Perdebatan Bohr–Einstein

Perdebatan Bohr–Einstein adalah serangkaian perdebatan publik mengenai mekanika kuantum antara Albert Einstein dan Niels Bohr. Perdebatan mereka dikenang karena berperan penting bagi filsafat sains, karena perselisihan dan kemenangan versi mekanika kuantum Bohr menjadi pandangan yang prevalen - yang menjadi akar pemahaman fisika modern.^[1] Sebagian besar versi Bohr tentang peristiwa-peristiwa yang terjadi di Solvay pada tahun 1927 dan tempat lainnya, ditulis pertama kali oleh Bohr puluhan tahun kemudian dalam sebuah artikel berjudul, "Discussions with Einstein on Epistemological Problems in Atomic Physics".^[2][3] Berdasarkan artikel tersebut, isu filosofis dari perdebatan tersebut adalah apakah Interpretasi Kopenhagen Bohr tentang mekanika kuantum, yang berpusat pada keyakinannya tentang komplementaritas, dapat menjelaskan alam semesta.^[4] Terlepas dari perbedaan pendapat mereka dan penemuan-penemuan yang kemudian membantu memperkuat mekanika kuantum, Bohr dan Einstein tetap saling mengagumi hingga akhir hayat mereka.^[5]

Einstein merupakan fisikawan pertama yang menyatakan bahwa penemuan kuantum (h) oleh Planck akan memerlukan penafsiran ulang hukum fisika. Pada tahun 1905, untuk mendukung pernyataannya, Einstein mencetuskan bahwa cahaya terkadang bertindak sebagai partikel yang ia sebut sebagai kuantum cahaya. Bohr merupakan salah satu penentang paling vokal gagasan foton dan baru secara terbuka menerimanya pada tahun 1925.^[6] Einstein tertarik dengan foton karena ia melihatnya sebagai realitas fisik di balik angka-angka yang disajikan oleh Planck secara matematis pada tahun 1900. Tetapi, Bohr tidak menyukainya karena ia merasa memilih solusi matematis yang sewenang-wenang. Bohr tidak suka jika seorang ilmuwan harus memilih antara persamaan-persamaan tersebut. Hal ini kemungkinan merupakan perdebatan pertama antara Bohr dan Einstein. Einstein telah mengusulkan konsep foton pada tahun 1905, dan Compton membuktikan secara eksperimental bahwa foton memang ada pada tahun 1922, tetapi Bohr tetap menolak keberadaan foton bahkan pada saat itu. Bohr mencoba melawan konsep kuantum cahaya dengan menulis teori BKS pada tahun 1924. Tetapi, Einstein benar dan Bohr terbukti salah tentang kuantum cahaya.^[7] Meskipun Bohr dan Einstein sering berbeda pendapat, mereka adalah teman baik sepanjang hidup dan senang menggunakan satu sama lain sebagai lawan bicara.^{[butuh rujukan]}

Pada tahun 1913, Bohr memperkenalkan model atom hidrogen yang menggunakan konsep kuantum untuk menjelaskan spektrum atom. Meski saat itu Bohr belum mempercayai bahwa atom bersifat gelombang, tetapi ia menggambarkan atom seperti sistem tata surya sehingga persamaan yang digunakan mirip dengan orbit rotasi partikel seperti planet. Hal ini bertentangan dengan konstanta Planck yang semula digunakan untuk mengukur radiasi cahaya pada benda hitam. Awalnya, Einstein skeptis tentang penggunaan h pada atom model tata surya tersebut, tapi kemudian ia mengubah pendapatnya. Antara tahun 1913 hingga 1919, Einstein mempelajari dan merevisi ekstensi model atom Bohr yang dibuat oleh [[Arnold Sommerfeld] juga, dengan menambahkan efek Stark dan efek Zeeman.^[8] Koefisien yang diciptakan Einstein pada waktu itu masih digunakan hingga saat ini.^{[9][10][11][12][13][14]}

Revolution kuantum di pertengahan 1920-an terjadi di bawah arahan Einstein dan Bohr, dan debat pasca-revolusi mereka adalah tentang mencari makna dari perubahan tersebut. Guncangan bagi Einstein dimulai pada tahun 1925 ketika Werner Heisenberg memperkenalkan persamaan matriks yang menghilangkan unsur-unsur Newtonian dalam ruang dan waktu dari realitas yang mendasari. Tetapi, ketika Erwin Schrödinger mengirimkan purwarupa persamaannya yang baru kepada Einstein, Einstein menulis surat memuji persamaannya sebagai kemajuan yang "sangat jenius."^[7]Tetapi, guncangan berikutnya datang pada tahun 1926 ketika Max Born mengusulkan bahwa mekanika harus dipahami sebagai probabilitas tanpa penjelasan sebab-akibat.^{[butuh rujukan]}

Keduanya, Einstein dan Erwin Schrödinger menolak interpretasi tersebut dengan penolakan pada kausalitas yang merupakan fitur utama dalam ilmu pengetahuan sebelum Mekanika Kuantum dan masih menjadi fitur dalam Relativitas Umum.^[7] Pada tahun 1926, dalam suratnya kepada Max Born, Einstein mengungkapkan ketidakpuasannya terhadap mekanika kuantum karena teori tersebut belum final. Ia juga menuliskan sebuah frasa yang terkenal hingga saat ini: “Dia [Tuhan] tidak bermain dadu.”^[15] Awalnya, bahkan Heisenberg dan Bohr berselisih panas bahwa mekanika matriksnya tidak kompatibel dengan Persamaan Schrödinger,^[7] dan Bohr awalnya menentang Prinsip Ketidakpastian tersebut.^[7] Tetapi pada Konferensi Solvay Kelima yang diadakan pada Oktober 1927, Heisenberg dan Born menyimpulkan bahwa revolusi sudah selesai dan tidak diperlukan lagi. Pada tahap terakhir itulah skeptisisme Einstein berubah menjadi kekecewaan. Ia percaya bahwa banyak yang telah dicapai, tetapi alasan untuk mekanik masih perlu dipahami.^{[butuh rujukan]}

Einstein menolak untuk menerima revolusi sebagai sesuatu yang lengkap, hal ini mencerminkan keinginannya untuk mengembangkan model penyebab yang mendasari dari metode statistik acak yang terlihat. Ia tidak menolak ide bahwa posisi di ruang-waktu tidak bisa diketahui dengan lengkap, tetapi tidak ingin membiarkan prinsip ketidakpastian menimbulkan mekanisme acak dan tidak deterministik di mana hukum fisika beroperasi. Meskipun demikian, Einstein adalah seorang pemikir statistik yang mencari pemahaman lebih lanjut dan terperinci. Ia bekerja sepanjang hidupnya untuk menemukan teori baru yang bisa memberi makna bagi mekanisme Mekanika Kuantum dan mengembalikan kausalitas dalam ilmu pengetahuan, yang banyak orang sebut sebagai Theory of Everything.^[16] Di sisi lain, Bohr tidak merasa terganggu dengan kontradiksi-kontradiksi yang membuat Einstein merasa gelisah. Ia menciptakan prinsip komplementaritas sendiri yang menekankan peran pengamat atas yang diamati.^[6]

Setelah perubahan pandangannya, Einstein menolak prinsip ketidakpastian kuantum dan berusaha membuktikan bahwa prinsip ini bisa dilanggar. Memasuki babak pertama, ia mengusulkan eksperimen pikiran untuk mengukur dengan akurat variabel-variabel yang tidak kompatibel, seperti posisi dan kecepatan, atau untuk secara simultan mengungkapkan aspek gelombang dan partikel dari proses yang sama. Tetapi, sumber utama dan substansi dari eksperimen pikiran ini hanya ditemukan dalam penjelasan Bohr dua puluh tahun kemudian.^[17]

Pada Konferensi Solvay Kelima tahun 1927, Einstein meluncurkan serangan pertamanya terhadap konsepsi "ortodoks" dalam fisika kuantum. Ia menunjukkan bahwa dengan memanfaatkan hukum kekekalan energi dan impuls yang diterima secara universal, kita sebenarnya dapat memperoleh informasi tentang keadaan partikel dalam proses interferensi yang seharusnya tidak dapat diakses menurut prinsip ketidakpastian atau prinsip komplementaritas.^{[butuh rujukan]}

Dalam eksperimen pikiran yang dijelaskan menggunakan gambar di samping, sinar cahaya yang merambat secara tegak lurus terhadap sumbu X melewati layar S1 dengan celah yang sempit. Setelah melewati celah, fungsi gelombangnya mengalami difraksi dan bertemu dengan layar kedua, S2, yang memiliki dua celah. Perambatan gelombang ini menghasilkan gambar interferensi pada layar F.^{[butuh rujukan]}

Einstein juga mempertimbangkan penggunaan layar pertama dan mengajukan argumen sebagai berikut: ketika partikel-partikel masuk dengan kecepatan (praktis) tegak lurus terhadap layar S1, interaksi dengan layar tersebut dapat menyebabkan partikel terpantul ke atas atau ke bawah. Dengan hukum kekekalan impuls, jika partikel terpantul ke atas, layar akan terpantul ke bawah, dan sebaliknya. Meskipun massa layar biasanya cukup besar untuk tetap diam, dalam prinsipnya, kita dapat mengukur bahkan pantulan yang sangat kecil. Dengan mengamati arah pantulan layar setelah setiap partikel melewati, kita dapat mengetahui celah mana di S2 yang dilalui partikel. Namun, penentuan arah pantulan layar tidak mempengaruhi interferensi pada layar F. Interferensi terjadi karena sistem dalam keadaan superposisi dua keadaan dengan fungsi gelombang non-nol di sekitar salah satu celah. Jika setiap partikel hanya melewati satu celah, maka sistem tersebut menjadi campuran statistik dari dua keadaan, dan interferensi tidak terjadi. Jika Einstein benar, maka ada pelanggaran terhadap prinsip ketidakpastian.^{[butuh rujukan]}

Pada konferensi Solvay tahun 1927, percobaan pikiran ini dimulai dalam bentuk yang lebih sederhana. Dalam proses resmi tersebut, Bohr memberikan tanggapannya yang menyatakan bahwa ia tidak memahami poin yang ingin dijelaskan oleh Einstein.^[17] Einstein menjelaskan bahwa suatu proses elemen dapat menghasilkan aksi di dua atau lebih tempat pada layar, namun interpretasi yang menyatakan bahwa kuadrat psi mencerminkan probabilitas partikel ditemukan di titik tertentu mengasumsikan adanya mekanisme aksi khusus pada jarak yang jauh.^[18] Dari pernyataan ini, terlihat bahwa Einstein merujuk pada pemisahan (lokalitas), bukan ketidakpastian. Bahkan, dalam suratnya kepada Bohr, Paul Ehrenfest menyatakan bahwa percobaan pikiran Einstein tahun 1927 tidak berkaitan dengan Hubungan Ketidakpastian, karena Einstein telah lama menerimanya dan tidak pernah meragukannya.^{[butuh rujukan]}

Fase kedua dari “debat” Einstein dengan Bohr dan penafsiran ortodoks ditandai dengan penerimaan fakta bahwa, secara praktis, tidak mungkin untuk secara bersamaan menentukan nilai-nilai kuantitas tertentu yang tidak sesuai, namun penolakan bahwa hal ini menyiratkan bahwa nilai-nilai tersebut tidak dapat digabungkan. besaran sebenarnya tidak mempunyai nilai pasti. Einstein menolak interpretasi probabilistik dari Bohr dan menegaskan bahwa probabilitas kuantum bersifat epistemik dan tidak bersifat ontologis. Sebagai konsekuensinya, teori tersebut pasti tidak lengkap dalam beberapa hal. Ia mengakui betapa berharganya teori tersebut, namun berpendapat bahwa teori tersebut "tidak menceritakan keseluruhan cerita", dan, meskipun memberikan deskripsi yang sesuai pada tingkat tertentu, teori tersebut tidak memberikan informasi mengenai tingkat dasar yang lebih mendasar:

Saya sangat mempertimbangkan tujuan yang ingin dicapai oleh para fisikawan generasi terbaru yang bernama mekanika kuantum, dan saya percaya bahwa teori ini mewakili tingkat kebenaran yang mendalam, namun saya juga percaya bahwa pembatasan terhadap hukum-hukum alam semesta sifat statistik akan berubah menjadi sementara....

Tidak diragukan lagi mekanika kuantum telah menangkap sebuah bagian penting dari kebenaran dan akan menjadi teladan bagi semua teori fundamental di masa depan, karena fakta bahwa mekanika kuantum harus dapat dideduksi sebagai kasus pembatas dari teori-teori tersebut. dasar, sama seperti elektrostatika dapat dideduksi dari persamaan medan elektromagnetik Maxwell atau termodinamika dapat dideduksi dari mekanika statistik. Pemikiran Einstein ini akan memulai serangkaian penelitian terhadap teori variabel tersembunyi, seperti interpretasi Bohm, dalam upaya untuk melengkapi bangunan teori kuantum. Jika mekanika kuantum dapat diselesaikan dalam pengertian Einstein, hal ini tidak dapat dilakukan secara lokal; fakta ini ditunjukkan oleh John Stewart Bell dengan rumusan ketidaksetaraan Bell pada tahun 1964.Meskipun ketidaksetaraan Bell mengesampingkan teori variabel lokal yang tersembunyi, teori Bohm tidak mengesampingkan. Eksperimen tahun 2007 mengesampingkan sejumlah besar teori variabel tersembunyi non-lokal non-Bohmian, meskipun mekanika Bohmian itu sendiri tidak dikesampingkan.

Pada tahun 1935 Einstein, Boris Podolsky dan Nathan Rosen mengembangkan argumen yang diterbitkan dalam majalah Physical Review dengan judul Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete? , berdasarkan keadaan keterkaitan dua sistem. Sebelum sampai pada argumen ini, perlu dirumuskan hipotesis lain yang muncul dari karya Einstein tentang relativitas: prinsip lokalitas. Unsur realitas fisik yang dimiliki secara obyektif tidak dapat dipengaruhi secara instan dari jarak jauh. David Bohm mengambil argumen EPR pada tahun 1951. Dalam buku teksnya, Teori Kuantum, ia memformulasikannya kembali dalam istilah Quantum Entanglement.

• Bacciagaluppi, Guido; Valentini, Antony (2009). Quantum Theory at the Crossroads: Reconsidering the 1927 Solvay Conference. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 9780521814218.  Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
• Bolles, Edmund Blair (2004). Einstein Defiant. Washington, D.C.: Joseph Henry Press. ISBN 9780309096171.  Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
• Ghirardi, Giancarlo (1997). Un'Occhiata alle Carte di Dio. Milan: Il Saggiatore. ISBN 9780309096171.  Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
• Pais, Abraham (1982). Subtle is the Lord... The Science and Life of Albert Einstein. Oxford: Oxford University Press. ISBN 9780192806727.  Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
• Carroll, Sean (Oktober 2021). Primanda, Andya, ed. Something Deeply Hidden, Quantum Worlds and the Emergence of Spacetime [Yang Jauh Tersembunyi, Fisika Kuantum dan Teori Banyak-Dunia]. Diterjemahkan oleh Kosen, Sandoko. Jakarta: Kepustakaan Populer Gramedia. ISBN 9786024816490.