PAUL ADRIEN MAURICE DIRAC

PAUL ADRIEN MAURICE DIRAC
(8 AGUSTUS 1902 – 22 OKTOBER 1984)


A. Sejarah Hidup
Paul Adrien Maurice Dirac atau familiar dipanggil Paul Dirac lahir di Bristool, Inggris, 8 agustus 1902. Ia adalah seorang fisikawan Britania Raya yang di anugerahi penghargaan Nobel dalam fisika tahun 1933 bersama dengan Erwin Schrodinger. Ayahnya, Charles Dirac adalah imigran dari Valais, di Switzerland yang mengajar bahasa Prancis selama hidupnya, sedangkan ibunya adalah orang asli dari Cronwaal, Inggris. Paul Dirac belajar pertama kali di Bristol tepatnya di Bishoap Road yang dipimpin oleh ayahnya sendiri, sejak kecil bakat matematika Dirac sudah sangat menonjol. Ayahnya mendorong Dirac supaya mengembangkan bakat matematikanya. Ia memberikan buku matematika kepada Dirac supaya dibaca dan dipelajari diluar sekolah. Bahkan ayahnya mendorong Dirac agar mau belajar bahasa perancis. Untuk menggiatkan semangat belajarnya, ayahnya tidak mau berbicara dengan Dirac kecuali kalau Dirac mau berbicara dalam bahasa Prancis. Hal ini tentu saja menyebabkan Dirac jarang berbicara dan berusaha memilih kata-kata yang tepat. Dirac memang anak yang suka menyendiri. Ia selalu menghindari teman-temannya, karena waktunya selalu ia pergunakan untuk membaca, belajar dan berfikir. Hobinya berjalan-jalan sendirian sambil memikirkan fisika dan matematika. Selepas sekolah lanjutan, Dirac meneruskan studi dalam bidang listrik di Universitas Bristool, Inggris. Dalam usia 19 tahun, pada tahun 1921 gelar Insinyur Listrik pertama berhasil diperolehnya. Berkat prestasinya itu Dirac memperoleh beasiswa untuk melanjutkan studi ke Cambrige memperdalam matematika yang telah berhasil diselesaikannya dalam 2 tahun. Kembali ia memperoleh beasiswa untuk melanjutkan program doktornya di St. John’s College. Cambrige pintu gerbang yang akan membawanya berjumpa dan bergaul dengan para begawan fisika kelas dunia. Karier cemerlangnya dimulai pada saat ia masih menjadi mahasiswa di Cambrige. Pada tahun 1925, Werner Heisenberg yang merupakan fisikawan Jerman yang dikenal sebagai penemu Prinsip Ketidakpastian, memberikan ceramah di Klub Kapitza di Cambrige. Sebelum undur diri, Heisenberg sempat memberikan salinan naskah yang berisi tentang teori barunya yang belum dipublikasikan kepada Ralp Fowler. Ralp Fowler selanjutya memberikan salinan manuskrip tersebut kepada mahasiswanya yang tidak lain adalah Dirac dan memintanya untuk memikirkan tulisan fisikawan yang gemar menghafal sajak Goethe tersebut. Dirac yang brilian segera bisa melihat gagasan berharga dalam tulisan itu yang menurutnya dapat memecahkan kesulitan “Teori Kuantum Lama” dalam mendeskripsikan kelakuan elektron di dalam orbit.
Setelah menerima salinan manuskrip Heisenberg pada musim panas tahun 1925, Dirac segera membangun Mekanika Kuantum dengan versinya sendiri. Hanya dalam waktu empat bulan setelah itu, Dirac dengan kegairahannya berhasil menuangkan gagasan-gagasan kedalam empat buah tulisan yang menjadi “gunjingan” di pusat-pusat riset kuantum seperti Kopenhagen, Gottingen dan Munich. Pintu baginya untuk bergabung dengan para pemuka fisika kuantum telah terbuka lebar dan dengan kepercayaan diri yang kuat iapun melangkahkan kaki menuju Kopenhagen pada September 1926 guna memenuhi undangan Niels Bohr.
Sekembalinya ke Cambrige, Dirac yang dikenal sebagai jenius yang suka menyendiri memfokuskan diri pada persamaan gelombang Schrodinger. Kekurangan Schrodinger ialah ia tidak dapat meramu relativitas khusus Einstein kedalam persamaan gelombangnya karena tidak mengetahui spin elektron. Karya Dirac dalam bentuk buku “Principles of Quantum Mechanic” yang diterbitkan pada tahun 1930 dan hingga sekarang sudah mencapai edisi ke empat, telah menjadi bacaan wajib bagi mereka yang ingin mendalami bidang ini. Pada tahun yang sama dengan ditemukannya Positron, Dirac ditunjuk sebagai profesor matematika Lucisian di Cambrige, jabatan sekarang dipegang oleh Stephen Hawking.
Beristrikan Margit, saudara prempuan fisikawan Eugene Wigner. Dirac menjalani kehidupan hari tuannya bersama keluarga di Florida setelah memutuskan pensiun dari Cambrige pada tahun 1969. Orang besar yang tidak menyukai publisitas ini mengembuskan nafas terakhirnya dikota tersebut, tepatnya pada tanggal 22 Oktober 1984 dalam usia 82 tahun dengan tetap memegang prinsip yang sekaligus menjadi pesan berharga bagi para ilmuwan muda, “I was taught at school never to start a sentence without knowing the end of it”.
B. Konsep yang di Temukan
Selama hidupnya, bersama dengan fisikawan-fisikawan terkenal lainnya Dirac banyak menemukan konsep-konsep penting dalam bidang fisika diantaranya :
1. Pada tahun 1925 Dirac segera membangun konsep Mekanika Kuantum berdasarkan versinya sendiri. Dirac juga telah memberikan analogi perbedaan tentang kelompok poisson pada matematika klasik dan menerima tujuan tentang hukum kuantisasi pada persamaan matriks Heisenberg pada mekanika kuantum.
2. Dirac juga berhasil menggabungkan mekanika kuantum dengan teori relativitas khusus melalui sebuah persamaan yang disebut dengan persamaan Dirac yang merupakan perbaikan dari persamaan Schodinger yang tidak bisa dipakai untuk khusus relativistik. Bentuk persamaannya yaitu : p = m dengan m adalah massa partikel yang komponen energi dan momentumnya yang dituliskan dalam bentuk vektor dimensi empat dikalikan suatu matrik yang disebut dengan matrik Dirac, p adalah suatu sistem satuan dengan besar kecepatan cahaya sama dengan satu.
3. Melalui persamaan Dirac pula, dia mampu memperkirakan spin elektron yang berharga setengah seperti yang dibuktikan dalam eksperimen. Lebih jauh lagi dengan persamaannya tersebut Dirac dapat memperkirakan kehadiran elektron bermuatan positif atau yang dikenal sebagai positron, yaitu partikel yang bermassa sama dengan elektron namun memiliki muatan yang berbeda. Berdasarkan perumusan persamaan inilah, Paul Dirac meraih Nobel Fisika pada tahun 1933. pada mulanya gagasan ini memang tidak ditanggapi serius. Keberadaan positron atau anti elektron pertama kali dibuktikan oleh Carl Anderson pada tahun 1932 di Fermilab, Chicago Amerika Serikat.
4. Dirac juga meneliti kelakuan radiasi dan serapan elektromagnetik (gelombang cahaya). Pada saat itu, dualitas cahaya sebagai gelombang ataukah partikel masih merupakan kontroversi. Pendekatan baru yang ditempuh Dirac melalui Teori Medan Kuantumnya memberikan jawaban atas paradoks tersebut. Melalui pendekatan itu, Dirac menunjukkan bahwa cahaya dapat diperlakukan sebagai partikel ataupun gelombang dan keduanya akan sama-sama menghasilkan jawaban yang benar. Sejak saat itulah, secara matematis dualitas cahaya tidak lagi menjadi suatu kontroversi.
5. Dirac juga mempelajari prilaku statistik partikel yang memenuhi Pauli, seperti elektron yang sebelumnya juga telah dipelajari secara independent oleh Enrico Fermi. Sehingga hasil temuan mereka disebut dengan Statistik Fermi-Dirac.
6. Paul Dirac adalah orang pertama kali yang mengajukkan konsep tentang adanya kutub tunggal (monopole) magnet, yanitu sebuah partikel hipotesis yang memiliki kutub magnet terisolasi utara atau selatan ditahun 1931. Dirac mengajukan hipotesis bahwa keberadan partikel magnet ini akan menjelaskan mengapa muatan listrik selalu memiliki besar yang merupakan kelipatan muatan partikel elektron sebuah kondisi yang dikenal sebagai Kuantisasi Dirac. Walaupun terlihat meyakinkan dan elegan secara teori, namun monopole magnet ini sangat sulit ditemukan. Pencarian yang melibatkan fisikawan dan fasilitas eksperimen diseluruh dunia ini belum juga membuahkan hasil seperti yang diprediksi.
C. Pengembangan Konsep
Dari konsep yang telah ditemukan terutama konsep tentang Teori Kuantum, para fisikawan sekarang ini sedang menggabungkan material magnetik yang dapat memanipulasi spin elektron untuk memperoleh efek tak lazim yang dapat dimanfaatkan dalam teknologi penginderaan (sensor). Kemudian dari konsep anti elektron (positron) juga dapat dikembangkan lebih umum lagi yaitu konsep partikel antipartikel yang merupakan salah satu dasar pembuatan alat semikonduktor (piranti) yang lebih efisien dan khusus yang disebut spintronika. Selanjutnya, berkat kepeloporan Dirac melalui teori Medan Kuantumnya tentang dualitas cahaya memberikan inspirasi bagi fisikawan-fisikawan lain seperti Feynman, Dyson, Schwinger dan Tomonaga yang bersama-sama membangun Teori Elektrodinamika Kuantum untuk mendeskripsikan interaksi antar cahaya dan materi. Persamaan gelombang Schodinger yaitu suatu persamaan gelombang dalam mekanika kuantum yang mempunyai pengaruh sangat besar dalam perkembangan teknologi canggih akhir-akhir ini, diturunkan dari persamaan Dirac.
D. Aplikasi Konsep
Konsep-konsep fisika yang telah ditemukan oleh Dirac banyak diaplikasikan dan digunakan dalam kehidupan sehari-hari, diantaraya persamaan Dirac memberikan kontribusi pada kisaran atau putaran kuantum pada fenomena yang relativistik. Selain itu, Teori Kuantum Dirac tidak bisa dipungkiri banyak memberikan banyak implikasi dalam kehidupan modern. Konsep tentang spin elektron menjadi sangat penting artinya dalam aplikasi elektronika dewasa ini. Gagasan tentang spin juga sangat bernilai dalam upaya memahami mekanisme penyusun elektron didalam atom dan molekul. Dalam bidang kedokteran, Positron Emission Tomography (FET) telah dimanfaatkan untuk memperoleh citra jaringan tubuh. Pemanfaatan yag sama dalam bidang rekayasa untuk menampilkan citra tubuh.
E. Pengembangan Kosep Kedepan
Berdasarkan konsep-konsep yang telah ditemukan Dirac sebelumnya, maka konsep yang dapat dikembangkan kedepan yaitu para pakar kimia seharusnya memiliki pemahaman yang detail tentang struktur elektron untuk dapat menciptakan material-material baru seperti obat-obatan, katalis, maupun plastik.
Berdasarkan persamaan yang ditemukan oleh Dirac, dimana dari persaman tersebut dia dapat memperkirakan kehadiran elektron bermuatan positif atau yang dikenal sebagai positron, yaitu partikel yang bermassa sama dengan elektron namun memiliki muatan yang berbeda, maka untuk pengembangan konsep kedepannya kita bisa membuat suatu elemen tertentu yang dapat menghasilkan/menghadirkan atom yang bermuatan positif dari atom elektron yang bermuatan negatif atau positron seperti yang diprediksikan oleh Dirac. Sehinggga dengan demikian kita bisa menciptakan suatu alat yang dapat menghasilkan energi listrik tanpa batas yang dapat dimanfaatkan pada alat-alat elektronik yang menggunakan baterai cas seperti Handphone, laptop dan lain sebagainya, tanpa lagi harus melakukan pengisian ulang (mencas) alat-alat elektronik tersebut.
F. Pertanyaan
1. Apa judul buku karya Paul Adrien Maurice Dirac yang pernah diterbitkan pada tahun 1930?
2. Jelaskan beberapa konsep yang telah ditemukan oleh Dirac
3. Sebutkan salah satu aplikasi konsep dalam kehidupan sehari-hari dari konsep-konsep yang ditemukan oleh Dirac !
4. Apa yang mendasari sehingga Dirac mengajukan sebuah hipotesis pada tahun 1931 tentang kutub tunggal (monopole) magnet ?
5. Konsep apa yang paling mendasari yang telah ditemukan oleh Paul Adrien Maurice Dirac sehingga dia memperoleh hadiah nobel dan pada tahun berapa ia memperoleh hadiah nobel tersebut?

G. Solusi
1. Judul buku karya Paul Adrien Maurice Dirac yang pernah diterbitkan pada tahun 1930 yakni “Principles of Quantum Mechanic”
2. Jelaskan beberapa konsep yang telah ditemukan oleh Dirac
- Pada tahun 1925 Dirac segera membangun konsep Mekanika Kuantum berdasarkan versinya sendiri. Dirac juga telah memberikan analogi perbedaan tentang kelompok poisson pada matematika klasik dan menerima tujuan tentang hukum kuantisasi pada persamaan matriks Heisenberg pada mekanika kuantum
- Dirac juga mempelajari prilaku statistik partikel yang memenuhi Pauli, seperti elektron yang sebelumnya juga telah dipelajari secara independent oleh Enrico Fermi. Sehingga hasil temuan mereka disebut dengan Statistik Fermi-Dirac.
3. Aplikasi konsep dalam kehidupan sehari-hari yang dapat kita rasakan dari konsep yang ditemukan oleh Paul Adrien Maurice Dirac yakni salah satunya seperti dalam bidang kedokteran, Positron Emission Tomography (FET) telah dimanfaatkan untuk memperoleh citra jaringan tubuh. Pemanfaatan yag sama dalam bidang rekayasa untuk menampilkan citra tubuh.
4. Adapun yang mendasari sehingga Paul Adrien Maurice Dirac mengajukan sebuah hipotesis pada tahun 1931 tentang kutub tunggal (monopole) magnet yakni bahwa hipotesis ini akan menjelaskan mengapa muatan listrik selalu memiliki besar yang merupakan kelipatan muatan partikel elektron sebuah kondisi yang dikenal sebagai Kuantisasi Dirac.
5. Adapun konsep yang ditemukan oleh Paul Adrien Maurice Dirac sehingga ia memperoleh hadiah nobel yakni melalui persaman Dirac. Dimana dari persamaan tersebut dia dapat memperkirakan kehadiran elektron bermuatan positif atau yang dikenal sebagai positron, yaitu partikel yang bermassa sama dengan elektron namun memiliki muatan yang berbeda. Berdasarkan perumusan persamaan inilah sehingga Paul Adrien Maurice Dirac meraih Nobel Fisika pada tahun 1933.