Berarti kita berbalik ke masa 60 tahun lalu sebelum ada transistor dan laser.
Hampir semua teknologi kita saat ini bergantung pada kemampuan untuk “mengendalikan” elektron pada suatu skala dan kecepatan kerja yang 60 tahun lalu akan dianggap sebagai ilmu sihir.
Tidak ada pencapaian dalam fisika yang lebih penting bagi manusia daripada mekanika kuantum. Jika Anda berkarir sebagai fisikawan 110 tahun yang lalu Anda bisa dikira sebagai orang sesat! Tidak ada lagi hal hal besar yang bisa dikerjakan, semua rumus penting telah ditemukan. Mekanika Newton dan Kelistrik-magnetan Maxwell sudah berdiri kokoh. Yang bisa Anda lakukan adalah mengais sisa … penemuan-penemuan remeh yang hanya memperluas ruang lingkup kedua mazhab fisika tadi. Sorry! Tidak ada ruang bagi kelahiran dewa fisika baru. Begitulah pandangan para profesor fisika pada awal abad ke 19.
Orang sial yang masih bekerja di lab fisika pada saat itu adalah Max Planck. Meneliti radiasi dari sebuah benda yang mengemisi dan menyerap cahaya secara sempurna di Universitas Munich, Planck berusaha mendapatkan suatu formula untuk menjelaskan spektrum intensitas yang dipancarkan benda semacam itu. Hanya suatu formula yang merupakan pengembangan dari mazhab fisika yang sudah ada….tidak berharap menjadi seorang dewa…hanya seorang abdi yang setia pada dewa dewa fisika klasik. Setelah itu? Mungkin menjadi guru SMA atau pemain musik sekalian karena sudah tidak ada tantangan lagi di dunia fisika! Siapa tahu sonata Beethoven masih belum lengkap?
Nasib berkata lain.
Alam memang seringkali menyimpan rahasianya hingga saat.-saat terakhir! Planck menghabiskan waktu berbulan bulan untuk mencari formula yang cocok dengan hasil eksperimen radiasi tadi. Beberapa fisikawan lain yang kurang kerjaan juga mencoba namun tidak berhasil…beberapa bermain tebak tebakan namun tidak bisa menjelaskan keseluruhan spektrum intensitas…ada apa ini?
Energi diskrit?
Hanya ada satu cara …dan cara ini gila setidaknya untuk standar orang waras pada saat itu….Planck mengemukakan agar formulanya cocok atom atom yang mengisi benda radiasi itu haruslah meradiasi cahaya tidak seperti gelombang kontinu tetapi dalam “kuanta” diskrit. Energi diskrit? Planck sangat terganggu dengan gagasannya sendiri! Seperti orang yang berayun, hanya bisa memiliki energi kinetik tertentu…loncat dari satu posisi ke posisi ayun lain….you have to be kidding me!
Kemudian datang orang gila lain bernama Einstein. Nyeleneh seperti saat ia selalu menghindari kuliah yang dirasa membosankan, orang yang datang dari kantor paten di swiss dengan ijasah fisika pas pasan itu mengusulkan lebih jauh bahwa cahaya (bukan hanya benda radiasi) sendiri juga membawa energi dalam bentuk kuanta, energi diskrit seperti partikel, seperti sekumpulan peluru yang dinamai foton! Mendengar ini, mungkin Young, si penemu sifat gelombang cahaya atau barangkali fisikawan klasik Huygens akan bangkit dari kubur dan tidak balik lagi sebelum mencekik Einstein!
Yang terjadi kemudian adalah sebuah revolusi fisika yang telah mengubah hidup milyaran orang di muka bumi ini. Luis De Broglie, bangsawan perancis yang tidak mau hidup enak (foya-foya) tapi lebih baik mengutak utik fisika kemudian menunjukkan bahwa gagasan foton Einstein dapat diperluas untuk elektron dan partikel elementer lainnya. Eksperimen kemudian dirancang dan hasilnya mencengangkan: Ternyata semua partikel memiliki panjang gelombang…bukan panjang gelombang klasik…tetapi panjang gelombang yang dapat menunjukkan keberadaannya….yang jika diolah dalam suatu persamaan yang mungkin paling gila sepanjang masa temuan Erwin Schrödinger menjadi kunci untuk menguak rahasia dunia atom yang kasat mata…..dunia mekanika kuantum.
Persamaan Schrödinger (dan versi pengembangannya/Pers. Dirac) itu gila karena tidak pernah gagal! Tidak pernah gagal menjelaskan jutaan eksperimen fisika pada skala kasat mata hingga saat ini. Masukkan gelombang de Broglie dan informasi energi (jargon fisikanya: Hamiltonian) suatu partikel semacam elektron atau cahaya (foton) kedalam persamaan gila ini, kemudian biarkan komputer kita menghitung solusinya….maka terkuaklah gembok menuju pintu rahasia dunia kasat mata: bahwa atom atom terdiri dari level level energi yang mengikuti suatu pola pengisian tertentu, probalbilitas transisi antar level energi itu dapat dihitung, ikatan molekuler dapat dijelaskan, dan banyak fenomena mistis lainnya semacam efek terobosan yang memungkinkan suatu elektron menembus tembok potensial meskipun energinya secara klasik tidak memungkinkan.
Seandainya kita tidak memiliki Persamaan Schrodinger, kita tidak akan pernah dapat membuat transistor. Transistor memerlukan pengetahuan mengenai pengisian elektron dalam atom semacam Silikon atau Germanium. Transistor juga hanya dapat bekerja jika kita mengetahui bagaimana cara pengisian level level energi oleh elektron, berapa energi yang diperlukan untuk menyuruh elektron berlari menghantarkan arus, bahan apa (doping) yang diperlukan untuk menghasilkan transistor yang efisien, dll. Semua itu tidak mungkin tanpa mekanika kuantum….dapatkah kita membangun pesawat tanpa memahami aerodinamika? Tentu dapat…..tapi hanya terbang sesaat dan hancur berkeping keping…tidak pernah menjadi pesawat yang bermanfaat…
Mengapa transistor begitu penting? Teknologi kita saat ini bersandar pada kemampuan rekayasa elektronika pada skala nano…kemampuan untuk membelokkan elektron dan menentukan kapan ia dapat mengalir, juga kemampuan untuk memperkuat sebuah sinyal listrik, semua ini tidak akan mungkin tanpa transistor setidaknya dalam ukuran nano. Kemampuan hantar arus suatu transistor juga sangat bergantung pada perhitungan kuantum, khususnya efek terobosan dan probabilitas transisi. Benar, kita tentu masih bisa membuat komputer dan telefon tanpa transistor, misalnya dengan tabung trioda….yang ini ukurannya segede botol. Bayangkan Intel Pentium 4 dengan 55 juta transistor….55 juta botol trioda digabung menjadi satu? Lebih baik cari mainan lain!
Kalau Anda masih belum terkesan, saya beri contoh lain. Laser adalah teknologi yang menghancurkan masa depan jarum gramophone! Ketika saya menulis artikel ini tulisan saya disimpan di harddisk atau sistem penyimpan agar dapat dibaca oleh Anda. Sistem penyimpanan dan pembacaan informasi ini bergantung pada teknologi laser yang menscanning informasi magnetik (byte) yang tersimpan secara elektronik. Diperlukan radiasi cahaya (Light) yang diperkuat (amplification) melualui proses emisi-terstimulasi (stimulated emision) agar informasi yang tersimpan dalam skala nano, yang tidak mampu dibaca oleh jarum akhirnya bisa terbaca. Inilah asal kata laser: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation.
Teknologi laser dimungkinkan setelah manusia menemukan mekanisme penguatan cahaya dengan memanfaatkan suatu level energi dari material tertentu yang dikenal sebagai level energi yang tidak sepenuhnya stabil. Level energi ini atau dalam jargon fisika dikenal sebagai level meta stabil memiliki usia yang sedikit lebih panjang daripada level energi eksitasi lainnya. Dari persamaan Schrodinger, kita tahu bahwa setiap material memiliki level2 energi yang paling stabil bernama ground state dan level energi yang lebih tinggi namun tidak se stabil ground state bernama level eksitasi. Level meta stabil sedikit unik karena ia memiliki massa transit yang lebih lama sebelum kembali ke energi dasarnya (ground) atau jargon fisikanya: waktu relaksasi. Elektron2 yang distimulasi oleh cahaya memperoleh energi sehingga dapat tereksitasi ke keadaan meta stabil ini (melalui perhitungan kuantum). Karena waktu relaksasinya lebih lama ketimbang level eksitasi elektron2 berkumpul pada level ini membentuk suatu populasi sehingga suatu saat tercapai inversi populasi….transmigrasi elektron besar2an ke level ini yang jika disentil oleh suatu sinyal (on) akan terelaksasi kembali ke level ground dengan memancarkan cahaya yang sangat kuat (koheren), inilah cahaya laser yang Anda gunakan untuk mendengarkan musik dan menyimpan data.
Sekarang dapatkah Anda bayangkan dunia tanpa mekanika kuantum? Dunia tanpa transisor, berarti dunia tanpa komputer portabel, apalagi laptop, lebih lebih lagi iphone, ipod, dan segala sanak saudaranya! Tidak ada telepon genggam, tidak ada mp3 player, rumah2 akan meledak oleh tabung trioda, lalu masihkah kita berani bertanya dimana peran fisika kuantum? Saya katakan: Fisika kuantum adalah teori terhebat yang pernah dibuat oleh manusia….dan sampai kini fisikawan belum benar2 memahami seluruh konsekuensinya.
Banyak fisikawan sudah hampir bosan dengan elektron, elektron sangat hebat….tetapi juga lambat…setidaknya untuk ukuran generasi muda yang ingin mendownload film dalam ukuran detik dan berkomunikasi secara jelas dan cepat dengan transmisi gigabyte! Beberapa dekade ini fisikawan berjuang untuk menemukan “transistor cahaya” ….karena jika ini menjadi kenyataan kita mampu memanipulasi sinyal tercepat di alam. Tidak ada informasi yang lebih cepat dari cahaya…tidak ada transfer data yang lebih cepat selain menggunakan foton…..meskipun fisikawan sudah dapat membelokkan cahaya (waveguide, photonics)…..ia masih begitu liar dan nakal, sulit untuk diisolasi, sulit untuk ditrap sekehendak hati….meskipun ini hanya masalah waktu….., seperti halnya mengisolasi atom agar bisa dimanipulasi menjadi komputer kuantum, yang terakhir baru mungkin untuk 10 quantum bits atau 10 atom yang fungsi gelombang de Broglienya masih berada dalam keadaan terisolasi (koherens). Sebuah qubit memiliki 3 kombinasi ketimbang bit konvensional yang menyimpan ijnformasi 0 dan 1. Tambahan 1 kombinasi ini akan mempercepat cara kerja sangat signifikan (pangkat 3). Jika kita suatu saat mampu membuat isolasi qubit mencapai processor pentium 1 saja kita bisa menghitung semua informasi yang jika dilakukian oleh komputer tercepat saat inipun memakan waktu berbulan bulan hanya dalam hitungan detik!
Lagi pula era penambahan transistor pentium sebentar lagi akan berakhir…karena transistornya sudah begitu kecil hingga mencapai limit kuantum elektronik, dimana daya (panas) yang dihasilkan akan menggangu kerja arus elektron secara signifikan. Jika sudah seperti ini…..kita harus beralih pada transistor cahaya…pada qubits (mekanika kuantum)….apa jadinya dunia tanpa mekanika kuantum….dan betapa besarnya potensi teori ini 10 atau 20 tahun kedepan….saat kita mendownload gigabite dalam detik dan menjalankan pengobatan DNA via komputer kuantum yang mampu mengolah semua informasi biologis manusia dalam sekejap….apa yang dikira sebagai suatu teori gila…telah merevolusi kehidupan kita…setiap hari…dan dimasa depan!
Sangat mungkin jumlah transistor yang Anda miliki lebih banyak daripada jumlah tabungan Anda …(bisa mencapai bermilyar transistor jika Anda menggunakan gadget2 elektronik mutahir ). Anda memiliki perangkan mekanika kuantum lebih banyak daripada rupiah???
Sumber : teknologi.kompasiana.com
Tidak ada komentar:
Posting Komentar