February 12, 2020

Fisika – Cahaya adalah Gelombang

Andaikata di alam semesta ini gak ada matahari dan di bumi ini gak ada listrik dan lampu, pasti kita semua bakalan hidup dalam kegelapan. Kita gak akan bisa ngeliat orang-orang yang kita sayangi dan kita gak bisa ngeliat keindahan bumi yang kita cintai ini. Semuanya bakalan kelam dan suram. Ngeri banget, ya, temen-temen! Mangkanya cahaya itu penting banget buat kehidupan kita. Eh, tapi kamu tau gak sih sebenernya cahaya itu apa? Biar kamu bisa lebih memahami cahaya, yuk, kita pelajari bareng-bareng.

Sebenernya pertanyaan mengenai cahaya itu apa udah lama dibahas sama para fisikawan. Isaac Newton dulu pernah beranggapan kalau cahaya itu partikel yang tersusun dari materi yang ia sebut korpusel. Tapi sayangnya teori “Optik” Newton ini gak bisa ngejelasin kenapa ketika dua berkas cahaya disilangkan gak bertumbukan seperti partikel. Kedua berkas cahaya tersebut malah lewat begitu aja.

Selain itu, fenomena sifat cahaya yang bisa mengalami difraksi atau pelenturan juga membatalkan anggapan Newton kalau cahaya itu adalah partikel. Cahaya bakalan melentur dan semakin melebar saat ia melewati celah sempit. Ini yang dimaksud dengan difraksi, temen-temen. Beda banget kan sama air yang kalau ada lubang kecil di dasar gelas, ia pasti bakalan keluar dari lubang tersebut dan diameter alirannya bakalan sebesar lubang tersebut. Nah, sifat difraksi cahaya ini membuat para fisikawan curiga kalau cahaya sebenernya bukan partikel kayak kata Newton tadi. Mereka mulai berpikir kalau jangan-jangan cahaya itu sebenernya gelombang.

Akhirnya pada tahun 1803, para fisikawan mendapatkan titik terang melalui makalah Thomas Young yang membuktikan kalau cahaya adalah gelombang. Young melakukan eksperimen celah gandanya (double split) yang terkenal. Ia menutup jendela di sebuah ruangan gelap dan hanya membuka satu celah kecil untuk menjadikannya sumber cahaya tunggal. Di depan cahaya tersebut ia letakkan dua buah celah tipis yang berdekatan. Cahaya dari celah ganda tersebut kemudian diamati dari suatu layar untuk membuktikan teorinya kalau cahaya adalah gelombang. Bila cahaya memang partikel seperti dalam teori Optik Newton, maka cahaya yang tampak di layar tentu hanya akan berupa dua titik terang. Namun, ternyata yang terjadi adalah di layar tersebut terbentuk pola gelap terang. Ini artinya pola tersebut adalah hasil dari interferensi kedua cahaya yang melewati celah ganda tadi. Pola terang terjadi karena adanya interferensi konstruksif, sementara bagian yang gelap terjadi karena adanya interferensi destruktif. Eksperimen Young ini membuktikan kalau cahaya adalah gelombang karena mengalami interferensi.

Selain fenomena yang didemonstrasikan Young di atas, kita bisa melihat interferensi cahaya saat kita melihat tumpahan minyak di aspal yang menunjukkan adanya warna-warna. Warna-warna tersebut muncul karena cahaya yang datang gak sepenuhnya langsung dipantulkan oleh permukaan minyak, tapi sebagian cahaya tersebut diteruskan ke permukaan aspal dulu, baru dipantulkan. Ini membuat dua cahaya, cahaya yang dipantulkan permukaan minyak dan cahaya yang dipantulkan permukaan aspal, memiliki panjang lintasan yang berbeda, sehingga keduanya memiliki fase yang berbeda. Setelah dipantulkan dan menuju ke mata kita, kedua gelombang tersebut mengalami interferensi. Interferensi dua cahaya yang berbeda fase inilah yang menyebabkan penampakan pola warna-warna di permukaan minyak tadi, temen-temen.

Nah, fenomena difraksi dan interferensi tadi itulah yang semakin memantapkan teori kalau cahaya itu sebenernya adalah gelombang. Tapi, seperti yang kamu tahu, gelombang itu ada beberapa jenis. Kalau berdasarkan arah rambatnya kan gelombang dibagi menjadi transversal dan longitudinal. Terus gelombang cahaya termasuk jenis yang mana hayo?

Kalau kalian main ke pantai, kalian pernah kan ngerasa silau karena kilau permukaan laut yang mantulin cahaya matahari? Tapi begitu kalian pake kacamata hitam, kilau yang menyilaukan tadi jadi hilang, kan? Kamu tahu gak kenapa bisa begitu? Kalau headphone bisa ngeredam suara luar dengan menggunakan prinsip interferensi destruktif, dengan menghasilkan suara yang berlawanan fase, yang terjadi pada kacamata hitam ini berbeda, temen-temen. Karena kacamata hitam gak bisa memancarkan cahaya, prinsip yang dipake di sini bukan interferensi, melainkan prinsip polarisasi. Jadi gini, gelombang cahaya dari matahari kan memiliki polaritas yang beragam, jadi ketika cahaya matahari memantul di permukaan laut, gelombang cahayanya jadi terpolarisasi lebih seragam, sejajar dengan permukaan air laut. Nah, kacamata hitam itu memiliki kemampuan untuk menyerap gelombang cahaya dengan polaritas tersebut, sehingga cahaya tadi gak diteruskan ke mata kamu dan kamu gak kesilauan lagi, deh. Sekarang kamu udah paham belum cahaya itu termasuk ke gelombang yang mana? Ya, kamu betul. Karena cahaya bisa terpolarisasi, cahaya termasuk ke dalam gelombang transversal.

Kalian juga pasti inget kalau getaran gelombang transversal itu tegak lurus dengan arah gerak. Nah, kalau pada gelombang cahaya, kamu tau gak apa yang bergetar? Kalau pada gelombang mekanik kan gelombang membutuhkan materi untuk merambat dan materi tersebut akan bergetar, sementara gelombang cahaya memiliki sifat yang berbeda dengan gelombang mekanik. Gelombang cahaya ternyata gak ngebutuhin materi untuk merambat karena di antara matahari dan bumi ada ruang hampa, yang sama sekali gak ada materi atau medium yang bisa digunakan gelombang cahaya untuk merambat. Ini sebabnya gelombang cahaya disebut sebagai gelombang elektromagnetik, karena pada gelombang cahaya yang bergetar adalah medan elektromagnetik dan merambat di ruang tanpa memerlukan medium.

Sebetulnya cahaya yang bisa kita lihat hanyalah salah satu jenis gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang sekitar 400 sampai 700 nanometer. Semakin pendek gelombangnya, akan semakin ungu warna yang kita lihat. Sementara kalau semakin panjang gelombangnya, maka semakin merah warnanya. Kalian inget kan kalau warna putih sebenernya terdiri dari berbagai macam warna, dari warna merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila sampai ungu. Urutan warna ini disebut spektrum warna. Terus gimana dengan gelombang warna yang panjangnya lebih panjang dari warna merah? Dan gimana dengan gelombang yang lebih pendek dari panjang gelombang warna nila?

Pertanyaan mengenai gelombang warna yang lebih panjang dari warna merah terjawab secara gak sengaja oleh seorang astronom Inggris yang bernama William Herschel, pada tahun 1800. Waktu itu dia lagi berusaha ngukur kenaikan panas akibat warna-warna yang didispersikan prisma menggunakan termometer. Trus dia menemukan kalau termometer yang berada di luar spektrum warna di sebelah warna merah mengalami kenaikan juga. Ini artinya termometer tersebut terkena radiasi elektromagnetik dari gelombang yang panjangnya lebih dari gelombang warna merah. Jenis gelombang ini kemudian dinamakan gelombang inframerah. Gelombang inframerah ini memiliki panjang gelombang 700 nanometer hingga sekitar 1.000 mikrometer. Gelombang inilah yang biasanya digunakan di remote televisi kamu. Dilanjutkan gelombang mikro atau microwave sampai ke ukuran beberapa sentimeter, yang salah satu kegunaannya untuk menghangatkan makanan. Sementara sisanya adalah gelombang radio yang digunakan untuk memancarkan siaran radio atau televisi.

Nah, kalau jawaban mengenai gelombang yang lebih pendek dari gelombang warna nila, ditemukan setahun kemudian oleh seorang fisikawan Jerman yang bernama Johann Wilhelm Ritter. Ia menemukan kalau perak klorida yang berada di luar spektrum warna di sebelah warna nila mengalami ionisasi lebih cepat dibandingkan dengan yang terkena cahaya nila. Ini artinya perak klorida tersebut terkena radiasi elektromagnetik dari gelombang yang panjangnya lebih pendek dari gelombang warna nila. Jenis gelombang ini kemudian dinamakan sebagai gelombang ultraviolet. Gelombang ini memiliki panjang gelombang 10 hingga sekitar 400 nanometer. Gelombang ultraviolet ini biasa digunakan untuk membunuh bakteri dan untuk mengecek keaslian uang. Dilanjutkan gelombang sinar-X yang panjangnya hanya beberapa nanometer, yang digunakan untuk mengecek organ dalam pasien di rumah sakit. Sementara sisanya adalah sinar gamma dengan panjang lebih pendek dari sepersepuluh nanometer, yang sangat berbahaya bagi mahluk hidup karena dapat menyebabkan kanker. Namun, bila sinar gamma ini digunakan dengan tepat, sinar ini justru bisa digunakan untuk menyembuhkan kanker, loh. Sebenernya, sih, gak ada batasan panjang gelombang yang jelas, yang memisahkan semua jenis gelombang elektromagnetik yang udah di bahas di atas. Semuanya berkesinambungan dari gelombang sinar gamma yang paling pendek, hingga gelombang radio yang paling panjang. Kesinambungan ini dinamakan spektrum gelombang elektromagnetik. Semua gelombang ini juga memiliki sifat dan fenomena yang sama dengan gelombang cahaya yang udah kita bahas sebelumnya.

Kecepatan gelombang elekromagnetik selalu sama di ruang hampa. Kecepatan ini biasa dilambangkan dengan c, dengan besar 299 juta 792 ribu 458 meter perdetik, sekitar 60 kali bolak-balik dari Sabang sampai Merauke hanya dalam waktu satu detik! Karena cepat rambat gelombang itu sama dengan panjang gelombang dikali frekuensi, sementara cepat rambat gelombang elektromagnetik bersifat tetap. Karena itulah semakin besar panjang gelombangnya, semakin kecil frekuensinya. Sebaliknya, frekuensi panjang gelombang elektromagnetik ini penting karena semakin besar frekuensinya, semakin besar pula energinya. Karena frekuensi berbanding terbalik dengan panjang gelombang, maka semakin panjang gelombangnya, semakin kecil energinya. Ini artinya sinar gamma memiliki energi yang paling besar, sementara gelombang radio memiliki energi yang paling kecil.

Gimana temen-temen? Tadi kita udah belajar kalau cahaya mengalami fenomena difraksi, terus cahaya juga mengalami interferensi saat bertemu cahaya lain, dan dari dua kejadian tersebut, kita juga jadi tahu kalau cahaya adalah gelombang. Terus kita juga udah belajar kalau cahaya mengalami polarisasi dan karena itu cahaya termasuk jenis gelombang transversal. Dan terakhir, kita juga jadi tahu kalau cahaya yang bisa kita lihat hanyalah salah satu jenis dari gelombang elektromagnetik. Seru dan menarik, ya!

Nah, kalau kamu suka dengan artikel ini dan mau belajar lebih dalam lagi, buruan kamu unduh aplikasi Pahamify. Di sana kamu bisa belajar semua materi lebih lengkap dan lebih menarik karena disajikan dengan video-video yang menarik banget! Tunggu apalagi? Ayo unduh aplikasinya sekarang!