Richard Feynman pernah bilang eksperimen ini berisi “satu-satunya misteri” mekanika kuantum. Alatnya sederhana: sumber cahaya, pelat dengan dua celah sempit, dan layar. Tapi hasilnya memaksa fisikawan mengakui bahwa alam di skala kecil tidak bekerja seperti yang kita bayangkan.

Versi awal: Thomas Young (1801)

Waktu itu para ilmuwan berdebat: cahaya itu partikel (pendapat Newton) atau gelombang (pendapat Huygens)?

Thomas Young, dokter sekaligus ilmuwan asal Inggris, menyinari pelat yang punya dua celah sempit berdekatan. Kalau cahaya partikel, di layar seharusnya muncul dua garis terang di belakang masing-masing celah.

Yang muncul justru banyak garis terang-gelap bergantian yang disebut pola interferensi.

Kenapa bisa muncul pola interferensi?

Bayangkan melempar dua batu ke kolam secara bersamaan. Riak dari keduanya saling bertemu:

  • Puncak ketemu puncak → gelombang saling menguatkan (interferensi konstruktif) → garis terang
  • Puncak ketemu lembah → gelombang saling menghapus (interferensi destruktif) → garis gelap

Cahaya yang lewat dua celah bertingkah persis seperti riak air itu. Posisi garis terang memenuhi:

d × sin θ = m × λ
  • d: jarak antar celah
  • θ: sudut dari tengah ke garis terang
  • m: bilangan bulat (0, 1, 2, …)
  • λ: panjang gelombang cahaya

Dari rumus ini Young bahkan bisa mengukur panjang gelombang cahaya tampak (sekitar 400–700 nanometer). Kesimpulannya waktu itu: cahaya adalah gelombang. Kasus ditutup… selama sekitar 100 tahun.

Plot twist: satu partikel per satu waktu

Tahun 1905 Einstein menunjukkan lewat efek fotolistrik bahwa cahaya datang dalam paket-paket energi yang disebut foton. Jadi cahaya ternyata partikel juga.

Lalu bagaimana kalau foton (atau elektron) ditembakkan satu per satu, dengan jeda yang cukup lama supaya tidak ada dua partikel di alat pada waktu yang sama?

  1. Setiap partikel mendarat di layar sebagai satu titik, persis seperti partikel.
  2. Tapi setelah ribuan titik terkumpul, titik-titik itu membentuk… pola interferensi.

Padahal tidak ada partikel lain yang bisa “diajak” berinterferensi. Satu-satunya penjelasan: setiap partikel berinterferensi dengan dirinya sendiri, seolah-olah ia lewat kedua celah sekaligus.

Eksperimen elektron satu per satu ini dilakukan oleh Akira Tonomura di Hitachi tahun 1989, dan hasilnya terlihat jelas: titik-titik acak yang perlahan menyusun garis-garis.

Yang lebih aneh: kalau diintip, polanya hilang

Wajar kalau penasaran: sebenarnya partikel itu lewat celah yang mana? Maka dipasang detektor di celah untuk mencatat jalurnya.

Hasilnya: begitu informasi jalur didapat, pola interferensi lenyap. Yang tersisa hanya dua garis, persis seperti partikel biasa.

Perlu diluruskan: ini bukan karena ada “kesadaran” manusia yang mengamati. Yang penting adalah interaksi dengan alat ukur. Untuk tahu jalur partikel, detektor harus berinteraksi dengannya, dan interaksi itu merusak keadaan “dua jalur sekaligus”. Istilah teknisnya dekoherensi.

Jadi, partikel atau gelombang?

Jawabannya: dua-duanya, dan bukan dua-duanya. Ini disebut dualitas gelombang-partikel.

Dalam mekanika kuantum, partikel dijelaskan oleh fungsi gelombang, yaitu gelombang peluang. Fungsi gelombang itulah yang lewat kedua celah dan berinterferensi. Tapi ketika mengenai layar, partikel selalu terdeteksi di satu titik, dengan peluang terbesar di tempat gelombangnya paling kuat.

Tahun 1924 Louis de Broglie mengusulkan bahwa semua materi punya panjang gelombang:

λ = h / p

(h = konstanta Planck, p = momentum). Benda sehari-hari punya momentum sangat besar sehingga panjang gelombangnya terlalu kecil untuk teramati. Karena itu bola tenis tidak pernah membentuk pola interferensi.

Tapi bukan cuma elektron. Tahun 1999 tim Anton Zeilinger di Wina berhasil menunjukkan interferensi pada molekul fulerena C60 (60 atom karbon berbentuk bola sepak). Belakangan eksperimen serupa berhasil dengan molekul berisi lebih dari 2.000 atom.

Pelajaran

  • Intuisi kita dibentuk oleh benda-benda besar. Di skala atom, alam punya aturan main sendiri, dan eksperimen harus menang atas intuisi.
  • Pertanyaan “sebenarnya partikel itu lewat mana?” mungkin memang pertanyaan yang salah. Mekanika kuantum hanya memberi peluang, bukan jalur pasti.
  • Eksperimen ini bukan sekadar keanehan filosofis: pemahaman tentang interferensi dan superposisi kuantum menjadi dasar teknologi seperti laser, mikroskop elektron, dan komputer kuantum.