Mazhab-mazhab dalam mekanik kuantum

Mazhab mekanik kuantum

Sebelum kita membincangkan secara mendalam mengenai falsafah-falsafah dalam mekanik kuantum, eloklah sekiranya kita faham apa itu mekanik kuantum dan apakah falsafah yang dibawa kerana implikasi mekanik kuantum ataupun fizik secara amnya.

Fungsi Gelombang

Kita bayangkan ada satu objek bergerak secara lurus di atas satu paksi x. Objek ini dikenakan satu daya keatasnya jadi ianya akan bergerak dengan satu pecutan. Dalam mekanik klasik, kita boleh tentukan di mana objek itu berada pada masa-masa yang lain dengan menggunakan persamaan Newton, F = ma, dan juga halaju pada keadaan awal iaitu pada masa t = 0.

Rajah 1. Suatu objek yang bergerak di atas paksi .

Mekanik kuantum cuba untuk menyelesaikan masalah ini melalui pendekatan berbeza, yang mana kita akan mencari fungsi gelombang (wave function), melalui persamaan Schrödinger. Nanti saya terangkan kenapa kita perlu kepada fungsi gelombang ini.

Persamaan Schrödinger

Persamaan Schrödinger bersandar masa.

Fungsi persamaan ini adalah sama dengan persamaan Newton di atas, yang mana menyelesaikannya kita akan dapat menentukan kedudukan suatu objek itu pada masa-masa yang lain.

Dengan menyelesaikan persamaan Schrödinger kita dapat satu fungsi gelombang. Apakah kaitannya dengan objek tadi? Sedangkan tujuan kita menyelesaikan persamaan tadi adalah untuk mengetahui kedudukan objek, bukannya satu fungsi ataupun gelombang. Max Born, seorang fizikawan Jerman telah menafsirkan nilai mutlak fungsi gelombang kuasa 2, bersamaan dengan kebarangkalian suatu objek berada di x pada masa t.

Rajah 2. (a) Suatu fungsi gelombang. Objek berkebarangkalian tinggi di A berbanding di B. (b) Fungsi gelombang bagi objek m di (c).

Tafsiran ini menggambarkan ketidakpastian dalam menentukan kedudukan objek itu, walaupun kita tahu segala maklumat mengenai objek itu-sehingga dapat tahu keadaan objek pada masa tertentu (dalam contoh mekanik klasik di atas, kita diberi daya dan halaju awal untuk dapatkan kedudukan pada masa t).

Sifat ketidakpastian ini menggusarkan ramai fizikawan yang lain, Einstein khasnya. Mereka tertanya-tanya adakah ini adalah suatu sifat semula jadi mahupun teori ini tidak lengkap. Maka timbullah pelbagai mazhab (fahaman) dalam mekanik kuantum.

Mazhab-mazhab dalam mekanik kuantum

Terdapat banyak mazhab dalam mekanik kuantum, yang mana setiap satunya mempunyai kelebihan dan kekurangannya yang tersendiri. Apa yang dihuraikan dalam penulisan ini hanya menggambarkan mazhab-mazhab yang ternama dan sesuai dengan gambaran kuantum yang diterangkan di atas.  

Kita cuba fahami falsafah dalam setiap mazhab dengan memberikan satu contoh. Jika kita melakukan satu eksperimen dan mendapati satu partikel berada di kedudukan A. Di manakah partikel itu berada sebelum eksperimen itu dilakukan?

1. Interpretasi Copenhagen/Bohrisme.

Partikel itu tiada di mana-mana. Pendirian ini berkait dengan Bohr dan rakan-rakannya. Tindakan mencerap kedudukan partikel itu menyebabkan partikel itu dipaksa untuk berada di situ.

Cerapan itu bukan sahaja mengganggu subjek malah menghasilkan nilai yang diperolehi. Tetapi jika ini adalah benar, maka pencerapan adalah sesuatu yang pelik kerana menganggu sistem kuantum partikel tersebut.

Ini akan membawa kepada masalah secara falsafahnya, seperti: Di manakah letaknya bulan sebelum kamu melihatnya? Mengikut fahaman ini, maka bulan itu tiada di mana-mana sebelum ini, cuma melihatnya membuatkan ia berada di situ.

Walaubagaimanapun, fahaman ini ditambah baik dengan teori dekoherenan (runtuhan fungsi gelombang), iaitu fungsi gelombang yang berubah bersandar kepada cerapan.

Teori ini menyatakan suatu fungsi gelombang itu akan superposisi, iaitu pertindanan dua atau lebih gelombang secara lokal apabila kita juga mengambil kira fungsi gelombang dari suatu cerapan itu.

2. Realis dan deterministik/Einsteinisme.

Partikel itu berada di A. Pendirian ini dipelopori oleh Einstein, yang mana dalam satu surat Einstein ada menyebut “As I have said so many times, God doesn’t play dice with the world.”

Tetapi jika ini adalah benar, maka mekanik kuantum adalah sebuah teori yang tidak lengkap. Bagi mereka, ketidakpastian adalah kejahilan diri sendiri dan bukannya satu sifat semula jadi.

Jika begitu, fungsi gelombang tidak mengandungi semua maklumat dan maklumat tambahan diperlukan untuk memberi gambaran sebenar partikel itu.

Einsteinisme menganggap fungsi gelombang dan sifat-sifat kuantum yang lain itu adalah suatu yang nyata/real. Maka suatu fungsi gelombang itu wujud di alam semula jadi seperti partikel-partikel proton, elektron dan sebagainya.

3. Banyak alam/Everettisme.

Partikel itu berada di mana-mana secara serentak di alam selari. Fahaman ini berbeza dengan Bohrisme. Everettisme menyatakan bahawa suatu cerapan itu terhasil dari superposisi fungsi gelombang dari segala kemungkinan yang ada, yakni ‘seluruh’ alam termasuk alam-alam selari yang lain.

Walaubagaimanapun, konsep alam selari ini tidak boleh diuji kerana tidak nyata dan fizikal, dan jika kita boleh mencerapnya, ianya tidak bermakna lagi kerana alam itu sudah menjadi alam kita. Secara hujahnya, fahaman ini memungkinkan manusia boleh hidup selama-lamanya.

Contohnya, jika ajal seseorang itu pada tahun 2020, pada alam selari yang lain ajalnya pada 2025, pada alam yang lain ajalnya 2040, dan seterusnya. Maka, akan ada manusia yang hidup selama-lamanya, dan kita pasti ini tidak berlaku.

Walaupun fahaman ini boleh menerangkan pelbagai paradoks kuantum seperti paradoks kucing Schrödinger, tetapi akhirnya, fahaman ini tidak diambil serius oleh fizikawan, tetapi ianya amat popular dalam cerita sains fiksyen.

4. Agnostik.

Menolak untuk menjawab. Mereka berpendapat, ‘Apa gunanya mencari keadaan partikel sebelum cerapan? Sedangkan kita hanya tahu andaian kita adalah betul atau salah setelah suatu cerapan dibuat.’

Fahaman ini menganggap fungsi gelombang itu hanyalah alat untuk mengira kebarangkalian dan nilai akhir cerapan. Tiada makna tersirat dalam fungsi gelombang dan ianya tidak wujud secara fizikal.

Namun, fahaman ini kurang diguna pakai lagi kerana banyak idea-idea terbaharu yang bercanggah dengan fahaman ini, contohnya dekoherenan fungsi gelombang, yang mana kita boleh tahu kewujudan suatu partikel (walaupun tidak tahu di mana kedudukannya) sebelum cerapan dibuat. Seolah-olah, dengan melihat riak dalam lopak air, kita tahu ada batu yang jatuh ke dalamnya walaupun kita tidak tahu kedudukannya secara tepat.


Terdapat banyak lagi mazhab-mazhab yang cuba menerangkan konsep-konsep yang terdapat dalam kuantum mekanik, hingga Bohr sendiri berkata “If you are not confused by quantum physics then you haven’t really understood it.” Termasuk juga Richard Feynman, “I think I can safely say that nobody understands quantum mechanics.”

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.