Keterbatasan Fisika Klasik

1
Bab I
Keterbatasan Fisika Klasik
Pada akhir abad 19 sampai awal abad 20 terjadi suatu krisis dalam kancah fisika. Serangkaian hasil-hasil
eksperimen ternyata tidak dapat ditelaah secara memuaskan dengan fisika klasik (mekanika klasik,
termodinamika, teori elektromagnetik) yang sudah dianggap terumus kokoh dan mantap pada waktu itu,
sehingga menuntut konsep-konsep yang nyata-nyata baru dan berbeda dengan fisika klasik.
Pengembangan konsep-konsep ini yang didukung oleh eksperimen-eksperimen brilian pada waktu itu,
akhirnya membawa kepada perumusan teori kuantum sebagai teori baru untuk lingkup mikroskopik.
Dalam bab ini kita akan mengulas latar belakang krisis ini sampai tercapainya perumusan teori kuantum.
Dalam bab ini akan kita urutkan latar belakang teori kuantum secara kronologis.
1.1 Radiasi Benda Hitam
Teori kuantum dimulai dengan fenomena radiasi benda hitam. Apabila suatu
benda dipanaskan maka akan tampak mengeluarkan radiasi (misalnya ditandai dengan
terpancarnya cahaya yang berwarna-warni). Dalam keadaan kesetimbangan maka cahaya
yang dipancarkan akan tersebar dalam seluruh spektrum frekuensi v atau panjang
gelombang λ, dan kita berusaha mendefinisikan daya terpancar yaitu energi emisi pada
panjang gelombang λ per satuan luas per satuan waktu, E(λ,T). Ini adalah fungsi
universal. Dalam hal radiasi benda hitam maka benda mempunyai karakteristik penyerap
sempurna terhadap radiasi yang mengenainya. Secara praktis kita dapat membuat benda
hitam ini misalnya sebuah kotak dengan lubang kecil sedemikian hingga sembarang
radiasi yang masuk benda hitam melalui lubang kecil, akan terpantul-pantul diantara
dinding bagian dalam benda hitam dan tidak ada kemungkinan lolos keluar (karakteristik
penyerap sempurna) lewat lubang tersebut.
Kirchhoff (1859) menunjukkan dari hukum kedua termodinamika, bahwa radiasi
di dalam rongga benda hitam bersifat isotropik, yaitu fluks radiasi bebas dari
arah/orentasi, kemudian juga bersifat homogen yaitu fluks radiasi sama untuk disetiap
titik, dan juga sama dalam semua rongga pada suhu yang sama, untuk setiap panjang
gelombang1. Daya emisi (dengan alasan geometrik sederhana) lalu dikaitkan dengan
rapat energi u(λ, T) di dalam rongga. Relasi ini adalah
c
T E T u ) , ( 4 ) , (
λ
λ = (1.1)