Mekanika kuantum adalah cabang fisika yang menjelaskan perilaku materi dan energi pada skala atom dan subatom. Dikembangkan pada awal tahun 1900-an oleh para pionir seperti Max Planck, Niels Bohr, Werner Heisenberg, dan Erwin Schrödinger, teori ini menjadi salah satu teori ilmiah paling sukses yang pernah diciptakan.
Teori ini secara akurat menggambarkan berbagai fenomena mikroskopis. Ini termasuk eksperimen celah ganda yang terkenal, di mana partikel juga menunjukkan perilaku seperti gelombang, dan penerowongan kuantum, di mana partikel memiliki kemungkinan untuk melewati penghalang meskipun mereka tidak memiliki cukup energi untuk melewatinya dalam pengertian klasik. Efek kuantum penting lainnya, seperti keterjeratan dan koherensi, kini menjadi landasan teknologi baru, termasuk komputasi kuantum dan komunikasi kuantum.
Apakah bilangan kompleks itu penting?
Selama beberapa dekade, mekanika kuantum mengandalkan bilangan kompleks, yang menggabungkan komponen nyata dengan komponen imajiner. Dalam deskripsi matematis keadaan kuantum, bagian nyata mewakili amplitudo, sedangkan bagian imajiner mewakili fase. Kerangka kerja ini telah lama dianggap penting untuk menggambarkan banyak proses kuantum.
Meskipun demikian, fisikawan terus memperdebatkan apakah bilangan kompleks benar-benar merupakan bagian fundamental dari alam atau hanya alat matematika yang mudah digunakan. Pertanyaan ini tentu saja mengarah ke pertanyaan lain: bisakah mekanika kuantum dirumuskan hanya dengan menggunakan bilangan real?
Meninjau kembali hipotesis kuantum utama
Sebuah studi tahun 2021 menyimpulkan bahwa bilangan kompleks sangat diperlukan menurut postulat standar mekanika kuantum (Renou et al., Nature 600, 625 (2021)). Hasil eksperimen juga mendukung kesimpulan ini.
Para peneliti dari Heinrich Heine University Düsseldorf (HHU) dan German Aerospace Center (DLR), dipimpin oleh Profesor Dagmar Bruß dan mahasiswa doktoral Pedro Barrios Hita, memutuskan untuk memeriksa kembali asumsi yang mendasari penelitian sebelumnya.
Dalam sebuah studi baru yang diterbitkan di Surat Pemeriksaan Fisikmereka menemukan bahwa salah satu asumsi yang digunakan dalam analisis tahun 2021 lebih ketat dari yang diperlukan. Dengan menggantinya dengan pendekatan berbeda yang bermotivasi fisik untuk mendeskripsikan bagaimana sistem kuantum digabungkan, mereka mengidentifikasi serangkaian teori yang dapat diungkapkan seluruhnya dengan bilangan real namun secara eksperimental tetap tidak dapat dibedakan dari mekanika kuantum konvensional.
Profesor Bruß berkata: “Ini berarti bahwa kedua kerangka memberikan prediksi yang identik untuk eksperimen apa pun yang dapat dibayangkan. Oleh karena itu, dalam kerangka ini, bilangan imajiner pada dasarnya tidak diperlukan dalam mekanika kuantum dan pada prinsipnya dapat digantikan dengan formulasi alternatif yang menggunakan bilangan real.”
