Mdigital
Elektron adalah partikel subatom yang bermuatan negatif dan umumnya ditulis sebagai e⁻. Elektron tidak memiliki komponen dasar ataupun substruktur apapun yang diketahui, sehingga ia dipercayai sebagai partikel elementer. Elektron memiliki massa sekitar 1/1836 massa proton. Wikipedia. Elektron bertanggung jawab dalam arus listrik dan mengisi tangga energi di sekitar inti atom. Penemuan terbaru memperlihatkan bahwa elektron ternyata berbentuk sangat bulat.
Agung Budiyono, peneliti bidang fisika di RIKEN (Institute for the Physical and Chemical Research), Jepang membuat eksperimen terhadap elektron yang ditulis pada majalah 1000guru. Berikut tulisannya.
ELEKTRON PEMBACA PIKIRAN
Tahukah kamu? Elektron bisa tahu lho kalau pintu sebelah ditutup atau dibuka tanpa perlu melewatinya, bahkan mampu membaca pikiran kita. Mari kita lakukan eksperimen berikut
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 yang kecil dan 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 kita lakukan dengan jalan menembakkan elektron yang diproduksi oleh oven ke arah dua celah itu, dan mencatat lokasi di mana elektron itu 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 2 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. 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.
Perhatikan diagram 2. Mari kita sebut semua peristiwa dari percobaan pertama dengan celah A tertutup dan celah B terbuka beserta hasilnya sebagai peristiwa 1.
Selanjutnya, kita ganti dengan membuka celah A dan tutup celah B. Kita ulangi percobaan seperti di peristiwa 1 dengan menembakkan elektron satu per satu. Sekali lagi, setelah cukup banyak elektron yang kita tembakkan, kita akan mendapatkan distribusi akan lokasi elektron di layar berpendar yang berbeda dengan distribusi yang kita dapatkan bila celah A dibuka dan celah B ditutup.
Perhatikan diagram 3. Kita sebut semua peristiwa dalam percobaan ini beserta hasilnya sebagai peristiwa 2.
Sekarang, kita buka kedua celah A dan B secara bersamaan. 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 1 dan peristiwa 2. Perhatikan lagi diagram 1. Kita sebut semua peristiwa dan hasil dari percobaan dengan kedua celah dibuka secara bersamaan ini sebagai peristiwa 3.
Analisa Hasil Percobaan Elektron
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 1 atau 2, yaitu ketika salah satu celah dibuka dan celah yang lain ditutup, tetapi tidak ditemukan elektron di peristiwa 3 ketika kedua celah dibuka secara bersamaan. Ini adalah titik-titik tempat distribusi lokasi elektron di diagram 1 bernilai nol. Perhatikan titik M diagram 1.
Apa artinya ini? Mari kita misalkan titik M ini ada di peristiwa 1 di mana celah A ditutup dan celah B dibuka. Artinya ada elektron yang jatuh di titik M di peristiwa 1: 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 3 (ingat celah B tetap dibuka) maka kita mengharapkan tetap akan ada elektron yang jatuh di titik M. Dengan kata lain, intuisi kita mengatakan seharusnya peristiwa 2 tidak akan berhubungan dengan peristiwa 1 (independent).
Hasil percobaan yang dilakukan di laboratorium, seperti yang ditunjukkan di diagram 1, 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 3 dimana elektron tidak menabrak titik M, sebaliknya kalo celah A ditutup, dia akan berperilaku seperti yang dicatat di peristiwa 2 di mana elektron masuk lewat celah B dan menabrak titik M dilayar berpendar.
Jika benar begitu yang terjadi, maka 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, maka hal di atas mengindikasikan bahwa electron 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, dll.
Percobaannya tentu sangat detil dan melibatkan alat-alat ukur yang sangat sangat canggih dan berpresisi tinggi. Artinya 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, dll. 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 diatas 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, Cambridge, 1997.
- J. S. Bell, Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics, Cambridge University Press, Cambridge, 1987.
Eksperimen Elektron Bisa Membaca Pikiran
