Werner Heisenberg

Werner Heisenberg dilahirkan pada tanggal 5 Desember 1901 di Würzburg, Jerman. Werner merupakan jagoan dalam berbahasa Yunani dan Latin karena ayahnya, August, bekerja sebagai guru bahasa klasik tersebut. Waktu pertama kali ia masuk sekolah, Werner masih malu-malu dan sangat sensitif, tetapi tidak lama ia mulai percaya diri. Bahkan guru-gurunya pun mengakui bakat yang dimilikinya di hampir semua mata pelajaran terutama bahasa dan matematika. Heisenberg kecil memang suka sekali matematika. Ini disebabkan guru matematikanya, Christoph Wolff, selalu menantangnya untuk mengerjakan soal-soal matematika dan fisika yang tidak biasa. Dalam waktu singkat Heisenberg sudah lebih jago dibanding gurunya itu. Apalagi di rumahnya ia selalu bersaing dengan kakaknya, Erwin, yang jago kimia (Erwin Heisenberg belakangan menjadi ahli kimia).

Heisenberg muda sangat membenci peperangan dan sering melarikan diri dari suasana kekerasan di jerman saat itu. Dia juga sangat senang menekuni musik dan seni puisi Jerman. Akan tetapi ada satu hal yang bisa mengalihkan kesukaannya pada musik dan puisi, yaitu matematika. Oleh sebab itu pada tahun 1920 Heisenberg berniat mengambil jurusan matematika murni di University of Munich tetapi ternyata dia tidak berhasil dalam tes wawancara. Jadi Heisenberg menemui profesor lain, Arnold Sommerfeld, seorang ahli fisika teori. Ternyata Sommerfeld bisa melihat bakat terpendam anak muda yang sangat gemar berpetualang di alam bebas ini. Jadilah Heisenberg melenceng dari minatnya semula dan malah masuk jurusan fisika.

Di awal masa kuliahnya Heisenberg masih ragu-ragu dengan pilihannya itu. Ia justru lebih banyak mengambil kuliah matematika dibanding fisika karena takut tidak cocok dengan pilihannya itu. Kalau ia tetap mengikuti kuliah matematika, ia kan masih tetap bisa mengikuti jika nantinya ternyata benar tidak cocok di fisika dan ingin pindah lagi ke matematika. Tapi ternyata fisika benar-benar sudah mencuri hatinya. Mulai semester keduanya di jurusan fisika, ia sudah betah mengikuti semua kuliah Sommerfeld.

Selama kuliah di University of Munich, perhatian Heisenberg terpecah antara fisika teori dan petualangannya di alam bebas. Dia ini benar-benar pecinta alam. Sering kali ia camping di gunung dan hiking ke stasiun kereta terdekat di pagi harinya supaya bisa kembali di Munich tepat waktu untuk mengikuti kuliah fisika teori. Untung saja kuliahnya tidak terbengkalai. Tetapi ada satu kelemahannya yang pada akhirnya hampir membuatnya tidak lulus. Ia sama sekali tidak mengerti eksperimen di laboratorium. Ia memang jagoan di fisika teori, tetapi ketika ditanya berbagai hal tentang fisika eksperimen, ia benar-benar tidak tahu. Profesor Wilhem Wien memberinya nilai F pada ujian akhir untuk mendapatkan gelar doktor. Sommerfeld kembali menjadi penyelamat dengan memberinya nilai A untuk kejeniusannya di bidang fisika teori. Jadi Heisenberg pun akhirnya mendapatkan gelar doktornya walaupun dengan nilai C (rata-rata dari A dan F).

Sommerfeld tidak salah sewaktu memberinya nilai A untuk fisika teori. Terbukti Heisenberg sangat jagoan mengutak-utik teori-teori fisika. Ia pun berhasil menjadi profesor termuda Jerman di Leipzig saat masih berusia 25 tahun. Hasil utak-utiknya melahirkan teori mekanika kuantum yang memberinya sebuah Nobel Fisika di tahun 1932.

Pada tahun 1937 Heisenberg kembali tampil dalam konser piano klasik. Konser ini menjadi yang paling tidak terlupakan selama hidupnya karena saat itulah ia bertemu Elisabeth Schumacher, putri seorang profesor ekonomi yang terkenal di Berlin, yang dinikahinya tiga bulan kemudian. Keluarga Heisenberg kemudian dikaruniai tujuh orang anak, yang pertama adalah sepasang kembar. Beberapa bulan setelah pernikahannya, keluarga muda ini pindah kembali ke Munich untuk memenuhi keinginan Sommerfeld yang saat itu sudah berusia 66 tahun dan harus pensiun. Sommerfeld ingin supaya Heisenberg menggantikan posisinya sebagai profesor fisika teori di University of Munich.

Sewaktu pecah Perang Dunia II, banyak ilmuwan Jerman yang ramai-ramai pergi dari Jerman karena ingin menghindari Nazi dan Hitler. Heisenberg membuat keputusan yang sangat mengejutkan rekan-rekan fisikawan saat itu. Ia

bertekad untuk menetap di Jerman. Keterikatannya dengan alam Jerman telah membuatnya begitu mencintai tanah airnya itu. Ternyata keputusannya ini membuatnya terpaksa bekerja untuk pemerintah Jerman dalam usaha membuat bom atom. Entah kenapa, fisikawan jenius ini tidak pernah berhasil membuat bom atom tersebut dan malah dikalahkan oleh para fisikawan di Amerika. Padahal timnya dibantu juga oleh salah satu penemu reaksi fisi nuklir, Otto Hahn. Ada gosip yang mengatakan bahwa Heisenberg sengaja bergabung dengan tim peneliti Jerman itu supaya bisa melakukan sabotase agar Nazi tidak bisa memenangkan perang. Heisenberg bahkan sempat diciduk ke kamp konsentrasi Nazi karena dikira berkhianat. Setelah lepas dari kamp konsentrasi Heisenberg kembali menekuni fisika teori.

Pada tahun 1926 Heisenberg mengikuti Bohr ke Institut Fisika Teori di Kopenhagen. Ini menjadi satu dari masa paling produktif dalam kehidupan Heisenberg dan menghasilkan karya kontroversial yang membuatnya sangat terkenal: Prinsip Ketidakpastian Heisenberg atau Heisenberg’s Uncertainty. Pendekatan tidak biasa yang dilakukannya membuat teorinya ini tidak begitu saja diterima oleh dunia fisika saat itu. Begitu banyak yang menentang teori ini, sampai-sampai Heisenberg sempat menangis karenanya. Keteguhannya berhasil membuat teorinya ini diterima, bahkan menjadi sangat populer. Ia juga banyak menerima penghargaan bergengsi selain Nobel. Pada tanggal 1 Februari 1976 Werner Heisenberg yang sakit kanker meninggal dunia di rumahnya di Munich.

Mekanika Matriks

Di awal perkembangan mekanika kuantum, Werner Heisenberg melejit bagai meteor. Pada usia 22 tahun, ia merumuskan model matematika pertama untuk menjelaskan sistem atom. Model ini disebut sebagai mekanika matriks yang pada akhirnya sempurnakan oleh Max Born dan Pascual Jordan. Pada saat yang sama, Fisikawan Austria Erwin Schrödinger (1887-1961) mengusulkan ide bahwa persamaan De Broglie dapat diterapkan tidak hanya untuk gerakan bebas partikel, tetapi juga pada gerakan yang terikat seperti elektron dalam atom. Dengan memperuas ide ini, ia merumuskan sistem mekanika gelombang. Kemudian hari kedua sistem ini disatukan dalam mekanika kuantum.

Teori mekanika matriks ini mengatakan bahwa nilai posisi dan momentum suatu partikel dapat dideskripsikan konstruksi matematika menggunakan aljabar matriks.

Teori Ketidak pastian Heisenberg

Pada tahun 1927 ia memikirkan sifat kuantum dasar pada elektron. Ia mewujudkan bahwa tindakan pengukuran sifat elektron dengan menembakkannya dengan sinar gamma akan mengubah perilaku elektron. Ia menghubungkannya dalam persamaan menggunakan tetapan Planck, dan menyebutnya teori ketidakpastian. Heisenberg menjelaskan bahwa hasil kali antara ketidakpastian posisi x dan ketidakpastian momentum p akan bernilai sekitar konstanta Planck:

xp = h

Menurut teori ini makin akurat kita menentukan posisi suatu benda, makin tidak akurat momentumnya (atau kecepatannya) dan sebaliknya. Jadi kita tidak bisa menentukan letak benda secara akurat. Dengan kata lain benda mempunyai kemungkinan berada di mana saja atau hampir tidak mungkin untuk mengukur dua besaran secara bersamaan, misalnya posisi dan momentum suatu partikel. Jika kita ingin mengukur ketepatan momentum, kita mendapatkan momentum tapi kita kehilangan posisi. Demikian juga jika kita ingin mengukur posisi, maka kita takkan mendapatkan nilai momentum dengan benar.

Einstein menyanggah teori ini dan menyebutkan bahwa teori ini tidak masuk akal. Ia menentang teori ini hingga akhir hayatnya. ”Mana mungkin kita bisa percaya pada teori yang mengatakan bahwa posisi bulan tidak menentu”, ejek Einstein. Einstein lebih suka melihat bulan mengorbit secara teratur, “I like to believe that the moon is still there even if we don't look at it." Einstein juga berargumen bahwa tidak mungkin Tuhan bermain dadu “God doesn’t play dice” dalam mengatur alam semesta ini.

Banyak para ilmuwan merasa azas ketidakpastian Heisenberg adalah sifat hakiki alam semesta. Mereka yakin, detail paling halus dalam kosmos sering diliputi kekaburan. Ia tak kan pernah dapat diterangkan atau diatasi oleh ilmu pengetahuan. Ilmu pengetahuan tak kan sanggup mengenal hakekat segala sesuatu. Berdasarkan teori ketidakpastian Heisenberg ini seolah-olah dapat diambil kesimpulan bahwa “Ada batas, di mana di luar batas itu kita mustahil bisa mengukur proses alam secara tepat pada waktu yang bersamaan. Batas itu bukan disebabkan keterbatasan alat-alat pengamatan kita. Bukan pula akibat keterbatasan pengetahuan dan kemampuan kita. Tetapi memang begitulah alam diciptakan.”