Gelombang elektromagnetik dapat digambarkan sebagai dua buah gelombang yang merambat secara transversal pada dua buah bidang tegak lurus yaitu medan magnetik dan medan listrik. Merambatnya gelombang magnet akan mendorong gelombang listrik, dan sebaliknya, saat merambat, gelombang listrik akan mendorong gelombang magnet. Diagram di atas menunjukkan adanya gelombang cahaya yang merambat dari kiri ke kanan dengan medan listrik pada bidang vertikal dan medan magnet pada bidang horizontal.Gelombang elektromagnetik yang membentuk radiasi elektromagnetik.
Cahaya adalah energi berbentuk gelombang elektromagnetik yang kasat mata dengan panjang gelombang sekitar 380–750nm.[1] Pada bidang fisika, cahaya adalah radiasi elektromagnetik, baik dengan panjang gelombangkasatmata maupun yang tidak.[2][3] Selain itu, cahaya adalah paket partikel yang disebut foton. Kedua definisi tersebut merupakan sifat yang ditunjukkan cahaya secara bersamaan sehingga disebut "dualisme gelombang-partikel". Paket cahaya yang disebut spektrum kemudian dipersepsikan secara visual oleh indra penglihatan sebagai warna. Bidang studi cahaya dikenal dengan sebutan optika, merupakan area riset yang penting pada fisika modern.
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 sinarmaser, dan sinarlaser pada tahun 1960. Era optika modern tidak serta merta mengakhiri era optika klasik, tetapi memperkenalkan sifat-sifat cahaya yang lain yaitu difusi dan hamburan.
Etimologi
Kata "cahaya" berasal dari kata छाया chāyā bahasa Sanskerta yang memiliki arti 'sinar, matahari, bayangan, naungan, atau refleksi'.
[4][5][6]
Sumber Cahaya
Energi cahaya yang bersumber dari pengubahan berbagai bentuk energi cahaya. Listrik dan panas dari proses pembakaran merupakan sumber cahaya yang paling umum.
benda yang dipanaskan akan menghasilkan cahaya, misalnya pada suhu 650 derajat celcius, yang dipanaskan kemudian akan melepaskan cahaya berwarna merah buram. begitu pula saat suhu dinaikkan, maka cahaya akan bertambah lebih terang dari merah menjadi warna jingga, lalu menjadi warna kuning. ada banyak jenis lampu yang juga menghasilkan cahaya dengan berbagai cara, salah satunya dgn memanaskan objek di dalamnya, hingga berpijar sempurna.[7]
Teori
Dalam sejarah
Yunani Klasik
Orang Yunani Kuno percaya bahwa segala sesuatu terdiri dari empat elemen berupa api, udara, tanah dan air. Pada abad kelima SM, Empedocles menyatakan bahwa Dewi Aphrodite menciptakan mata manusia dari keempat elemen tersebut. Dia juga menyalakan api di mata sehingga sinar keluar dari mata dan memungkinkan manusia untuk melihat. Empedocles menambahkan bahwa terdapat interaksi antara sinar dari mata dan sinar dari sumber seperti matahari sehingga manusia tidak dapat melihat pada malam hari.[8]
Sekitar 300 SM, Euclid menulis Optica yang membahas sifat-sifat cahaya. Euclid menyatakan bahwa cahaya bergerak dalam garis lurus dan dia memplelajari hukum refleksi secara matematis. Dia mempertanyakan anggapan bahwa penglihatan adalah hasil pancaran cahaya dari mata. Jika seseorang menutup matanya pada malam hari lalu membukanya, dia jakan segera melihat bintang yang jauh. Hal ini hanya mungkin jika pancaran sinar dari mata bergerak sangat cepat.[9]
Pada tahun 55 SM, seorang Romawi bernama Lucretius meneruskan gagasan atomis Yunani. Dia menulis bahwa cahaya dan panas matahari terdiri dari atom-atom kecil yang ketika terdorong segera berpindah ke seberang ruang antar udara dalam arah yang diberikan oleh dorongan. Meskipun serupa dengan teori partikel, pandangan Lucretius tidak diterima secara umum.[8]Ptolemy (c. Abad ke-2) menulis tentang sifat-sifat cahaya dalam bukunya Optics.[10]
India Klasik
Di India Kuno, beberapa aliran Hindu mengembangkan teori tentang cahaya pada sekitar abad awal Masehi. Menurut aliran Samkhya, cahaya adalah salah satu dari lima elemen "halus" fundamental (tanmatra). Aliran Waisesika memberikan teori atom dunia fisik. Atom-atom dasarnya adalah atom bumi (prthivi), air (apas), api (tejas), dan udara (wayu). Cahaya dianggap sebagai atom tejas api berkecepatan tinggi.[8]
René Descartes (1596–1650) meyakini bahwa cahaya adalah properti mekanis untuk benda bercahaya, dan menolak "bentuk" yang dijelaskan oleh Ibn al-Haytham dan Witelo dan "spesies" oleh Roger Bacon, Robert Grosseteste dan Johannes Kepler.[12] Pada tahun 1637, ia memublikasikan sebuah teori refraksi cahaya yang mengansumsikan, secara salah, bahwa cahaya bergerak lebih cepat pada media yang lebih padat. Meskipun ia salah tentang kecepatan relatif, ia secara benar mengansumsikan bahwa cahaya berperilaku seperti gelombang dan menyimpulkan bahwa refraksi dapat dijelaskan dengan kecepatan cahaya pada media yang berbeda.
Descarter bukan orang pertama yang menggunakan analogi mekanikal tetapi karena ia dengan tegas menyatakan bahwa cahaya hanyalah properti mekanis dari suatu benda bercahaya dan media transmisi, teorinya dianggap sebagai permulaan dari fisika optik modern.[12]
Pierre Gassendi (1592–1655), seorang ahli atom, mengusulkan teori partikel cahaya yang dipublikasikan secara anumerta pada tahun 1660-an. Isaac Newton mempelajari karya Gassendi saat ia muda dan lebih menyukai pandangan Gassendi tentang cahaya dibandingkan dengan teori Descartes tentang plenum. Ia menyebutkannya dalam karyanya, Hypothesis of Light (Hipotesa Cahaya) yang dipublikasikan pada 1675, bahwa cahaya terdiri dari korpuskular (partikel dari suatu zat) yang dipancarkan ke seluruh arah dari suatu sumber. Salah satu argumen Newton terhadap sifat gelombang cahaya adalah gelombang diketahui berbelok di sekitar rintangan, sementara cahaya berjalan dalam garis lurus. Namun, ia menjelaskan fenomena difraksi cahaya (yang sebelumnya diamati oleh Francesco Grimaldi) bahwa partikel cahaya dapat membuat gelombang lokal pada aether.
Teori Newton dapat digunakan untuk memprediksi pantulan cahaya, tetapi hanya dapat menjelaskan pembiasan dengan mengasumsikan secara salah bahwa cahaya berakselerasi saat memasuki medium yang lebih padat karena tarikan gravitasi yang lebih kuat. Newton memublikasikan versi final dari teorinya pada karyanya, Opticks, pada 1704. Reputasinya membantu teori partikel cahaya bertahan selama abad ke-18. Teori partikel cahaya membuat Pierre-Simon Laplace untuk beragumen bahwa suatu benda atau badan dapat menjadi sangat besar hingga cahaya tidak dapat keluar darinya. Dengan kata lain, sesuatu yang sekarang dikenal sebagai lubang hitam. Laplace menarik argumennya setelah teori gelombang cahaya dibangun dengan baik sebagai model dari cahaya. Terjemahan dari esai Newton tentang cahaya muncul di The large scale structure of space-time (Struktur skala besar dari ruang-waktu) oleh Stephen Hawking dan George F. R. Ellis.
Fakta bahwa cahaya dapat dipolarisasikan adalah hal pertama yang digunakan oleh Newton untuk menjelaskan secara kualitatif tentang teori partikel. Étienne-Louis Malus pada 1810 menciptakan sebuat teori polarisasi partikel secara matematis. Jean-Baptiste Biot pada 1812 memperlihatkan bahwa teori ini menjelaskan tentang seluruh fenomena polarisasi cahaya yang diketahui. Pada waktu itu, polarisasi disebut sebagai bukti teori partikel.
Teori gelombang
Untuk menjelaskan asal dari warna, Robert Hooke (1635–1703) mengembangkan "teori pulsa" dan membandingkannya dengan penyebaran cahaya pada gelombang air pada karya 1665-nya, Micrographia ("Observasi ke-9"). Pada 1672, Hooke beragumen bahwa cahaya dapat bergetar tegak lurus terhadap arah propagasi. Christiaan Huygens (1629–1695) mengerjakan teori gelombang cahaya secara matematis pada tahun 1678 dan memublikasikannya pada karyanya yang berjudul Treatise on Light pada tahun 1690. Ia mengusulkan bahwa cahaya dipancarkan ke segala arah sebagai serangkaian gelombang dalam medium yang disebut sebagai eter bercahaya. Karena gelombang tidak terdampak oleh gravitasi, gelombang dapat diasumsikan bahwa mereka melambat saat memasukki medium yang lebih padat.[13]
Teori gelombang memprediksi bahwa cahaya dapat menginterverens seperti gelombang suara, seperti yang dicatat oleh Thomas Young sekitar tahun 1800). Young memperlihatkan dalam eksperimen difraksi bahwa cahaya memiliki sifat gelombang. Ia juga mengusulkan bahwa perbedaan warna ada karena adanya perbedaan panjang gelombang cahaya dan menjelaskan tentang penglihatan cahaya dengan reseptor tiga warna pada mata. Pendukung teori gelombang yang lain adalah Leonhard Euler. Ia beragumen dalam Nova theoria lucis et colorum (1746) bahwa difraksi dapat lebih mudah dijelaskan dengan teori gelombang. Pada 1816 André-Marie Ampère memberikan Augustin-Jean Fresnel sebuah ide bahwa polarisasi cahaya dapat dijelaskan oleh teori gelombang jika cahaya adalah gelombang transversal.[14]
Kelemahan dari teori gelombang adalah gelombang cahaya, seperti gelombang suara, perlu sebuah medium untuk transmisi. Adanya zat eter bercahaya teoretis yang diusulkan oleh Huygens pada 1678 mendapat keraguan pada akhir abad ke-19 oleh karena percobaan Michelson–Morley.
Teori kopuskular Newton menyiratkan bahwa cahaya bergerak lebih cepat pada medium yang lebih padat, sementara teori gelombang dari Hugens dan lainnya menyiratkan sebaliknya. Pada waktu itu, kelajuan cahaya tidak dapat diukur secara akurat untuk memutuskan teori mana yang benar. Orang pertama yang membuat alat pengukur dengan akurasi yang cukup adalah Léon Foucault pada tahun 1850.[15] Hasilnya mendukung teori gelombang, dan teori partikel klasik akhirnya tinggalkan (yang selanjutnya setengah kembali pada abad ke-20 sebagai foton dalam teori kuantum).
Pada tahun 1845, Michael Faraday menemukan bahwa bidang polarisasi dari cahaya yang dipolarisasi secara linear berputar ketika sinar cahaya merambat sepanjang arah medan magnet di hadapan dielektrik transparan, sebuah efek yang sekarang dikenal sebagai efek Faraday.[16] Hal ini adalah bukti pertama bahwa cahaya berhubungan dengan elektromagnetisme. Pada 1846, ia berspekulasi bahwa cahaya mungkin merupakan suatu bentuk halangan yang merambat sepanjang garis medan magnet.[16] Faraday menyarankan pada tahun 1847 bahwa cahaya adalah getaran elektromagnetik frekuensi tinggi, yang dapat merambat bahkan saat tidak ada medium seperti ether.[17]
Karya Faraday menginspirasi James Clerk Maxwell untuk mempelajari radiasi elektromagnetik dan cahaya. Maxwell menemukan bahwa rambatan mendiri dari gelombang elektromagnetik dapat merambat melalui ruang dengan kecepatan konstan, yang kebetulan sama dengan kelajuan cahaya yang sebelumnya telah diukur. Dari sini, Maxwell menyimpulkan bahwa cahaya adalah suatu bentuk dari radiasi elektromagnetik. Ia awalnya menyatakan bahwa hasil tersebut pada tahun 1862 di On Physical Lines of Force. Pada 1873, ia memublikasikan A Treatise on Electricity and Magnetism, yang berisi deskripsi matematis lengkat tentang perilaku medan listrik dan magnet, yang sekarang dikenal dengan Persamaan Maxwell. Tidak lama setelah itu, Heinrich Hertz mengonfirmasi teori Maxwell secara eksperimen dengan menciptakan dan mendeteksi gelombang radio di laboratorium dan mendemonstrasikan bahwa gelombang tersebut berperilaku seperti cahaya tambak: menunjukkan properti seperti refleksi, refraksi, difraksi, dan inteferensi. Teori Maxwell dan eksperimen Hertz mengantarkan secara langsung pada pengembangan radio modern, radar, televisi, pencitraan elektromagnetik, dan komunikasi nirkabel.
Pada teori kuantum, foton dianggap sebagai paket gelombang dari gelombang yang mendeskripsikan teori klasik Maxwell. Teori kuantum dibutuhkan untuk menjelaskan efek yang tidak dapat dijelaskan oleh cahaya tampak pada teori klasik Maxwell (seperti garis spektrum).
↑Russell Jones (2008). Loan-words in Indonesian and Malay. Jakarta: Yayasan Obor Indonesia.
↑Sir Monier Monier-Williams, M.A., K.C.I.E (1899). Sanskrit-English Dictionary Etymologically and Philologically Arranged with Special Reference to Cognate Indo-European Languages. Oxford: University Press. Pemeliharaan CS1: Banyak nama: authors list (link)
↑Arthur Anthony Macdonell (1929). A Practical Sanskrit Dictionary With Transliteration, Accentuation, and Etymological Analysis Throughout. London: Oxford University Press.
↑O'Connor, J J; Robertson, E F (Agustus 2002). "Classical light". Maths History (dalam bahasa Inggris). Diakses tanggal 13 Oktober 2020.
↑Smith, A. Mark (1996). "Ptolemy's Theory of Visual Perception: An English Translation of the "Optics" with Introduction and Commentary". Transactions of the American Philosophical Society. 86 (2): 3. doi:10.2307/3231951. ISSN0065-9746. On the one hand, there is no ostensible warrant for the claim that Ptolemy wrote the Optics toward the very end of his life, perhaps as late as 175. On the other hand, Lejeune is probably too conservative in situating it grosso modo within the third quarter of the second century. Surely it is reasonable to locate the treatise somewhere within the decade between 160 and 170. But no matter what date is chosen, the fact remains that, far from being a Jugendwerk, the Optics represents an advanced stage in Ptolemy's intellectual development.
↑Coseru, Christian (2009). "Buddhist 'Foundationalism' and the Phenomenology of Perception". Philosophy East and West. 59 (4): 409. ISSN0031-8221. For Buddhist philosophers of the Dignãga-Dharmakirti tradition the problem of the reliability of perception is central to the epistemological project: they argue that empirical awareness, when properly deployed, can and does reveal the nature of reality at its most fundamental level: a causally interdependent nexus of psychophysical phenomena in a constant state of flux.
12Theories of light, from Descartes to Newton. A.I. Sabra CUP Archive. 1981. hlm.48. ISBN978-0-521-28436-3.
