Dalam catatan blog ini, kita akan mengkaji bagaimana kebijaksanaan dan pengetahuan konvensional yang dipegang oleh manusia telah berubah melalui evolusi sains daripada fizik klasik kepada mekanik kuantum.
“Aku berfikir, maka aku ada.” Ini merupakan cadangan pertama yang dikemukakan oleh Descartes untuk mewujudkan asas pengetahuan yang teguh, bertentangan dengan golongan skeptikal pada zamannya yang berpendapat bahawa, kerana manusia tidak sempurna, mereka tidak dapat mengetahui segala-galanya dengan pasti dan pengetahuan yang sempurna tidak dapat wujud. Descartes memulakan hujahnya untuk membina pengetahuan yang lengkap daripada cadangan yang paling pasti: bahawa dia sedang berfikir. Walau bagaimanapun, terdapat ruang untuk pertimbangan yang serius sama ada hujah yang hanya berdasarkan pemikiran benar-benar boleh membentuk pengetahuan yang lengkap.
Kepercayaan umum berpunca daripada hasil yang disahkan melalui deria dan eksperimen. Walau bagaimanapun, tiada siapa yang dapat memastikan sama ada kepercayaan ini betul atau salah. Ini kerana, dari perspektif yang lebih tinggi yang belum dicapai oleh manusia, pengetahuan semasa mungkin didedahkan sebagai palsu. Walau bagaimanapun, manusia memahami dunia dalam batasan persepsi mereka, merumuskan hukum berdasarkan pemahaman tersebut, dan menerimanya sebagai kebenaran apabila mereka menilai hukum tersebut selaras dengan realiti. Dalam erti kata lain, manusia memahami dunia berdasarkan fenomena yang boleh diperhatikan dan hasil yang disahkan oleh eksperimen.
Walau bagaimanapun, apabila kemajuan teknologi atau penemuan kebetulan menghasilkan contoh balas yang tidak dapat dijelaskan oleh hukum sedia ada, konvensyen yang dipegang teguh sebelum ini runtuh, dan konvensyen baharu muncul untuk menjelaskannya. Dalam fizik, peralihan daripada fizik klasik kepada mekanik kuantum adalah contoh utama proses ini. Sehingga abad ke-18 dan awal abad ke-19, fizik klasik dianggap sebagai satu set hukum lengkap yang menjelaskan hampir semua fenomena semula jadi yang dapat diperhatikan oleh manusia. Dari perspektif Descartes, fizik klasik pada masa itu adalah pengetahuan yang dibina berdasarkan pemikiran rasional dan nampaknya tidak mungkin runtuh dengan mudah. Walau bagaimanapun, apabila peralatan eksperimen maju dengan ketara pada akhir abad ke-19 dan awal abad ke-20, fenomena yang tidak dapat dijelaskan oleh fizik klasik telah ditemui, yang membawa kepada kemunculan mekanik kuantum untuk menjelaskannya. Meneliti proses di mana fenomena yang sebelum ini tidak dijelaskan oleh fizik klasik kemudiannya dijelaskan oleh mekanik kuantum mendedahkan bahawa walaupun pengetahuan yang dibina berdasarkan akal mungkin tidak mutlak atau lengkap.
Ketika cara kita memahami fenomena semula jadi beralih daripada fizik klasik kepada mekanik kuantum, perubahan yang paling ketara ialah sifat gelombang zarah dan tafsiran kedudukan kebarangkalian.
Satu contoh utama fenomena yang sukar dijelaskan menggunakan fizik klasik ialah sifat gelombang zarah. Ini boleh disahkan melalui eksperimen celah berganda. Dalam eksperimen ini, elektron dipecat ke arah dua celah sempit, dan taburan elektron pada skrin pengesanan di belakangnya diperhatikan.
Jika banyak elektron dipecat semasa hanya celah kiri atau hanya celah kanan terbuka, taburan elektron yang melalui satu celah akan muncul. Dari perspektif fizik klasik, hasil ini mudah diramal kerana elektron bergerak dalam garis lurus. Tambahan pula, jika kedua-dua celah terbuka apabila elektron dipecat, seseorang mungkin menjangkakan hasil daripada setiap celah akan terjumlah bersama, menghasilkan dua jalur terang yang muncul pada skrin.
Walau bagaimanapun, keputusan eksperimen sebenar adalah sama sekali berbeza daripada ramalan ini. Apabila kedua-dua celah terbuka, corak gangguan jalur terang dan gelap yang berselang-seli terbentuk pada skrin. Mentafsirkan ini dari perspektif fizik klasik membawa kepada kesimpulan bahawa elektron—yang merupakan zarah yang sangat kecil—mengubah laluannya disebabkan oleh kehadiran celah lain yang tidak dilaluinya. Ini adalah hasil yang sukar difahami menggunakan akal sehat.
Contohnya, ia serupa dengan situasi di mana seseorang yang telah lama memasuki bilik darjah yang sama melalui pintu pagar utama sekolah berakhir di bilik darjah yang berbeza pada suatu hari—walaupun mereka masih masuk melalui pintu pagar utama—hanya kerana pintu masuk baharu telah dicipta di bahagian sekolah yang berbeza. Keputusan ini tidak dapat dijelaskan oleh fizik klasik sahaja. Akhirnya, eksperimen celah dua menunjukkan batasan fizik klasik dan mendedahkan bahawa kebijaksanaan konvensional tidak lagi dapat menjelaskan semua fenomena semula jadi.
Jadi bagaimana corak gangguan ini dapat dijelaskan? Malah, hasil ini merupakan fenomena yang sangat biasa bagi ahli fizik. Ini kerana corak gangguan adalah bentuk tipikal yang muncul apabila gelombang bertemu dan menyebabkan gangguan konstruktif dan destruktif. Berdasarkan pandangan ini, mekanik kuantum memperkenalkan konsep baharu yang mentafsir zarah sebagai gelombang kebarangkalian. Malah, semua zarah subatom, termasuk elektron, boleh digambarkan sebagai gelombang kebarangkalian.
Dalam erti kata lain, sementara fizik klasik memahami gerakan zarah sebagai gerakan objek tegar, seperti batu, mekanik kuantum mewakili zarah sebagai gelombang. Ia ditafsirkan sedemikian rupa sehingga kebarangkalian menemui zarah adalah tinggi jika amplitud gelombang besar, dan rendah jika amplitudnya kecil. Oleh itu, eksperimen celah ganda boleh difahami seperti berikut: gelombang kebarangkalian elektron tunggal melalui kedua-dua celah, menyebabkannya mengganggu antara satu sama lain; hasilnya, setiap elektron dikesan mengikut kebarangkalian membentuk corak gangguan. Dengan cara ini, mekanik kuantum secara semula jadi menjelaskan fenomena yang tidak dapat dijelaskan oleh fizik klasik.
