Ketidakpastian Quantum – Pasti, Tn. Heisenberg?

Prinsip Ketidakpastian Heisenberg adalah salah satu fondasi paling terkenal fisika quantum. Prinsip ini menyatakan bahwa tidak semua atribut partikel quantum bisa diukur dengan akurasi tak terhingga. Sampai sekarang, ini sering dijustifikasi oleh gagasan bahwa setiap pengukuran pasti mengganggu partikel quantum, mendistorsi hasil pengukuran selanjutnya. Namun, menurut riset baru, ini ternyata penyederhanaan berlebihan.

Dalam eksperimen neutron yang dijalankan oleh profesor Yuji hasegawa dan timnya di Vienna University of Technology, berbagai sumber ketidakpastian quantum kini bisa dibedakan, memvalidasi temuan teoritis rekan-rekan dari Jepang. 

Pengaruh pengukuran terhadap sistem quantum tidak selalu menjadi penyebab ketidakpastian. Argumen prinsip ketidakpastian Heisenberg harus ditinjau ulang – namun prinsip ketidakpastian itu sendiri tetap valid. Temuan ini telah dipublikasikan dalam jural Nature Physics.

Posisi atau Momentum – Tidak Sekaligus

Tidak bisa dipungkiri bahwa beberapa kuantitas fisikal tak dapat diukur pada waktu yang sama. Pertanyaannya, bagaimana fakta ini mesti ditafsirkan. “Eksperimen pikiran Heisenberg yang terkenal mengenai penggunaan sinar cahaya untuk mengukur posisi sebuah elektron masih sering dikutip hari ini,” kata Jacqueline Erhart dari Institute for Atomic and Subatomic Physics di Vienna University of Technology. Untuk mengukur posisi sebuah partikel dengan presisi tinggi, cahaya berpanjang gelombang amat pendek (dan karenanya berenergi tinggi) harus digunakan. Ini mengakibatkan momentum ditransfer ke partikel – partikel ditendang oleh cahaya. Oleh sebab itu, Heisenberg beragumen, mustahil mengukur posisi maupun momentum secara akurat. Hal yang sama berlaku untuk pasangan kuantitas fisikal lain. Heisenberg percaya bahwa dalam kasus-kasus ini, error dalam satu pengukuran membawa pada disturbansi pengukuran lain. Hasil kali error dan disturbansi, klaim Heisenberg, lebih besar dari ambang tertentu.

Alam Memang Tak Pasti – Bahkan Tanpa Pengukuran

Namun, efek pengukuran terhadap sistem quantum dan disturbansi pengukuran kedua bukanlah inti masalah. “Disturbansi semacam itu juga hadir dalam fisika klasik – mereka tak harus terkait dengan fisika quantum,” jelas Stephen Sponar (Vienna UT). Ketidakpastian berakar dalam sifat quantum partikel. Partikel-partikel quantum tidak bisa digambarkan seperti objek titik berkecepatan pasti. Justru, partikel quantum berperilaku sebagai gelombang – dan untuk gelombang, posisi dan momentum tidak bisa ditetapkan secara akurat pada waktu yang sama. Kita bisa katakan bahwa partikel sendiri bahkan tidak “tahu” di mana persisnya dirinya berada dan seberapa cepat dirinya bergerak – terlepas partikel tersebut sedang diukur atau tidak.

Relasi Ketidakpastian Diperumum – Memperhitungkan Pengukuran

“Dalam rangka menguraikan ketidakpastian fundamental dan disturbansi tambahan akibat proses pengukuran, partikel maupun perangkat pengukuran harus diperlakukan dalam kerangka teori quantum,” kata Georg Sulyok (Vienna UT). Ini dilakukan oleh fisikawan Jepang profesor Masanao Ozawa pada 2003, menghasilkan prinsip ketidakpastian diperumum (generalized uncertainy principle). Persamaan-persamaannya mengandung berbagai “jenis ketidakpastian”. Di satu sisi, ketidakpastian timbul dari pengukuran, sebab itu mengganggu partikel (ini adalah ketidakpastian yang digambarkan dalam eksperimen pikiran posisi-momentum-pengukuran Heisenberg), di sisi lain, persamaan-persamaan itu mengandung ketidakpastian quantum fundamental, yang hadir dalam semua sistem quantum, terlepas ada pengukuran atau tidak.

Neutron dan Pusingannya

Rancangan eksperimen canggih di Vienna University of Technology kini memungkinkan kita mempelajari kontribusi pada ketidakpastian. Bukannya posisi dan momentum partikel, yang diukur justru pusingan neutron. Pusingan ke arah x dan pusingan ke arah y tidak dapat diukur secara serempak, mereka memenuhi relasi ketidakpastian, sebagaimana posisi dan momentum. Dengan medan magnet, pusingan neutron diputar ke arah yang tepat, kemudian pusingan-pusingan itu diukur dalam dua eksperimen berturutan. Dengan melakukan banyak pengukuran berperubahan kecil dan pasti dalam alat pengukuran, fisikawan dapat mempelajari hubungan saling mempengaruhi antara berbagai sumber ketidakpastian.

Disturbansi Kecil

“Semakin kecil error dalam satu pengukuran, semakin besar disturbansi pengukuran lain – aturan ini masih berlaku. Tapi hasil kali error dan disturbansi bisa dibuat kecil – bahkan lebih kecil dari yang diperkenankan oleh rumusan asli prinsip ketidakpastian Heisenberg,” kata profesor Yuji Hasegawa. Tapi sekalipun dua pengukuran hampir tidak saling mempengaruhi, fisika quantum tetap “tak pasti”. “Prinsip ketidakpastian tentu saja masih berlaku,” tegas para periset. “Tapi ketidakpastian tidak selalu timbul dari pengaruh pengukuran yang mengganggu, melainkan juga dari sifat quantum partikel sendiri.”

(Sumber: www.sciencedaily.com)

Sumber: Sainstory-Sains Social History