dari fisika kuantum yang berkembang
menjadi budaya umum.

Ide ini menjelaskan kamu tidak bisa tahu
posisi dan kecepatan tepat bersamaan

pada suatu objek

dan muncul sebagai metafora
dalam segala hal

mulai dari kritik sastra
sampai komentar olahraga.

Ketidakpastian pada umumnya
dijelaskan dari hasil pengukuran,

bahwa hasil pengukuran posisi benda
mengubah kecepatannya, atau sebaliknya.

Sebenarnya, ide ini jauh lebih dalam
dan lebih menakjubkan.

Prinsip Ketidakpastian muncul karena
segala hal di alam semesta

berperilaku seperti
partikel dan gelombang secara bersamaan.

Dalam mekanika kuantum,
posisi dan kecepatan yang tepat pada objek

tidak ada artinya.

Untuk memahami hal ini,

kita perlu meninjau arti dari
perilaku partikel atau gelombang.

Menurut definisi, partikel ada di
satu tempat pada suatu waktu.

Kita bisa menggambarkannya dengan grafik
dengan kemungkinan

menemukan benda pada tempat tertentu,
yang terlihat seperti lonjakan,

100% pada satu titik,
dan nol pada titik lainnya.

Di sisi lain, gelombang, adalah
gangguan yang menyebar pada ruang,

seperti riak
yang bergerak pada permukaan kolam.

Kita bisa menggambarkan ciri-ciri dari
pola gelombang secara keseluruhan,

terutama, panjang gelombangnya,

yaitu jarak antara dua puncak
yang berdekatan,

atau dua lembah yang berdekatan.

Tapi, kita tak bisa menentukan posisinya.

Karena ia punya kemungkinan
berada di mana pun.

Panjang gelombang penting
dalam fisika kuantum

karena panjang gelombang benda
berhubungan dengan momentumnya,

atau massa dikali kecepatan.

Benda yang bergerak cepat
punya momentum yang besar,

namun panjang gelombangnya pendek.

Benda yang berat memiliki momentum besar
bahkan ketika ia tidak terlalu cepat,

yang artinya
panjang gelombangnya juga pendek.

Inilah sebabnya kita tidak menyadari
sifat gelombang dari benda sehari-hari.

Jika kamu melempar bola baseball,

panjang gelombangnya adalah
sepermiliar triliun triliun meter,

terlalu kecil untuk dideteksi.

Benda kecil, seperti atom atau elektron,

memiliki panjang gelombang yang besar
untuk bisa diukur pada eksperimen fisika.

Jadi, jika kita punya gelombang,
kita bisa ukur panjang gelombangnya,

dan juga momentumnya,
tetapi ia tidak memiliki posisi.

Kita bisa mengetahui posisi partikel,

tetapi ia tidak punya panjang gelombang,
jadi momentumnya tidak ada.

Untuk mendapatkan suatu partikel
dengan posisi dan momentumnya,

kita perlu menggabungkan kedua gambar

agar menghasilkan grafik dengan
gelombang, tapi pada daerah yang sempit

Bagaimana caranya?

Dengan menggabungkan
beberapa panjang gelombang berbeda,

yang memberi objek kuantum
memiliki beberapa momentum yang berbeda.

Saat menggabungkan dua gelombang,

kita menemukan puncaknya berhimpit,
dan gelombangnya menjadi lebih besar,

dan di sisi lain
saat puncak dan lembah saling mengisi,

akan menghasilkan daerah gelombang
yang terpisah, tanpa adanya gelombang.

Jika ditambah gelombang ketiga,

daerah tanpa gelombang akan semakin besar,

demikian juga dengan yang keempat,
daerah bergelombang menjadi semakin sempit

Jika gelombang terus ditambahkan,
kita bisa membuat paket gelombang

dengan panjang gelombang yang jelas
pada daerah yang sempit

Itulah objek kuantum
dengan sifat gelombang dan partikel,

tetapi untuk mendapatkannya

kita harus menghilangkan nilai pasti
dari posisi dan momentumnya.

Posisinya tidak terbatas pada satu titik.

Ada kemungkinan untuk
menemukannya pada suatu titik

di tengah paket gelombang,

dan kita membuat paketnya
dengan menambahkan gelombang,

yang artinya ada kemungkinan
untuk menemukannya

dengan momentum yang sesuai
pada salah satu gelombang.

Posisi dan momentum tidaklah pasti,

dan ketidakpastiannya saling terhubung.

Untuk mengurangi ketidakpastian posisinya
dengan membuat paket yang lebih kecil,

kamu perlu menambah gelombang,

yang artinya
ketidakpastian momentum membesar.

Untuk memperjelas momentumnya,
dibutuhkan paket yang lebih besar,

yang artinya
ketidakpastian posisi membesar.

Itulah Prinsip Ketidakpastian Heisenberg,

dicetuskan oleh fisikawan Jerman,
Werner Heisenberg pada tahun 1927.

Ketidakpastian ini
bukan masalah pengukuran,

tetapi hasil yang tak bisa disangkal dari
penggabungan sifat partikel dan gelombang.

Prinsip Ketidakpastian bukan hanya
batasan praktis pengukuran.

Ia adalah batasan sifat-sifat
yang bisa dimiliki sebuah benda,

yang terdapat pada struktur dasar
dari alam semesta itu sendiri.