Beberapa Gagasan untuk Menuju pada Kemandirian Sains dan Teknologi* (Bagian3)

3. Fenomena kuantum yang mengubah dunia

Untuk menggambarkan¬† ‚Äúmodel linier termodifikasi‚ÄĚ Bacon, Sains dasar ¬†teknologi ¬†industri ¬†pertumbuhan ekonomi, pada kesempatan ini baiklah kita tinjau suatu perubahan konsep yang mendasar dalam bidang fisika yakni dari fisika klasik ke fisika kuantum. Dari sudut pandang fisika, tak ada cabang lain dari ilmu ini yang sangat berperan dalam mengubah wajah dunia hampir setengah abad terakhir kecuali fisika kuantum.

Perubahan-perubahan yang sangat revolusioner terhadap pemahaman-pemahaman manusia pada fenomena mikroskopik berlangsung sekitar seperempat abad  pertama dari abad 20 ini, dan sepenuhnya mengubah perjalanan ilmu-ilmu kealaman (natural sciences) pada umumnya dan khususnya ilmu fisika. Pemahaman ini tak hanya mampu manjawab keterbatasan validitas fisika klasik, tetapi juga merupakan teori alternatif untuk menggantikan teori-teori fisika klasik  dengan ranah yang sangat luas dan dalam bagi tujuan-tujuan aplikasi.

Secara kronologis, lahirnya fisika/mekanika kuantum, diawali dengan ditemukannya hukum-hukum radiasi Planck, teori Debye dan Einstein tentang panas spesifik, teori atom Bohr, dualisme materi-gelombangnya de Broglie, bersama-sama dengan analisa yang sangat hati-hati dari beberapa eksperimen kunci seperti efek Compton, eksperimen Franck-Hertz dan eksperimen Davisson-Gerner-Thompson.  Begitulah seperempat abad pertama di abad 20 ini para fisikawan telah menguras kemampuannya untuk meninggalkan  sedikit demi sedikit konsep fisika klasik dan menggantikannya dengan sebuah konsep baru, fisika kuantum yang mampu menjawab secara tuntas problem-problem mikroskopik dan bahkan sub-mikroskopik. Akhirnya ilmuwan-ilmuwan besar Heisenberg, Schroedinger dan Dirac berhasil memformulasikan fisika/mekanika kuantum yang dikenal para fisikawan hari ini (Heisenberg,1930; Sakurai, 1985).

Konsep yang mendasar pada pandangan fisika kuantum adalah partikel/materi (secara mikroskopik) tak hanya bersifat sebagai partikel tetapi juga bersifat gelombang atau sering dinamakan sifat dualisme partikel-gelombang. Perambatan partikel adalah juga merupakan perambatan gelombang. Sebelumnya Planck dengan hukum-hukum radiasinya menformulasikan bahwa gelombang elektromagnetik tak saja bersifat gelombang, namun juga bersifat paket-paket tenaga (kuanta) atau sering dinamakan sifat dualisme gelombang-partikel. Sifat-sifat dualisme partikel-gelombang dan gelombang-partikel untuk alam mikro (dunianya elektron, atom, nuklir, molekul, foton, zarah pembentuk inti, dll.) inilah yang telah dieksploitasi dan mengasilkan desain makroskopik dalam bentuk berbagai teknologi tinggi.

Misalnya riset-riset dalam bidang fisika zat padat yang didasari sepenuhnya oleh fisika kuantum menghasilkan sains dan teknologi semikonduktor, lalu diikuti oleh aplikasi pada  teknologi dan industri  elektronika, pada teknologi dan industri komputer, pada teknologi dan industri informasi dan komunikasi.  Rentetan aplikasi sains dan teknologi semikonduktor tadi  menimbulkan perubahan-perubahan yang sangat penting dalam bidang ekonomi dan sosial. Aplikasi-aplikasi tersebut telah mengarahkan umat manusia pada ekonomi informasi dan mengubah secara mendasar kondisi-kondisi kerja dan struktur pekerjaan (King,1995).

Hasil lain yang juga menakjubkan, dari konsep dualisme partikel-gelombang dan gelombang partikel adalah munculnya kajian-kajian teoretis dan eksperimen untuk menganalisa struktur materi, dan pada akhirnya umat manusia  mampu merekayasa material-material baru dengan keunggulan tertentu untuk tujuan-tujuan produk tertentu pula (Aucouturier, 1994).  Di  sekitar kita kini dipenuhi dengan oleh produk-produk yang terbuat dari material-material baru. Dari tempat minuman ringan, alat-alat dapur sampai sarana transportasi.  Kita setiap hari menggunakan produk-produk yang terbuat dari material-material baru mulai dari bangun tidur sampai tidur kembali.  Bangsa  yang menguasai sains dan teknologi material, akan terus berjaya, karena hanya mereka yang  mampu merekayasa material baru tersebut dan digunakan oleh  bangsa-bangsa lain.