Fisika yang Didasari pada Prinsip-Prinsip yang Dikembangkan sebelum Teori Kuantum adalah?

Sodiqi.com - Sebelum fisika kuantum mengubah cara kita memahami alam semesta, seluruh fenomena fisik dijelaskan melalui prinsip-prinsip fisika klasik. Disiplin ilmu ini menjadi landasan sains modern selama ratusan tahun, mencakup hukum-hukum yang hingga kini masih relevan dalam kehidupan sehari-hari. Lantas, apa sebenarnya fisika klasik, dan mengapa ia dianggap sebagai "dasar" sebelum teori kuantum muncul?

Fisika yang didasari pada prinsip-prinsip yang dikembangkan sebelum teori kuantum adalah Fisika Klasik{alertSuccess}

Apa Itu Fisika Klasik?

Fisika klasik merujuk pada kumpulan teori yang berkembang antara abad ke-17 hingga awal abad ke-20. Konsep-konsepnya dirancang untuk menjelaskan gerak benda, interaksi energi, gelombang, serta fenomena makroskopis lainnya. Tokoh seperti Isaac Newton, James Clerk Maxwell, dan Ludwig Boltzmann memberikan kontribusi besar dalam membangun kerangka berpikir fisika klasik.

Tarantino.2025, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

Prinsip utamanya bersifat deterministik—artinya, jika kita mengetahui kondisi awal suatu sistem secara lengkap, kita bisa memprediksi perilakunya di masa depan. Misalnya, Newton merumuskan hukum gerak dan gravitasi yang mampu menghitung orbit planet atau lintasan proyektil. Sementara itu, Maxwell menyatukan listrik dan magnet dalam persamaan gelombang elektromagnetik, yang keluar menjelaskan cahaya sebagai gelombang.

Tiga Pilar Utama Fisika Klasik

• Mekanika Newton: Mengatur gerak benda makroskopis. Hukum Newton tentang gaya, percepatan, dan aksi-reaksi menjadi dasar teknik, arsitektur, hingga astronomi.

• Elektromagnetisme: Menjelaskan interaksi partikel bermuatan dan rambatan gelombang cahaya. Teori ini memungkinkan penemuan radio, listrik, dan teknologi komunikasi.

• Termodinamika: Mengkaji hubungan antara panas, kerja, dan energi. Hukum kekekalan energi dan konsep entropi membantu memahami mesin uap hingga efisiensi energi.

Fisika klasik juga mengasumsikan alam bersifat kontinu dan terukur tanpa batas. Contohnya, energi dianggap mengalir seperti gelombang yang halus, bukan dalam paket-paket terpisah (kuantum).

Dari Klasik ke Kuantum: Mengapa Peralihan Ilmu Ini Terjadi?

Meski sukses menjelaskan fenomena skala besar, fisika klasik gagal menjawab perilaku partikel subatomik. Eksperimen seperti radiasi benda hitam dan efek fotolistrik menunjukkan bahwa energi tidak selalu kontinu, tetapi tersusun dari unit diskret yang disebut kuantum. Fenomena ini melahirkan fisika kuantum, yang memperkenalkan prinsip ketidakpastian, dualitas gelombang-partikel, dan probabilitas.

Apakah Fisika Klasik Masih Relevan?

Tentu! Meski fisika kuantum lebih akurat di skala mikro, fisika klasik tetap menjadi alat vital untuk menganalisis sistem makroskopis. Dari menghitung kecepatan roket hingga merancang sirkuit listrik, hukum-hukum Newton dan Maxwell masih digunakan sehari-hari. Kedua disiplin ini saling melengkapi: kuantum mengungkap rahasia atom, sementara klasik membangun jembatan antara matematika dan realitas yang kita lihat.

JozumBjada, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons - Quantum Zero effect animation

Dengan kata lain, fisika klasik bukanlah "teori usang", melainkan fondasi yang memungkinkan manusia memahami alam semesta sebelum menjelajah ke dunia kuantum yang penuh paradoks.

Keterbatasan Fisika Klasik dan Munculnya Paradigma Baru

Meskipun fisika klasik sukses memprediksi gerak planet, aliran listrik, atau efisiensi mesin, ilmu ini mulai menunjukkan celah ketika ilmuwan mengeksplorasi dunia yang lebih kecil dari atom. Pada akhir abad ke-19, beberapa fenomena tak terduga muncul dan memaksa para fisikawan mempertanyakan asumsi dasar fisika klasik.

Salah satu contohnya adalah masalah radiasi benda hitam. Menurut teori klasik, benda hitam (penyerap cahaya sempurna) yang dipanaskan akan memancarkan energi tak terhingga saat frekuensi cahaya meningkat. Nyatanya, hasil eksperimen menunjukkan radiasi justru menurun pada frekuensi tinggi.

Sebuah radiator benda hitam yang digunakan di laboratorium GL Optic CARLO di Puszczykowo, Polandia - Luminforum, CC BY 4.0, via Wikimedia Commons

Kontradiksi ini disebut "bencana ultraviolet" dan tidak bisa dijelaskan dengan hukum termodinamika atau elektromagnetisme klasik. Max Planck kemudian mengajukan ide revolusioner: energi tidak mengalir secara kontinu, tetapi dalam paket-paket kecil bernama kuanta. Meski awalnya dianggap sebagai trik matematis, gagasan Planck menjadi batu pertama fisika kuantum.

Contoh lain adalah efek fotolistrik, di mana cahaya yang menyinari logam mampu melepaskan elektron. Teori gelombang cahaya klasik menyatakan bahwa intensitas cahaya (bukan frekuensi) yang menentukan energi elektron terlepas.

Kendati begitu, eksperimen Einstein tahun 1905 membuktikan bahwa energi elektron bergantung pada frekuensi cahaya, bukan intensitasnya. Einstein mengusulkan bahwa cahaya terdiri dari partikel (foton) yang energinya terkait frekuensi—konsep yang sepenuhnya bertolak belakang dengan teori Maxwell.

Perbedaan Fundamental Fisika Klasik dan Kuantum

Determinisme vs Probabilitas:

Fisika klasik percaya segala sesuatu bisa diprediksi secara pasti, seperti gerak bola yang dihitung dengan hukum Newton. Sebaliknya, fisika kuantum memperkenalkan prinsip ketidakpastian Heisenberg, yang menyatakan kita tidak bisa mengetahui posisi dan momentum partikel secara bersamaan dengan presisi mutlak. Alam semesta mikroskopis dijalankan oleh probabilitas, bukan kepastian.

Partikel vs Gelombang:

Dalam fisika klasik, objek seperti elektron atau bola tenis bersifat partikel, sedangkan cahaya adalah gelombang. Fisika kuantum menggabungkan kedua sifat ini melalui dualitas gelombang-partikel. Elektron bisa berperilaku seperti gelombang (terlihat dari eksperimen celah ganda), sementara cahaya juga menunjukkan sifat partikel.

Kontinuitas vs Diskret:

Fisika klasik menganggap energi, momentum, dan sifat fisik lain bersifat kontinu (misalnya, benda bisa memiliki energi 1, 1.5, atau 2 joule). Fisika kuantum memperkenalkan nilai-nilai diskret, seperti elektron yang hanya bisa berada pada tingkat energi tertentu di sekitar atom.

Mengapa Fisika Klasik Tidak "Salah"?

Meski fisika kuantum lebih fundamental, bukan berarti fisika klasik keliru. Keduanya berlaku di domain berbeda. Analoginya, peta kota tetap berguna meski tidak menggambarkan posisi setiap kerikil di jalan. Fisika klasik adalah "peta" untuk sistem makroskopis—seperti planet, mobil, atau arus listrik—yang tidak memerlukan presisi kuantum. Bahkan, menghitung perilaku setiap atom dalam secangkir kopi menggunakan persamaan kuantum akan memakan waktu ribuan tahun!

Selain itu, fisika klasik menjadi "batas" fisika kuantum ketika objek berukuran besar. Fenomena kuantum seperti superposisi atau entanglement biasanya hilang akibat dekoherensi kuantum, di mana interaksi dengan lingkungan mengembalikan sistem ke perilaku klasik. Inilah mengapa kita tidak melihat kucing Schrödinger (yang hidup dan mati secara bersamaan) dalam dunia nyata.

Warisan Fisika Klasik dalam Sains Modern

Konsep fisika klasik tidak hanya bertahan, tetapi juga menyatu dengan teori modern. Misalnya:

1. Relativitas Einstein: Meski termasuk teori modern, relativitas umum tetap berpijak pada kerangka deterministik dan geometri ruang-waktu yang kontinu.
2. Komputasi Klasik: Komputer yang kita gunakan sehari-hari dijalankan oleh transistor yang mengikuti prinsip elektromagnetisme klasik.
3. Rekayasa dan Teknologi: Dari jembatan hingga satelit GPS, semua dirancang menggunakan hukum Newton dan Maxwell.

Ikhtisar

Fisika klasik dan kuantum ibarat dua lensa berbeda untuk melihat realitas. Yang satu jelas menggambarkan dunia nyata yang kita alami, sementara yang lain mengungkap keanehan di balik layar. Tanpa fisika klasik, manusia mungkin tak pernah mencapai revolusi industri atau menjelajah antariksa. 

Tanpa fisika kuantum, kita tak akan memahami semikonduktor, laser, atau struktur atom. Keduanya bukanlah rival, melainkan mitra yang membuka lapisan-lapisan pengetahuan tentang alam semesta—dari yang kasatmata hingga yang tersembunyi di balik skala atom.