Ahad, 7 November 2010

Kuantum vs Klasik: Mana Satukah Pilihan Anda?

Mana satukah pilihan anda? Sama ada Hukum Kedua Newton atau Prinsip Ketakpastian Heisenberg yang menjadi anutan anda?

Dalam Hukum Kedua Newton, ia ada menyatakakan bahawa dalam sistem tertutup (tiada daya dalaman atau luaran yang bertindak ke atas sistem tersebut), maka momentum adalah sesuatu kuantiti yang abadi, bermaksud bahawa Jumlah Momentum Sebelum Perlanggaran adalah sama dengan Jumlah Momentum Selepas Perlanggaran. Dalam buku teks Fizik Tingkatan Empat berbahasa Melayu, fenomena tersebut dikenali sebagai Keabadian Momentum (Sebelum PPSMI dilaksanakan)

[Minta maaf, sedikit selingan: Ketika saya mengendalikan Amali Fizik 1, saya memberikan sedikit penerangan mengenai salah satu topik amali (Momentum dan Impuls), kemudian saya menggunakan perkataan "Keabadian Momentum". Kemudian salah seorang pelajar daripada kumpulan amali tersebut berkata, "Wow... Mantap, menakutkan je dengar perkataan tu". Kemudian saya membalas, "Oh, keabadian momentum tu adalah Conservation of Momentum" Kemudian saya menambah, "Kamu belajar dalam bahasa Inggeris, saya dididik dalam Bahasa Melayu"]

Untuk keterangan lebih lanjut sila rujuk buku teks Fizik Tingkatan Empat sebelum era PPSMI dilaksanakan. :-)

Perbincangan seterusnya adalah Prinsip Ketakpastian Heisenberg, yang menjadi nadi utama dalam Mekanik Kuantum. Prinsip tersebut menyatakan bahawa untuk mengukur kuantiti "momentum" dan "kedudukan" sesuatu sistem itu secara serentak dengan darjah kejituan yang tinggi adalah perkara yang mustahil. Prinsip itu juga menyatakan bahawa nilai minimum yang boleh diperolehi daripada pengukuran tersebut iaitu hasil darab ketakpastian momentum (Δp) dan ketakpastian kedudukan (Δx) adalah sama dengan pemalar ħ/2 atau lebih daripada itu.



Daripada persamaan di atas, nilai ketakpastian (mungkin mudah kita mengenalinya sebagai "ralat") sesuatu kuantiti tertentu akan mempengaruhi kuantiti yang satu lagi. Mudah kata, jika kita dapat mengukur kuantiti momentum sesuatu zarah dengan tepat (dengan ketakpastiannya Δp=0), maka adalah mustahil untuk kita mengukur kuantiti kedudukan zarah tersebut dengan tepat.

Untuk makluman lagi, prinsip tersebut bukanlah mengenai ralat kebolehpercayaan alat dan intrumentasi atau kemampuan penyelidik untuk mengukur kuantiti-kuantiti tersebut dalam sistem tertentu, tetapi ia adalah kenyataan (atau realiti) mengenai tabii sistem itu sendiri dalam mekanik kuantum.


Tetapi paradoks akan timbul jika kita membayangkan terdapat satu zarah berskala mikroskopik dengan jisim M (yang pegun) dan zarah tersebut tidak stabil dan mereput kepada dua zarah yang berbeza jisimnya dengan nilai m1 dan m2. Kedua-dua zarah tersebut terpisah pada paksi-x, masing-masing bergerak ke kiri dan kanan.

Jika kita mengaplikasikan "Hukum" Kedua Newton iaitu Keabadian Momentum, kita dapati bahawa jumlah momentum zarah-zarah tersebut (m1 dan m2) sama dengan jumlah momentum zarah sebelum mereput (M), iaitu bernilai sifar, yang mana zarah-zarah m1 dan m2 masing-masing bergerak dengan halaju v1 dan v2. Kemudian pada masa yang sama kita juga dapat mengukur kedudukan zarah m1 dan m2 tersebut selepas selang masa tertentu, dengan mendarab halaju zarah tersebut dengan selang masa tertentu yang diukur.

Maka kedua-dua kuantiti tersebut (momentum dan kedudukan) dapat diukur dengan baik, kerana Hukum Kedua Newton penerangan yang tekal dengan fenomena-fenomena fizik harian kita!


Meskipun demikian, Prinsip Ketakpastian Heisenberg menerangkan sebaliknya, iaitu:

1)Kuantiti momentum dan kedudukan zarah tidak dapat diukur secara serentak
(Hukum Kedua Newton pula membenarkan, malahan ia diakidahi dalam penerangan fizik harian kita)

2)Pengukuran kedua-dua kuantiti tersebut bersandar-pencerap
(Manakala Hukum Kedua Newton adalah sesuatu pengukuran yang bebas-pencerap, bermaksud ukur atau tidak, ia tetap bernilai itu yang berdasarkan persamaan fizik)

3)Pengukuran kedua-dua kuantiti fizik tersebut adalah kebarangkali, iaitu bilangan kali pengukuran akan memberikan nilai ketakpastian pada pengukuran tersebut
(Jika kita mengurangkan ralat sistematik (instrumentasi) dan ralat paralaks (kebolehmampuan kita menjalankan pengukuran), maka kita boleh mendapat nilai kuantiti tersebut yang tunggal dan jitu; kita sedia maklum bukan!)

4) Fenomena fizik yang dijelaskan diatas sepatutnya tidak boleh berlaku, kerana ia mencabuli tabii Mekanik Kuantum itu sendiri, tambahan pula zarah yang dibincangkan adalah berskala mikroskpik. Itulah apa yang terkandung dalam Prinsip Ketakpastian Heisenberg
(Namun kita sedia maklum bahawa "Keabadian Momentum" berlaku dalam semua sistem termasuklah dalam sistem berskala mikroskopoik, Mungkin!)

Penerangan di atas mungkin boleh digambarkan seperti di dalam Rajah 1


RAJAH 1: Paradoks Mekanik Kuantum


Kekusutan Sang Penulis


Jika fenomena ini tidak boleh berlaku (rujuk perkara 4), bagaimana fenomena fizik yang sepatutnya berlaku dalam sistem berskala mikroskopik yang mematuhi Prinsip Ketakpastian Heisenberg?

Jika Prinsip Ketakpastian Heisenberg digunapakai dalam kes ini, bagaimana pula dengan Keabadiaan Momentum (Hukum Kedua Newton)?

Apakah fenomena fizik memerlukan pencerap? kerana kita sudah arif dan jelas akan fenomena dan nilai kuantiti-kuantiti tersebut (jika kita menyandar kepada penerangan fizik klasik)

Apakah aturan alam kita berserabut? sekejap itu sekejap ini (berdasarkan setiap kali pengukuran sistema dilakukan)

Jika itulah paradoksnya; Mana satukah pilihan anda?

Pilihan saya adalah, Wallahu a'alam.

4 ulasan:

  1. saya pilih apa yg tuan pilih (sebab saya percaya dengan pertimbangan tuan)

    BalasPadam
  2. apakah sebenarnya paradoks yang tuan cuba ketengahkan?

    adakah tuan maksudkan mekanik kuantum tak membenarkan fenomena reputan berlaku?

    BalasPadam
  3. Paradoks itu boleh dirujuk dalam buku Prof Dr. Shaharir Md Zain, terbitan Pelanduk (Saya terlupa dia punya tajuk, sebab tajuk dia panjang sangat).

    Kalau ikut kaedah ilmu mustalahul hadist, saya sekadar mensyarahkan sahaja paradoks tersebut, sepertimana Imam al-Hafiz Ibnu Hajar Asqalani mensyarah kitab Jami'ul Shahih Bukhari dengan kitab Fathul Bari dan sepertimana Imam An-Nawawi mensyarahkan kitab Shahih Muslim, iaitu dengan Kitab Syarah Shahih Muslim.

    Minta maaf saya membuat analogi dengan seperti itu (Biasalah saya juga bercita-cita untuk menjadi Ahli Hadist, hehehe....)


    Mekanik kuantum, membenarkan pereputan berlaku. Cuma fenomena pereputan itu sahaja yang dibincangkan sama ada dari sudut penerangan Klasik (Keabadian Momentum) atau Kuantum (Prinsip Ketakpastian Heisenberg)

    Persoalan ditimbulkan dalam pos di atas ialah, "Mana satukah pilihan anda"

    Wallahu ta'ala a'lam

    Nota: Terima kasih, kerana Tuan Pen Kilometrico sudi menjengah blog saya yang tak seberapa ini, semoga Tuan beroleh manfaat, insyaallah.

    Barakallahu fiikum. :-)

    BalasPadam
  4. Saya juga belajar dalam bahasa melayu prinsip keabadian momentum dan daya kilas (torque)

    BalasPadam