ART Liek Wilardjo Asas ketakpastian Heisenberg Full text

ASAS KETAKPASTIAN HEISENBERG: KEPANGGAHANNYA DENGAN
PENGGETAR ,\'ELARAS ATAH

Liek Wtlardjo

11110005

ASAS KETAKPASTIAN HEISENBERG:
KEP ANGGAHANNY A DENGAN PENGGETAR
SELARAS RATAH

Liek Wilardjo
Program Studi Teknik Elektro. FakuJtas Teknik- UKSW
Jalan Diponegoro 52-60. Salatiga 50711

INTISAI
Dittmjukkan balm·a eigennilai Hamiltonan Penggetar Selaras

(Linear

Linear


(1

+t)nJ.

Harmonic

Oscillator)

ialah

E11

=

£0

=±no. yang dapat juga diperoleh dengan menerapkan

dengan


tenaga

keadaan

dasarnya.

asas ketakpastian Heisenerg.

1. PENGANTAR
Dalam Mikroelektronika dipakai untai terangkun yang disebut IC (integrated

circuit).

Untai terangkun itu berupa cebis renik (microchip) yang disusun dari

gerbang-gerbang

logika


dengan

arsitektur

tertentu.

melakukan ungsi yang sesuai dengan rancangaya

sehngga sistem itu

dapat

Dalam rangkunan berskala

sangat besar (VLSI). cebis berukuran satu inci persegi dapat memuat ratusan ribu
gerbang. Komponen utama dari gerbang itu erupa peranti (device) yang disebut
trasistor efek medan semipenghantar-oksida Jogam (TEMSOL) atau NJO,S'FET

(Metal-Oxide Semiconductor Field E.ff"ect Transistor).


Berungsinya TEMSOL

ditentukan oleh sifat-sifat bal1an-bal1an penyusmmya dan perlakuan yang dikenakan
pada bahan-balmn itu.

Ini semua ditelaah dalam Fisika yang didasarkan pada

Mekanika Kuantum

99

Techne Jurnal Il.ah Elektroteknika Vol 0 No.

2 Oktober 2011 Hal 99- 08

2. ASAS ETAPASTIAN
Salal1 sau asas yang paling penting dalam Mekanika Kuanum ialah Asas
Ketakpastian. Asas ini menyatakn bahwa pasangan amatan sekawan (cm1Jugate

observahles) tidak dapat kedua-duanya ditentukan dengan pasti. Pasangan amatan.

misalnya P dan Q. disebut seka,Yan kalau komutatonya memenuhi persamaan

[P; .Q .i] = -ito1. 1 I

(1)

Komutator dari pengandar-pengandar P dan Q. yakni [P. Q] :;: PQ- QP. dapat
ditentukan dengan memakai representasi Schroedinger. dengan

P

-ln
". (, .

i'' Q

dan Q

Q:
[P.Q]fl = PQji-QPft


a
r11
= -ih-. [H,X]
iim-X ± i mco (-il m)P

=

= ilnw/·x ±, cv P
= ± i tD (P ± i mtD X)
Karena

[H, P ± i nuoXJ = H (P ± imcoX)

maka

H (P ± i mcaX)1111=
=

(14)


(P ± i nuu X)H ,

± l ) (P ± imco X] lin + (P ± i mtoX)HIIn



±nco (P± inuo X] in+ (P ± imo>X)Enlln.
(£,± ica) (P ± imco X) lin .

H( P ± imcuX)1111=

Jadi.
Persamaan

(En± ico) (P ± imco X) 1111



(15) menunjukkan bahwa ( P ± imoJX)'n adlah eigenkeadaan dari


pengandar H yang bersangkutan dengan eigennilai (En± io). Maka En= Eo+ nlro:
di sini £0 ialal1 niJai tenaga yang paling rendal1. yakni tenaga keadnan dasar. dan n
ialah sebuah bilat (bilangan bulat) ositif
Kita tinjau sekarang

H( P-ima>X)'o=
(P

-

(Eo± iro) (P -imco X) 'o

imc? X) 'o mustahil mempakan eigenkeadaan tenaga yang terendal. Karena

itu. persamaan di atas hanya dipenuhi kalau (P - imro X) 'o= 0.
Maka (P + imtD X) (P-imco X) 'o

0


(P2 + imco XP- imoJ PX+ m2co2X1) 'o = 0
(P2 + imco [X. P] + m2o} X2) 'o = 0
(2m (P2 I 2m + 1mca2 X2) + i mea [X. P] ) 'o
104

=

0

(15)

AAS KETAKPASTJAN HEISENBERG: KEPANGGAHANNYA J)ENGAN
PENGGETAR .\'ELAAS ATAH

Lick Wilardjo

[2mH + im) (iI)] Vo = 0
(2mH- micol) Vo = 0
(28 -icol) Vo = 0


sehingga

Karena

E" =Eo+

nico. maka
(16)

E =(n +_)ico
2
II

dengan

n

= 0. L 2..........

.


Persamaan (16) memberikan eigenilai-eigennilai dari pengandar Hailton yang
bersangkutan dengan eigenkeadaan-eigenkeadaan penggetar selras lnear. Dengan
kata lain. En ialah aras tenaga ke-n dari penggetar selaras linear. sedang Eo=

tt1co

ialah aras tenaganya yang paling rendah.. yang juga disebut tenaga keadaan dasar.

4 KEPANGGAHAN DENGAN ASAS KETAKPASTIAN
.

.

Batm·a tenaga keadaan dasar itu

tic

o.

dan bukan 0 panggah (konsisten) dengan
.

asas ketakpastian Heisenberg. sebab klau noL maka pusanya juga noL berarti tidak
bergerak. alis posisinya tertentu dan tidak berubah-ubah. Tetapi kalau pusa dan
postsmya (kedua-keduanya) past.. ini melanggar asas ketakpastian Heisenberg.
Dengan argumen "reductio ad absurdum" ini sudah kita tunjukkan batm·a persamaan

(16) konsisten dengan persamaan (2).
Untuk lebih meyakinkan kepanggahan ini. akan dittmjukkn batm·a tenaga
keadaan dasar Eo =

tico itu dapat diperoleh dengan menerapkan asas ketakpstian

(2).
05

Techne Jurnal IJmiah Elektroteknika Vol 10 No. 2 Oktober 201 1 Hal 99- 108

Untuk penggetar selaras linear klasik persamaan (8) memberikan posisi di saat t.
yakni
x

=A sincat.

.

·

Maka x-1 = A-� sm-� aJt. dan rerata ''"ktunya :

=A 2

(_ ftoTo

J

cos2cot)dt

r
1
/
r
=A2 2
t -- -sin2mt
2m
0

[

Dari (8) diperoleh x

p

=

]

AJcoswt. sehingga p = mx = mAcocosJI dan

2 = m2A 2m2 cos2 mt.

Tenaga total = tenaga gerak + tenaga potensiaJ. Di saat simpangan penggetar itu
maksimum

(xm

=

A). tenaga geraknya noL sehingga tenaga total

potensiaJ maksimum = 1mro2A2. Jadi E = 1mro2A2.
Bila dinyatakan dengan E i. kita dapatkan baJnYa

dan

lOCi

\ )
p2

=Em. sehingga

=

tenaga

A.\4S KETAKPASTIAN HEISENBERG: KEPANGGAHANNYA DENGAN
PENGGETAR SELAAS RATAH

Liek Wi/ardjo

Untuk getaran keciL rus kiri dapat ditafsirkan sebagai

(lx)1 (1p)1.

Maka

Tetapi menurut Heisenberg,

x. lJ}
"

ln

> 2
-

.

berarti nilainya paling rendah (untuk keadn dasar. £0)

x lp
·

=

in

=

£0/ro

Dari sini kita dapatkan :

(Q.ED: quod erat demonstrandum)

5. SIMPULAN
Asas ketakpastian Heisenerg dijelaskan artinya tetapi hanya diberikan ungkapan
matematisnya. tanpa penunman. Dengan menggunakan pengandar pusa P, pengandar
posisi X. dan pengandar Hamilton H serta hubungan mereka, diperoleh aras-aras
tenaga penggetar selaras linear. termasuk aras tenaganya yang paling rendal1. yakni
tenaga keadaan dasar.

£0

=

tnJ. Kemudian ditm�jukkan kepanggahan ntara asas

ketidakpastian Heisenberg dan aras-aras tenaga penggetar selaras linear. dengan
mendapatkan tenaga keadaan dasnya dengan menerapkan sas Heisenberg pada
penggetar selaras linear kJasik.

107

Teclme Jurnl Jlmiah Elektroteknika Vol. 10 No. 2 Oktober 2011 Hl 99 - 108

ACUAN
1.

PowelL John L. & Bend Craseman:Quantum Mechanics. Addison-Wesley.
Reading (Mass.). 196 L p. 72-73

2.

Wilardjo. L.: "Using Standing-Wave Patten to Explain Quantization". Poc.

I'' Kentingan Psics Foum. July 23rd- 24h. 20()1
3.

Young. Hugh D. & Robert A Freedman: University Physics. l21h ed .. Addison­
Wesley. Sn Francisco. 2007. Chapters 40 & 41

108