Cahaya

Anda pasti mengenal cahaya. Setiap detik, setiap waktu Anda pasti berhubungan erat dengan cahaya. Tanpa cahaya, Anda tidak mungkin bisa melihat benda-benda yang ada di depan mata Anda. Sejak beberapa abad yang lalu, para ilmuwan sangat tertarik untuk mempelajari tentang cahaya, mulai dari era klasik hingga era modern. Bagi Anda yang penasaran seperti apakah cahaya itu, berikut kami paparkan penjelasan singkat tentang cahaya.

Cahaya adalah energi berbentuk gelombang elekromagnetik yang kasat mata dengan panjang gelombang sekitar 380-750 nm. Cahaya adalah radiasi elektromagnetik, baik dengan panjang gelombang kasat mata maupun yang tidak. Cahaya juga merupakan paket partikel yang disebut foton.

Kedua definisi di atas adalah sifat yang ditunjukkan cahaya secara bersamaan sehingga disebut “dualisme gelombang-partikel”. Paket cahaya yang disebut spektrum kemudian dipersepsikan secara visual oleh indera penglihatan sebagai warna. Bidang studi cahaya dikenal dengan sebutan optika, merupakan area riset yang penting pada fisika modern.

Studi mengenai cahaya dimulai dengan munculnya era optika klasik yang mempelajari besaran optik seperti: intensitas, frekuensi atau panjang gelombang, polarisasi dan fasa cahaya. Sifat-sifat cahaya dan interaksinya terhadap sekitar dilakukan dengan pendekatan paraksial geometris seperti refleksi dan refraksi, dan pendekatan sifat optik fisisnya yaitu: interferensi, difraksi, dispersi, polarisasi. Masing-masing studi optika klasik ini disebut dengan optika geometris (geometrical optics) dan optika fisis (physical optics).

Pada puncak optika klasik, cahaya didefinisikan sebagai gelombang elektromagnetik dan memicu serangkaian penemuan dan pemikiran, sejak tahun 1838 oleh Michael Faraday dengan penemuan sinar katoda, tahun 1859 dengan teori radiasi massa hitam oleh Gustav Kirchhoff, tahun 1877 Ludwig Boltzmann mengatakan bahwa status energi sistem fisik dapat menjadi diskrit, teori kuantum sebagai model dari teori radiasi massa hitam oleh Max Planck pada tahun 1899 dengan hipotesa bahwa energi yang teradiasi dan terserap dapat terbagi menjadi jumlahan diskrit yang disebut elemen energi, E. Pada tahun 1905, Albert Einstein membuat percobaan efek fotoelektrik, cahaya yang menyinari atom mengeksitasi elektron untuk melejit keluar dari orbitnya. Pada tahun 1924 percobaan oleh Louis de Broglie menunjukkan elektron mempunyai sifat dualitas partikel-gelombang, hingga tercetus teori dualitas partikel-gelombang. Albert Einstein kemudian pada tahun 1926 membuat postulat berdasarkan efek fotolistrik, bahwa cahaya tersusun dari kuanta yang disebut foton yang mempunyai sifat dualitas yang sama. Karya Albert Einstein dan Max Planck mendapatkan penghargaan nobel masing-masing pada tahun 1921 dan 1918 dan menjadi dasar teori kuantum mekanik yang dikembangkan oleh banyak ilmuwan, termasuk Werner Heisenberg, Niels Bohr, Erwin Schrödinger, Max Born, John von Neumann, Paul Dirac, Wolfgang Pauli, David Hilbert, Roy J. Glauber dan lain-lain.

Era ini kemudian disebut era optika modern dan cahaya didefinisikan sebagai dualisme gelombang transversal elektromagnetik dan aliran partikel yang disebut foton. Pengembangan lebih lanjut terjadi pada tahun 1953 dengan ditemukannya sinar maser, dan sinar laser pada tahun 1960. Era optika modern tidak serta merta mengakhiri era optika klasik, tetapi memperkenalkan sifat-sifat cahaya yang lain yaitu difusi dan hamburan.

Satu pertanyaan yang sangat pantas untuk dijawab adalah, bisakah melewati kecepatan cahaya?

Ini terkait dengan salah satu formula teori relativitas khusus yang sangat terkenal: E=mc², di mana E adalah energi, m adalah massa, dan c adalah konstanta kecepatan cahaya. Formula tersebut menjelaskan relasi langsung antara energi-massa (konservasi energi-massa). Sebuah objek dengan massa m bisa menghasilkan energi E sebesar mc², dan karena c sebuah konstanta yang besar, massa yang kecil tetap akan menghasilkan energi yang besar. Bayangkan, Hiroshima tahun 1945 hancur akibat energi yang dihasilkan 1 dari 2 pounds uranium.

Di sisi lain, formula ini memainkan peranan penting dalam pergerakan objek dalam 4 dimensi. Benda yang bergerak memiliki energi kinetik, semakin tinggi kecepatannya semakin besar energinya. Saat kita paksa partikel muon mencapai kecepatan 99,9 % kecepatan cahaya, muon memiliki energi yang besar. Karena konservasi energi-massa, energi tadi meningkatkan massa muon 22 kali lebih massif daripada massa-diamnya (0.11 MeV). Tentu saja semakin masif (pejal) benda, semakin susah untuk bergerak cepat. Ketika kecepatannya dinaikkan menjadi 99,999% kecepatan cahaya, massanya bertambah 70.000 kali. Muon semakin masif dan semakin cenderung untuk tidak bergerak. Sehingga dibutuhkan energi yang tak berhingga untuk melewati kecepatan cahaya (jumlah energi yang tidak mungkin).

Kecepatan cahaya merupakan sebuah konstanta yang disimbolkan dengan huruf c, singkatan dari celeritas (yang dirujuk dari dari bahasa Latin) yang berarti “kecepatan”. Kecepatan cahaya dalam sebuah ruang hampa udara didefinisikan saat ini pada 299.792.458 meter per detik atau 1.079.252.848,8 kilometer per jam atau 186.282.4 mil per detik atau 670.616.629,38 mil per jam, yang ditetapkan pada tahun 1975 dengan toleransi kesalahan sebesar 4×10⁻⁹. Pada tahun 1983, satuan meter didefinisikan kembali dalam Sistem Satuan Internasional (SI) kemudian ditetapkan pada 17th Conférence Générale des Poids et Mesures sebagai … the length of the path travelled by light in vacuum during a time interval of ¹⁄_299.792.458 of a second , sehingga nilai konstanta c dalam meter per detik sekarang tetap tepat dalam definisi meter, sebagai jarak yang ditempuh oleh cahaya dalam ruang hampa pada ¹⁄_299.792.458 detik^.

Perkiraan lama waktu yang diperlukan dari jarak tempuh cahaya:

Satu kaki : 1 nanodetik

Satu meter : 3,3 nanodetik

Satu kilometer : 3,3 mikrodetik

Satu mil : 5,4 mikrodetik

Dari bumi ke geostationary orbit : 0,12 detik

Mengelilingi khatulistiwa bumi : 0,13 detik

Dari bumi ke bulan : 1,3 detik

Dari bumi ke matahari : 8,3 menit

Dari Bumi ke Alpha Centauri : 4,4 tahun

Menyebrangi Bima Sakti : 100.000 tahun

Berikut beberapa dari sifat cahaya :

a. Cahaya dapat menembus

Cahaya dapat menembus bahan-bahan yang tidak padat seperti kain, kertas kalkir dan kaca sehingga kualitas kerasnya cahaya dapat dibuat lunak atau soft.

b. Cahaya dapat difokuskan

Cahaya dapat kita salurkan ke arah mana kita kehendaki, cahaya dapat dikumpulkan dan difokuskan agar kuantitasnya lebih besar lagi. Sebagai contoh adalah sinar matahari yang difokuskan oleh kaca pembesar.

c. Cahaya dapat dipantulkan

Cahaya itu dapat pula kita belokan atau kita pantulkan dengan benda yang mempunya daya pantul yang tinggi seperti cermin, styrofoam, kertas perak dll yang lazim kita sebut dengan reflektor untuk menyinari bagian-bagian yang gelap.

d. Cahaya mempunyai warna

Semua sumber cahaya mempunyai warna atau umumnya kita sebut dengan suhu warna dalam hitungan derajat Kelvin dan dapat diukur dengan Kelvin Meter / Color Meter.

Demikian penjelasan mengenai cahaya yang dapat kami sampaikan. Berbanggalah Anda masih bisa bertatap muka secara langsung dengan cahaya, bersyukurlah Anda masih bisa menikmati indahnya dunia ciptaan Tuhan Yang Maha Kuasa. Semoga tulisan ini bisa membuka mata hati Anda untuk bisa lebih mensyukuri segala nikmat dan anugerah yang telah diberi.

Sumber : wikipedia, wapedia