Dalam postingan blog ini, kita akan menelaah latar belakang mekanika kuantum, poin-poin utama interpretasi Kopenhagen dan interpretasi banyak dunia, serta bagaimana kedua interpretasi ini memandang "pengamatan," dan kemudian merenungkan tujuan mekanika kuantum.
Jauh di masa lalu dalam sejarah fisika, Max Planck menerbitkan sebuah makalah dan hasil eksperimen berdasarkan percobaan radiasi benda hitamnya, yang menyatakan bahwa “semua energi terdiri dari paket-paket yang sangat kecil dengan nilai-nilai diskrit.” Hal ini mengguncang fondasi pandangan yang berlaku di kalangan fisikawan pada saat itu, yang percaya bahwa semua fenomena di dunia makroskopis dapat dijelaskan oleh mekanika Newton. Sejak saat itu, seiring kemajuan peralatan pengukuran dan kemampuan fisikawan untuk mengamati dunia mikroskopis, mereka menerbitkan berbagai hasil eksperimen yang mengungkapkan keterbatasan mekanika Newton. Hasil-hasil ini, yang tidak dapat dijelaskan oleh teori-teori yang ada, segera mengarah pada pengakuan akan kebutuhan akan kerangka kerja mekanika baru—dan dengan demikian, “mekanika kuantum” lahir. Mekanika kuantum segera memperkuat posisinya dengan berhasil memberikan jawaban atas fenomena alam yang tidak dapat dipecahkan oleh fisika yang ada, seperti penjelasan Einstein tentang efek fotolistrik dan model spektrum atom hidrogen Bohr. Selain itu, melalui upaya banyak fisikawan dan perkembangan seperti teori transformasi yang dikemukakan oleh Paul Dirac dan Pascual Jordan, bidang ini telah memantapkan dirinya sebagai bidang studi yang berbeda.
Namun, hal ini hanya menandakan penyelesaian "bentuk" matematis—alat yang digunakan untuk menggambarkan isi mekanika kuantum—dan tidak menyiratkan bahwa hal itu telah ditetapkan dari perspektif interpretasi fisik. Bahkan sekarang, beberapa dekade kemudian, konflik pendapat terus berlanjut di antara para fisikawan terkemuka mengenai "interpretasi" fenomena mekanika kuantum. Dari "interpretasi Kopenhagen"—yang sering disebut sebagai interpretasi arus utama—hingga "interpretasi banyak dunia," yang muncul sebagai respons terhadap keterbatasan interpretasi sebelumnya, dan berbagai interpretasi lainnya, pendekatan-pendekatan yang berbeda ini terus saling melengkapi dengan mengatasi kesenjangan yang tidak dapat dijelaskan sepenuhnya oleh satu interpretasi pun. Pada konferensi mekanika kuantum yang diadakan di Austria di masa lalu, sebuah jajak pendapat dilakukan di antara 33 fisikawan terkenal dunia yang menanyakan interpretasi mana yang mereka dukung; interpretasi Kopenhagen menerima 42%, interpretasi teori informasi 24%, dan Interpretasi Banyak Dunia 18%. Mengingat bahwa tidak ada satu interpretasi pun yang melampaui 50% dalam jajak pendapat ini, tampaknya jelas bahwa setiap interpretasi memiliki keterbatasannya sendiri. Dalam artikel ini, saya akan secara singkat memperkenalkan "interpretasi Kopenhagen" dan "interpretasi banyak dunia"—yang mencakup sebagian besar bidang ini dan memiliki pandangan yang berlawanan tentang tindakan "pengamatan"—dan membahas keterbatasannya. "Interpretasi teori informasi" dikecualikan dari pembahasan ini karena memandang mekanika kuantum dari perspektif yang agak berbeda dari dua interpretasi lainnya.
Kerangka dasar interpretasi Kopenhagen, yang diusulkan oleh Bohr dan Heisenberg, adalah sebagai berikut: “Selama pengamat tidak menggunakan peralatan pengukuran, elektron di dalam atom bergerak sesuai dengan hukum kausalitas. Namun, ketika mencoba untuk menggambarkan elektron pada posisi dan waktu tetap dalam ruang-waktu, interaksi diskrit ikut campur, menyebabkan elektron menyimpang dari kausalitas, dan pengamat tidak punya pilihan selain mengandalkan probabilitas kuantum.” Mekanika Newton menyatakan bahwa partikel yang diamati di dunia makroskopis memiliki nilai posisi dan momentum yang spesifik dan terdefinisi dengan baik ketika bergerak. Ini berarti bahwa di dunia makroskopis, tempat pengamat—yaitu, manusia—berada, posisi dan momentum tetap. Namun, di dunia mikroskopis, elektron yang bergerak berada dalam keadaan di mana besaran fisik ini tidak dapat ditentukan secara pasti sebagai nilai tunggal. Sebaliknya, berbagai keadaan berbeda ada secara bersamaan. Misalnya, jika ada tiga kemungkinan keadaan—1, 2, dan 3—yang dapat ditempati oleh elektron, elektron tersebut ada dalam ketiga keadaan tersebut secara bersamaan sebelum diamati. Secara matematis, ini dapat diungkapkan sebagai jumlah fungsi gelombang yang sesuai dengan 1, 2, dan 3. Ketika seorang pengamat di dunia makroskopis mengamati elektron, elektron direduksi menjadi satu keadaan tunggal di antara banyak kemungkinan keadaan, yang ditentukan oleh probabilitas yang terkait dengan keadaan tersebut. Dengan kata lain, tindakan "pengamatan" mengubah keadaan elektron. Misalnya, saat elektron ditentukan berada dalam keadaan 1, kemungkinan keberadaannya dalam keadaan 2 dan 3 secara bersamaan menghilang. Inilah yang disebut interpretasi Kopenhagen sebagai "runtuhnya fungsi gelombang". Akibatnya, tindakan "pengamatan" memiliki signifikansi yang sangat besar dalam interpretasi Kopenhagen.
Fisikawan terkenal seperti Einstein membantah interpretasi Kopenhagen, dengan mengutip berbagai eksperimen pikiran sebagai bukti. Di antara eksperimen tersebut, yang paling terkenal adalah "Kucing Schrödinger." Di dalam kotak tertutup terdapat seekor kucing dan sebuah alat yang mampu melepaskan racun tergantung pada keadaan partikel yang ditentukan secara mekanika kuantum. Apakah kucing di dalam kotak itu hidup atau mati setelah jangka waktu tertentu—yang itu sendiri merupakan suatu keadaan—hanya ditentukan pada saat tutup kotak dibuka dan kucing tersebut diamati. Eksperimen pikiran ini menggambarkan bahwa menerapkan tindakan "pengamatan," yang sangat penting di dunia mikroskopis, ke dunia makroskopis menghasilkan kesimpulan yang aneh; akibatnya, hal ini telah mendorong refleksi mendalam tentang makna pengamatan dalam mekanika kuantum. Di sinilah "interpretasi banyak dunia" dimulai.
Everett III, yang sebelumnya berasal dari Universitas Princeton, membantah klaim interpretasi Kopenhagen, dengan berargumen bahwa distribusi probabilitas suatu partikel tidak hilang melalui tindakan pengamatan, melainkan bahwa banyak kemungkinan dunia telah ada sejak awal. Dengan kata lain, posisi suatu partikel tidak ditentukan pada satu nilai tunggal melalui pengamatan; melainkan, banyak dunia paralel sudah ada, dan kita hanya mengamati salah satunya. Keadaan yang tidak kita amati secara langsung sedang berlangsung di dunia-dunia lain yang mungkin. Misalnya, jika pengamatan kita menghasilkan keadaan 2, keadaan lain tidak hilang pada saat itu—keadaan tersebut sedang berlangsung di dunia lain, dan kita hanya tidak dapat mengamatinya.
Namun, Interpretasi Banyak Dunia jelas memiliki masalahnya sendiri. Jika suatu peristiwa yang mungkin terjadi memang terjadi di semua dunia yang mungkin, apa arti probabilitas yang terkait dengan setiap keadaan tersebut? Everett mencoba menyelesaikan masalah ini dengan hanya mengalikan setiap keadaan dengan bobot. Namun, apa artinya jika satu dunia lebih penting daripada dunia lain masih menjadi bahan perdebatan.
Dengan mempertimbangkan kedua interpretasi ini—masing-masing dengan signifikansi dan keterbatasannya sendiri—saya cenderung lebih menyukai interpretasi Kopenhagen. Jika kita kembali ke asal-usul mekanika kuantum, kita melihat bahwa pada akhirnya mekanika kuantum lahir untuk menjelaskan fenomena di dunia mikroskopis. Dengan kata lain, karena diciptakan untuk mengungkap fenomena melalui pengamatan dan fakta-fakta yang dihasilkan, tindakan pengamatan oleh pengamat memiliki makna yang sangat signifikan. Dalam pengamatan partikel yang sebenarnya, untuk mengamati keadaan partikel tunggal, kita harus memberikan pengaruh tertentu padanya. Dalam fisika, ini disebut "perturbasi." Dengan kata lain, mengamati keadaan partikel melibatkan penginduksian perubahan kecil pada partikel dan kemudian mengamati responsnya. Meskipun hubungan antara penginduksian perubahan pada partikel dan runtuhnya fungsi gelombang dalam istilah matematika agak ambigu, keduanya sepakat bahwa keduanya mengubah keadaan semula. Ini berarti bahwa tindakan pengamatan itu sendiri memiliki signifikansi fisik.
Mekanika kuantum telah menjauh dari pola pikir deterministik mekanika Newton klasik dan mengadopsi pendekatan probabilistik. Berapa banyak orang yang dapat dengan mudah menerima gagasan bahwa posisi sebuah apel tepat di depan mereka berubah dengan probabilitas yang bervariasi setiap kali mereka melihatnya? Memang benar bahwa interpretasi Kopenhagen dan interpretasi Banyak Dunia memiliki signifikansi dan keterbatasannya masing-masing dalam membantu orang—yang terbiasa dengan keadaan pasti objek—memahami fenomena yang terjadi di dunia mikroskopis. Saya adalah seorang mahasiswa teknik yang mempelajari cara menciptakan teknologi baru dengan memanfaatkan fenomena ilmiah dan hasil yang diperoleh dari pengamatan. Perkembangan mekanika kuantum telah memberi kita alat untuk menafsirkan fenomena di dunia mikroskopis, dan ini secara langsung mengarah pada teknologi yang bermanfaat bagi manusia. Peralatan MRI (Magnetic Resonance Imaging), yang telah memberikan kontribusi signifikan bagi kedokteran modern, dikembangkan dengan menerapkan fenomena NMR (Nuclear Magnetic Resonance) dari mekanika kuantum; teknologi ini digunakan tidak hanya dalam spektroskopi—yang menentukan struktur molekuler—tetapi bahkan dalam eksplorasi minyak. Berdasarkan hal ini, saya percaya bahwa interpretasi yang lebih sesuai untuk menjelaskan fenomena—yang saya anggap sebagai tujuan sains—akan memiliki signifikansi yang lebih besar.
