Louis de Broglie menyatakan pendapatnya bahwa apabila cahaya bisa diperlakukan sebagai gelombang dan juga partikel maka partikel juga dapat diperlakukan sebagai partikel dan juga gelombang. Dengan menggunakan konsep teori dari radiasi benda hitam, de Broglie menunjukkan sebuah hubungan yang menyatakan momentum dengan panjang gelombang yang akhirnya dikenal dengan panjang gelombang de Broglie yang dapat dinyatakan sebagai berikut.
Keterangan :
panjang gelombang (m)
h = konstanta plank (Js)
p = momentum (kgms-1)
m = massa partikel (kg)
v = kecepatan partikel (ms-1)
EK = energi kinetik (J)
Dari ketiga persamaan di atas, dapat disimpulkan bahwa panjang gelombang berbanding terbalik dengan massa partikel, kecepatan partikel, momentum, dan energi kinetik. Sehingga untuk menambah besarnya panjang gelombang de Broglie dapat dilakukan dengan mengurangi besarnya massa partikel, kecepatan partikel, momentum, atau energi kinetik.
Jadi, jawaban yang benar adalah B.
(mamanwijaya.com). @mamanwjy
Mikroskop elektron yang kini sudah lazim digunakan untuk mengamati struktur sel jasad hidup yang renik, seperti virus atau bakteri, adalah penerapan dari gagasan de Broglie. Pembiasan elektron dilakukan dengan medan magnet atau medan listrik. Jadi lensa-lensa yang digunakan pada mikroskop elektron adalah “lensa” elektromagnetik.
.
Awal Kehidupan de Brouglie
Prince Louis Victor de Broglie dilahirkan di Dieppe, Seine Inferieure, Prancis, tanggal 15 Agustus 1892, meninggal tanggal 19 Maret 1987, adalah seorang Pangeran dan ahli fisika termashur Prancis. Mulanya ia tekun mempelajari ilmu sastra, sampai memperoleh gelar Licentie as Lettres dari Universitas Paris. Tapi kemudian beralih mempelajari ilmi pasti, khususnya Fisika. Tahun 1913, de Broglie meraih gelar Licentie es Science, dan tanggal 25 Nopember 1924, Doctor es Science dari Universitas Sorbonne.
Pada tahun 1919, setelah menyelesaikan tugas milisi Angkatan Bersenjata Prancis, de Broglie bekerja di sebuah Laboratorium yang dikepalai saudaranya, Maurice de Broglie. Disinilah intuisinya berkembang dan beberapa kali menerbitkan makalahnya pada jurnal Akademik Ilmu Pengetahuan Prancis.
Puncak pemikirannya yang genius adalah ketika ia mengumumkan hipotesa gelombang partikel pada elektron. Mengenai hal ini ia berkata, “Saya telah menyendiri dan bersemedi sampai saya tiba-tiba berpendapat bahwa penemuan Einstein tahun 1905 dapat diperluas hingga mencakup semua partikel, terutama elektron.”. (Arthur Beiser).
Ia menghabiskan sebagian besar hidupnya mengajar di Universitas Paris dari tahun 1932 sampai dengan 1962 dan di Institut Henri Poincare.
Generasi de Broglie adalah generasi para ahli Fisika yang telah mengantarkan kita kepada kemajuan-kemajuan pesat, yang memungkinkan kita dapat mengenali dunia serba mikro dibalik atom-atom dan fasad hidup yang renat seperti bakteri atar virus secara lebih terperinci, melalui penemuan mekanika kuantum lebih dari 80 tahun silam.
Sebelum perginya de Broglie, sederetan tokoh mekanika kuantum telah mendahuluinya, seperti : Max Planck (1858-1947), Wolgang Pauli (1900-1958), Erwin Schrodinger (1887-1961), Neil Bohr (1885-1962), Max Born (1882-1970), Werner Heisenberg (1901-1976), dan Paul Dirac (1902-1984).
Sebagai salah satu tokoh termasuh fisika yang pernah hidup, de Broglie dikenal luas sebagai fisikawan yang sangat intuitif. Ketajaman nalurinya, serta rasa kagumnya terhadap alam, merupakan kelebihannya yang luar biasa.
Nalurinya yang amat kuat itulah yang membawanya menerobos kemisteriusan alam semesta ini. Ia turut menggali, membangun dan membentuk teori kukantum yang merombak dunia ilmu pengetahuan kita. Pada usianya yang uzur sekalipun ia terus mencari teori mendasar yang dapat menerangkan bagaimana alam semesta ini sebenarnya bekerja.
.
Penghargaan yang Pernah Diterima de Brouglie
- Hadiah Nobel untuk penemuan sifat gelombang pada elektron tahun 1929.
- Penghargaan dari Akademi Ilmu Pengetahuan Prancis tahun 1944.
- Penghargaan dari Masyarakat Ilmu Pengetahuan Nasional Amerika tahun 1953.
- Penghargaan dari perhimpunan Untuk Kemajuan Seni dan Ilmu Pengetahuan Amerika tahun 1950.
- Diangkat sebagai anggota kehormatan Himpuanan Ahli-ahli Fisika Amerika dan Himpunan Ahlil-ahli Fisika Eropa.
.
Beberapa Karya Besarnya
- Non-Linier Wave Mechanics.
- A Causal Interpretation of Wave Mechanics.
- A Critical Study: Wave Mechanics and Molecular Biology.
- Puluhan artikel serta makalah ilmiah yang telah dipublikasikan dalam jurnal-jurnal ilmiah terkemuka.
.
Sejarah Penemuan Karya Besarnya
Salah satu buah karya de Broglie yang paling terkenal dan diakui hebat adalah karyanya mengenai sifat dualisme elektron, sebuah karya yang dicetuskannya sekitar tahun 1922. Karyanya ini membuka ilmu pengetahuan manusia mengenai bagaimana layaknya mikroskopis itu bermekanisme, juga jadi cikal bakal mekanika kuantum yang formalisme matematikanya dikemukakan oleh Schrodinger dan Heisenberg pada tahun 1926.
Pada awal abad ke-20, Planck menyatakan bahwa radiasi cahaya itu sebenarnya tidaklah kontinu, melainkan diskrit. Energi cahaya dibawa oleh partikel-partikel yang kemudian kita kenal sebagai foton. Jadi, cahaya itu sebenarnya juga merupakan materi, sedangkan sebelumnya, di zaman Maxwell dan Young, orang menganggap cahaya itu sebagai gelombang semata. Lalu datang Einstein, yang dapat mengenali sifat koeksistensi dari cahaya, yaitu bahwa cahaya pada suatu waktu dapat bertingkah sebagai partikel, bahkan memiliki momentum. Dilema ini disebut sebagai Dualisme Gelombang Partikel.
Penemuan de Broglie diawali kecurigaannya sebagai berikut : jika cahaya dapat memiliki sifat kembar sebagai gelombang dan sebagai partikel, bagaimana halnya dengan benda-benda yang lazimnya dijumpai sebagai partikel ,misalnya elektron? Apakah elektron juga ada kemungkinan dapat memiliki sifat gelombang?
Pada tahun 1924, de Broglie kembali mengemukakan pendapatnya (tahun 1922 pernah mengemukakan pendapat ini), bahwa alam ini sebenarnya simetris, sehingga sifat dualisme pada cahaya dapat pula terjadi pada materi. Melalui Tesis Doktornya yang berjudul “Recherhes sur la Theories des Quanta”, de Broglie berhipotesa bahwa partikel khususnya elektron dapat menunjukan perilaku sebagai gelombang.
Jika sebuah foton yang berfrekuensi f memiliki momentum sebesar p, dimana
p = hf/c
yang dapat dinyatakan dengan panjang gelombang sebagai
p = h / Lambda
karena (lambda)x(f) = c, maka Lambda (panjang gelombang foton) ditentukan oleh momentumnya menurut hubungan
lambda = h / p
maka de Broglie mengusulkan supaya rumus ini berlaku umum yang bisa dipakai untuk partikel suatu materi atau foton. Momentum suatu partikel yang bermassa m dan kecepatan v ialah
p = m v
dan panjang gelombangnya (lambda)
lambda = h / mv
dimana lambda dalam hal ini adalah panjang gelombang partikel yang bermassa m yang bergerak dengan kecepatan v. Gelombang ini kemudian dikenal sebagai Gelombang de Brodlie. Konstanta h adalah tetapan Planck yang harganya 6,62 x 10-34 Js.
Gelombang yang dipostulasikannya itu bukanlah gelombang elektromagnetik ataupun gelombang-gelombang yang lainnya yang pernah dikenal orang, melainkan suatu jenis gelombang baru di alam yang disebutnya sebagai gelombang materi atau gelombang pilot.
De Broglie mengemukakan hipotesisnya itu sama sekali tanpa didukung oleh eksperimen-eksperimen. Namun Einstein dan juga Scrodinger mengatakan bahwa jika hipotesis de Broglie benar, maka elektron harus dapat didifraksikan. Oleh karena itu hipotesis ini harus diuji kebenarannya melalui eksperimen, khususnya apabila pengertian gelombang dikaitkan dengan kemampuan untuk mengadakan difraksi atau interferensi.
Gejala difraksi diperoleh dengan melewatkan gelombang pada kissi. Kissi ini dapat dibuat dari ukuran beberapa meter, sampai ukuran-ukuran kecil sekitar 0,1 mikrometer yang lazim digunakan untuk percobaan difraksi pada optika. Ada lagi jenis kissi yang lebih rapat yang disajikan oleh alam, yaitu deretan atom-atom dalam kristal bahan padat, dengan lebar celah kira-kira 1 angstrom (atau 10-10 meter).
Untuk mengamati gejala difraksi dengan baik, panjang gelombang dari gelombang yang akan diuji haruslah kira-kira sama dengan lebar celah kisi yang akan digunakan. Celah kisi yang terlampau lebar tidak menimbulkan gangguan pada gelombang datang.
Di lain pihak celah yang terlampau kecil tidak akan “terlihat” oleh gelombang. Misalnya celah kissi kristal bahan padat mempunyai ukuran yang terlampau kecil untuk cahaya sehingga menyebabkan deretan atom-atom itu memantulkan cahaya yang datang.
Sebagai contoh, bila partikel yang akan diuji sifat gelombangnya adalah kelereng yang massanya 10 gram dan kecepatannya 1 cm/sekon, maka panjang gelombang de Broglie-nya adalah
= (6,62×10-34) / { (10-2 kg)(10-2 m/s) } = 6,62 x 10-30 meter
Angka ini jauh terlampau kecil dibandingkan dengan ukuran celah kisi yang dapat disediakan. Ukuran kissi yang ada adalar pada orde mikrometer.
Untuk kelereng yang diameternya 1 cm, perlu dibuat kissi dengan lebar celah sekitar 5 cm, jadi harus diusahakan agar panjang gelombang de Brolie kelereng sekitar 5 cm.
Panjang gelombang kelereng 5 sm diperoleh jika kecepatan kelereng itu
v = h / ( m lambda )
= (6,62×10-34) / { (10-2 kg) (5×10-2) } = 1,32 x 10-30 m/s
Kecepatan kelereng ini terlampau kecil dan sukar dideteksi dalam eksperimen apapun, sebab benturan-benturan molekul udara akan menghasilkan kecepatan tak teratur yang lebih besar dari harga tersebut di atas. Jadi, satu-satunya cara adalah memilih benda yang massanya sangat kecil.
Yang pertama kali mencoba melakukan eksperimen untuk membuktikan kebenaran hipotesis de Broglie adalah Davisson (1881-1958) dan Germer (1896- -) pada tahun 1927, dengan memilih elektron sebagai benda yang digunakan untuk mengujinya.
Elektron yang di-”uap”-kan dari kawat filamen pada tabung hampa dilewatkan melalui medan listrik. Setelah menempuh daerah yang ujung-ujungnya mempunyai beda potensial 54 Volt, elektron tersebut akan mempunyai energi kinetik sebesar
Ek = 54 x 1,6 x 10-19 Joule
maka besar momentum elektron yang massanya 9,1 x 10 -31 kg ini adalah
p = m v = Ö (2m(Ek)) = Ö {(2)(9,1×10-31)(54 x 1,6 x 10-19))
= 4 x 10-24 kg m/s
Jadi menurut de Broglie, elektron ini mempunyai panjang gelombang (lambda)
= h / p = (6,62×10-34) / (4×10-24) = 1,65 x 10-10 meter
yang orde besarnya sama dengan jarak atom-atom dalam kristal bahan padat.
Dengan mengamati sudut-sudut pantulan elektron ini, setelah mengenai kristal Nikel, Davisson dan Germer memperoleh pola-pola difraksi yang sama dengan pola-pola difraksi gelombang yang jatuh pada kissi dengan lebar celah 2,15 x 10-10 meter.
Percobaan difraksi sinar-X yang mempunyai panjang gelombang yang sama dengan itu menghasilkan pola yang tepat sama. Hasil tersebut meyakinkan bahwa apa yang lazim kita kenal sebagai materi, misalnya elektron, juga dapat menunjukan sifat gelombang, tepat seperti yang diramalkan oleg de Broglie.
Selain Davisson-Germer yang membuktikan hipotesis de Broglie, George Paget Thompson di Inggris membuktikannya juga melalui eksperimen yang sejenis tapa tahun 1927.
Terbukti bahwa teorinya benar, de Broglie dianugrahi Hadiah Nobel Fisika 1929 untuk penemuan sifat gelombang pada elektron itu, sedangkan Davisson dan Germer serta Thompson dianugrahi Hadiah Nobel Fisika 1937 untuk penemuan eksperimen mengenai difraksi elektron oleh kristal.
.
Manfaat Temuan de Brouglie
Sudah cukup jelas betapa pentingnya cahaya pada kehidupan kita. Benda-benda yang pada waktu malam yang gelap tidak terlilhat, setelah diterangi dengan cahaya segera nampakn dengan jelas. Cahaya membantu kita untuk mengamati benda-benda yang ada. Namun bila benda-benda itu sangat kecil ukurannya, maka diperlukan alat penolong seperti mikroskop.
Dengan Mikroskop, sudut penglihatan kita diperbesar, sehingga benda-benda tersebut nampak dalam ukuran-ukuran yang lebih besar. Meskipun demikian secarik kertas yang diamati dibawah mikroskop tidak akan tampak sebagai kumpulan atom-atom, betapapun mikroskop itu diperbesar daya pembesarnya.
Susunan lensa yang ada dalam mikroskop hanya memperbesar sudut penglihatan, tetapi daya urai (revolving power) untuk membedakan benda yang satu dengan yang lain ditentukan oleh cahaya yang digunakan sebagai alat untuk menjajagi keadaan benda-benda itu. Cahaya yang panjang gelombangnya 5×10-7 meter tidak dapat digunakan untuk menjajagi dua benda yang letaknya terpisah kurang dari harga itu, sementara jarak antar atom sekitan 10-10 meter.
Dari penemuan de Broglie, seperti duraikan di atas, elektron dapat memiliki panjang gelombang 1,65 x 10-10 meter, dengan demikian berkas elektron dapat digunakan sebagai pengganti cahaya dengan daya urai yang jauh lebih baik.
Mikroskop elektron yang kini sudah lazim digunakan untuk mengamati struktur sel jasad hidup yang relik seperti virus tau bakteri adalah penerapan dari gagasan de Broglie. Pembiasan elektron dilakukan dengan medan magnet atau medan listrik, Jadi lensa-lensa yang digunakan pada mikroskop elektron adalah “lensa” elektromagnetik.
.
DAFTAR PUSTAKA
AKU TAHU, Majalah Populer Ilmu dan Teknologi, No. 52 Tahun V, Juni 1987.
Arthur Beiser, Alih Bahasa : The How Liong, Konsep Fisika Modrn, Erlangga, Jakarta, 1989.
Tim Penyusun Fisika SMA Depdikbud, Energi-Gelobang-Medan (EGM) SMA Kelas III, Depdikbud, Jakarta, 1980.
Halliday & Resnick, Alih bahasa : Pantur Silaban & Erwin Sucipto, Fisika, Erlangga, Jakarta, 1985.
.
Kunjungi website mamanwijaya.com
.
Bagi teman-teman yang memiliki tulisan atau karya yang bisa bermanfaat buat para pembaca dan bersedia dipublikasikan di website ini, bahan bisa dikirimkan ke email . Terima kasih.