Cahaya

Untuk sinetron dengan judul yang sama, lihat Cahaya (sinetron).

Cahaya adalah energi berbentuk gelombang elektromagnetik yang kasat mata dengan panjang gelombang sekitar 380–750 nm. Pada bidang fisika, cahaya adalah radiasi elektromagnetik, baik dengan panjang gelombang kasatmata maupun yang tidak. 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.

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.

Studi mengenai cahaya dimulai dengan munculnya era optika klasik yang mempelajari besaran optik seperti: intensitas, frekuensi atau panjang gelombang, polarisasi dan fase 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 (en:geometrical optics) dan optika fisis (en: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 katode, 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 hipotesis 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 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 mekanika kuantum 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.

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.

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.

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. Ptolemy (c. Abad ke-2) menulis tentang sifat-sifat cahaya dalam bukunya Optics.

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.

Pemikir Buddha, seperti Dignāga pada abad ke-5 dan Dharmakirti pada abad ke-7, mengembangkan filosofi tentang cahaya sebagai entitas yang setara dengan energi.

Teori partikel

Teori gelombang

Teori elektromagnetik

Teori kuantum

Lihat pula

• Besaran cahaya
• Kecepatan cahaya
• Fourier optik
• Hukum Snellius
• Persamaan Fresnel
• Prinsip Fermat
• Prinsip Huygens

Referensi

1. Karen E. Kalumuck (2000). Human body explorations: hands-on investigates of what makes us tick. Kendall Hunt. hlm. 74. ISBN 9780787261535. 
2. Gregory Hallock Smith (2006). Camera lenses: from box camera to digital. SPIE Press. hlm. 4. ISBN 9780819460936. 
3. Narinder Kumar (2008). Comprehensive Physics XII. Laxmi Publications. hlm. 1416. ISBN 9788170085928. 
4. Singh, S. (2009). Fundamentals of Optical Engineering (dalam bahasa Inggris). Discovery Publishing House. hlm. 5–6. ISBN 978-81-8356-436-6.  Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
5. O'Connor, J J; Robertson, E F (Agustus 2002). "Classical light". Maths History (dalam bahasa Inggris). Diakses tanggal 13 Oktober 2020. 
6. 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. ISSN 0065-9746. 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. 
7. Coseru, Christian (2009). "Buddhist 'Foundationalism' and the Phenomenology of Perception". Philosophy East and West. 59 (4): 409. ISSN 0031-8221. 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. 

Pranala luar

• (Indonesia) Cahaya dan optik geometri^{[pranala nonaktif permanen]}
• (Indonesia) Pengertian optik fisis dan jenis-jenis optik^{[pranala nonaktif permanen]}