Pandangan kita tentang cahaya telah berubah seiring dengan sejarah, dan dari teori yunani kuno sampai dengan teori Albert Einstein. Kita melihat benda benda setiap hari dari kita bangun dipagi hari sampai ketika tidur di malam hari dan melihat segalanya yang ada disekitar kita menggunakan cahaya. Kita mengagumi lukisan lukisan, grafis komputer yang indah, matahari terbit maupun terbenam yang menakjubkan, warna warna & langit biru, kerlap kerlip bintang yang menawan serta pelangi nan indah. Tetapi pernahkah anda berhenti berpikir bahwa ketika anda melihat semua benda benda itu, anda tidak secara langsung terhubung dengan mereka? Faktanya adalah, kita melihat cahaya…cahaya yang dengan sedemikian rupa meninggalkan sumbernya ,menerpa benda2 jauh maupun dekat lalu memantul dan menjangkau mata kita. Cahaya memang mutlak dibutuhkan agar mata bisa melihat.
Cara lain untuk mendapatkan cahaya ada pada benda yang mengeluarkan cahaya seperti :Lampu, Pijar, Neon, Laser, Kunang2 dan Matahari. Masing2 dari semua itu menggunakan teknik berbeda dalam mengeluarkan cahaya (membangkitkan foton). Pada artikel ini , kita akan melihat cahaya dari beberapa sudut pandang agar dapat menjelaskan bagaimana cara kerjanya.
Pendapat tentang Cahaya.
Ada dua cara berbeda dalam pembahasan cahaya.
- Dengan pendekatan teori “partikel”, yg disebut foton
- Dengan pendekatan teori “gelombang”, yg diistilahkan gelombang cahaya.
Dizaman Yunani kuno, orang2 sudah menganggap cahaya sebagai partikel halus yang mengalir dan cahaya bergerak secara lurus lalu memantul pada cermin persis seperti bola yang terpantul saat membentur dinding. Sesungguhnya tiada seorangpun pernah melihat partikel cahaya, bahkan dimasa sekarangpun tidak mudah menjelaskan apakah itu sebenarnya. Partikel2 tersebut bisa jadi sangatlah kecil, atau bergerak terlalu cepat untuk dapat dilihat atau barangkali justru tembus pandang.
Gagasan gelombang cahaya datang dari seorang bernama Christian Huygens yang mengusungnya pada tahun 1600an bahwa cahaya lebih 
berprilaku sebagai gelombang daripada aliran partikel. Pada tahun 1807, seorang Thomas Young mendukung teori Huygen dengan mempertunjukkan bahwa ketika cahaya menembus lubang yang sangat sempit, cahaya tersebut lalu tersebar dan tercampur dengan cahaya yang menembus lubang lain. Young lalu menyinari sebuah celah yang sangat kecil dan apa yang dilihatnya adalah semacam 'batang' cahaya terang terhubung pada celah tersebut. Tetapi bukan hanya itu saja yang dilihatnya, Young juga merasakan ada cahaya sampingan (berkas cahaya) disekeling batang cahaya itu tetapi tidak begitu cerah. Kalau cahaya adalah aliran partikel, mestinya cahaya sampingan itu tidak mungkin ada… Eksperimen ini menjelaskan bahwa cahaya menyebar bagaikan gelombang dan faktanya memang pancaran cahaya selalu beradiasi kearah luar.
Albert Einstein lebih jauh kemudian menyempurnakan teori cahaya pada 1905, Einstein menganggapnya sebagai efek fotoelektris, suatu kondisi dimana sinar ultra violet yang menerpa permukaan suatu benda mengakibatkan elektron2 terlepas dari benda tersebut. Penjelasan Einstein ini menyatakan bahwa Cahaya terbuat dari suatu paket enerji yang mengalir dan disebut foton.
Para ahli fisika modern meyakini bahwa cahaya bisa berprilaku sebagai partikel maupun gelombang tetapi mereka juga mengakui bahwa pandangan yang manapun sesungguhnya hanya merupakan penjelasan sederhana untuk sesuatu yang kompleks semata. Dalam artikel ini kita akan membicarakan tentang cahaya sebagai gelombang sebab ini merupakan penjelasan yang paling baik untuk fenomena mata yang bisa melihat itu.
Enerji Cahaya
Cahaya adalah bagian spectrum elektromagnetik yang dirasakan oleh mata kita dan radiasi enerji yang mampu merangsang retina dan membuat sensasi penglihatan. Tetapi mengapa pancaran cahaya beradiasi kearah luar seperti yg telah dibuktikan oleh Young itu? Apa sesungguhnya yang terjadi? Untuk menjawab pertanyaan itu kita mesti faham dulu tentang gelombang cahaya dan akan sangat membantu bila memulainya dari pembahasan jenis2 gelombang yang sudah lebih kita kenal, yaitu gelombang yang kita lihat pada permukaan air. Satu kata kunci yang harus diingat adalah bahwa gelombang air bukan lah terbuat dari air. Gelombang terbuat dari enerji yang bergerak melalui air. Apabila gelombang bergerak menyeberangi kolam dari arah kiri kekanan bukan berarti air yang disebelah kiri kolam tersebut bergerak kearah kanan. Air itu sesungguhnya tetap pada posisinya semula. Itu adalah gelombang yang digerakkan. Saat anda memasukkan tangan kedalam bak mandi yang berisi maka anda menciptakan gelombang karena anda memberikan enerji ke dalam air itu. Enerji tersebut berjalan melalui air dalam bentuk gelombang.
Semua gelombang memuat enerji dan biasanya gelombang itu bergerak melalui suatu media seperti air. Gelombang air terdiri dari molekul air yang bergetar keatas dan kebawah pada sudut arah pergerakan gelombang. Jenis gelombang ini disebut Transverse wave atau gelombang yg saling berpotongan.
Gelombang cahaya sedikit lebih rumit dan ia tidak membutuhkan media utk bergerak. Cahaya dapat bergerak diruang hampa udara. Gelombang cahaya terdiri dari enerji dalam bentuk listrik dan medan magnetik . Medannya bergetar searah dengan sudut pergerakan gelombang dan searah dengan yang lainnya. Karena cahaya memiliki medan magnetik dan listrik, ia juga dirujuk sebagai radiasi elektromagnetik.
Gelombang gelombang cahaya datang dengan banyak ukuran. Ukuran gelombang diukur dengan panjangnya. Ukuran panjang gelombang dihitung dari jarak 2 titik puncak gelombangnya. Panjang gelombang cahaya yang dapat kita lihat berkisar pada 400 sampai 700/1 milyar meter. Tetapi ukuran penuh panjang gelombang yg termasuk dalam definisi radiasi elektromagnetik memperpanjangnya dari 1/1milyar meter sebagai sinar gamma sampai centimeter dan meter sebagai gelombang radio. Cahaya adalah satu bagian kecil dari spektrum.
Frekwensi
Gelombang cahaya juga datang dengan frekwensi yang banyak, frekwensi adalah jumlah gelombang yang melalui suatu titik sepanjang interval waktu yang biasanya per satu detik. Ukuran ini dihitung sebagai unit siklus gelombang per detik atau Hertz. Frekwensi dari cahaya yg tampak adalah yang berkenaan dengan warna, dan jaraknya berkisar dari 430ribu milyar Hz yang tampak berwarna merah , 750ribu milyar Hz tampak berwarna ungu. Diingatkan kembali bahwa batas jarak penuh frekwensi diperluas hingga melewati spectrum yang bisa dilihat, dari jarak yang kurang dari 1milyar Hz sebagai gelombang radio sampai lebih dari 3milyarmilyar Hz sebagai sinar gamma. Seperti yg disebutkan diatas, gelombang cahaya adalah enerji gelombang.
Enerji yg terkandung dalam gelombang cahaya berbanding proporsional dengan frekwensinya. Cahaya berfrekwensi tinggi memiliki enerji yang besar, cahaya dengan frekwensi rendah memiliki enerji yang kecil. Oleh karena itu sinar gamma memiliki enerji yang paling hebat, dan gelombang radio memiliki enerji paling sedikit. Diantara cahaya yang dapat dilihat, ungu yang memiliki enerji terkuat dan merah yang terlemah.
Cahaya tidak saja bergetar pada frekwensi yang berbeda, tetapi ia juga bergerak dengan kecepatan yang berbeda pula. Gelombang cahaya bergerak melalui ruang hampa dengan kecepatan maksimumnya yaitu 300ribu km/detik yang menjadikannya sesuatu fenomenal yang bergerak paling cepat didunia. Gelombang cahaya memperlambat pergerakannya manakala ia bergerak didalam unsur suatu benda seperti udara, air, kaca dan berlian. Perbedaan cara unsur benda mempengaruhi kecepatan cahaya yang melewatinya adalah kunci untuk memahami pembengkokan atau pembiasan cahaya yang akan kita diskusikan nanti.
Jadi gelombang gelombang cahaya hadir dalam suatu kontinuitas variasi ukuran frekwensi dan enerji. Kita merujuk rangakaian kesatuan itu sebagai spektrum elektromagnetik, pada cahaya yang bisa divisualisasi itu hanya menggunakan 1/1000 % dari spektrum.
Memproduksi photon
Semua cahaya yang kamu lihat terbuat dari sekumpulan atau lebih foton yang menyebar diruangan sebagai gelombang elektromagnetik. Pada kegelapan total sebenarnya mata kita dapat merasakan foton-foton tunggal, tetapi umumnya yang kita lihat dalam keseharian adalah bentuk ribuan trilliun foton foton yang hadir karena diproduksi oleh sumber sumber cahaya dan dari pantulan benda benda. Apabila anda melihat sekelilingmu, barangkali disitu terdapat sumber cahaya yang sedang memproduksi foton dan benda benda disekitarnya memantulkan foton tersebut. Mata anda menyerap sebagian foton yang bergerak mengalir didalam ruangan itulah yang menyebabkan mengapa anda bisa melihat.
Ada begitu banyak cara memproduksi foton tetapi semuanya menggunakan mekanisme yang sama didalam atom. Mekanisme ini termasuk mengenerjais atau mengeluarkan elektron dari orbit inti atomnya. Semua atom memiliki nomor & sejumlah elektron yang mengorbit pada nucleus. Sebagai contoh, atom hydrogen memiliki 1 elektron, Atom Helium memiliki 2 elektron, aluminium 13 elektron yang mengorbit pada inti atom (neucleus) masing-masing.
Elektron mengitari inti atom pada orbit yang tetap, cara sederhana untuk memahami hal itu adalah dengan membayangkan bagaimana satelit satelit mengorbit (mengitari) Bumi. Banyak sekali teori yang berkenaan dengan kitaran electron, tetapi agar dapat memahami cahaya hanya ada satu fakta kunci untuk mengerti. Electron memiliki satu orbit alami yang dikuasainya tetapi bila anda mengenerjais sebuah atom maka anda dapat memindahkan electron elektonnya keorbit yang lebih tinggi. Foton cahaya dihasilkan ketika sebuah electron pada posisi orbit yang lebih tinggi melompat kembali keposisi normalnya. Selama loncatan dari posisi berenerji tinggi keposisi berenerji normal ,electron electron itu mengeluarkan foton atau semacam paket enerji dengan karakteristik yang sangat spesifik. Foton memiliki frekwensi atau warna yang tepat dan sesuai dengan jarak dimana electron itu berpindah.
Ada beberapa kasus yang bisa anda lihat atas fenomena ini dengan lebih jelas. Sebagai contoh, di banyak pabrik pabrik maupun di area perparkiran anda akan melihat lampu sodium dan bisa disebut lampu uap sodium karena warnanya terlihat sangat kuning. Lampu sodium mengenerjais atom sodium untuk membangkitkan foton foton. Atom sodium memiliki sebelas elektron dan oleh karena tata susunan elektron didalam orbit sedemikian rupa maka salah satunya menjadi sangat mudah menerima dan melepas enerji (yang disebut electron 3) . paket enerji yang mungkin sekali dilepas oleh elektron ini ada disekitaran panjang gelombang 590 nanometer. Panjang gelombang ini sesuai dengan cahaya kuning jadi kalau anda memakai lampu sodium yang disorotkan ke prisma ,anda tidak akan melihat warna pelangi tetapi hanya sepasang berkas garis kuning.
Panas
Barangkali cara yang paling umum untuk mengenerjais atom adalah dengan menggunakan panas, dan inilah dasar dari lampu pijar. Kalau anda membakar sebuah sepatu kuda dengan kompor gas, maka ia akan menjadi panas memerah dan kalau anda membakarnya lebih lama lagi maka ia akan semakin panas dan memutih. Merah adalah cahaya tampak yang paling lemah, oleh karena itu pada objek yang panas memerah berarti atom atom baru saja mendapatkan enerji yang cukup untuk melepas cahaya yang dapat kita lihat. Apabila anda memberikan panas yang cukup untuk membuatnya bercahaya putih itu berarti anda sedang mengenerjais sebegitu banyaknya elektron yang berbeda satu sama lainnya sehingga semua warna terbangkitkan dan tercampur menjadi satu sehingga semua kelihatan berwarna putih.
Panas adalah cara yang paling umum digunakan untuk membangkitkan cahaya, sebuah lampu pijar biasa 75 watt membangkitkan cahaya dengan memanfaatkan listrik untuk membuat panas. Akan tetapi masih banyak lagi cara cara membangkitkan cahaya , beberapa diantaranya seperti dibawah ini :
- Lampu halogen memanfaatkan listrik untuk membangkitkan panas juga namun dengan keunggulan teknis yang membuat filamennya lebih tahan panas.
- Lampu Gas menggunakan bahan baker seperti gas alam atau minyak tanah sebagai sumber panasnya.
- Lampu neon menggunakan listrik untuk langsung mengenerjais atom daripada memanfaatkannya untuk pemanas.
- Laser menggunakan enerji untuk memompa media laser dan semua atom yang dienerjais dipaksa untuk menghimpun enerjinya pada panjang gelombang dan fase yang persis serupa.
- Mainan yang bercahaya ditempat gelap ini elektron elektron ini dienerjais tetapi akan kembali pada orbitnya semula dalam masa yang lama, oleh karena itu mainan jenis ini dapat bersinar dikegelapan selama setengah jam.
- Jam tangan indigo ada tegangan yang mengenerjais atom posfor.
- Tongkat cahaya kimia adalah tongkat yang bercahaya karena bahan kimia ,seperti kita mengenal kunang kunang yang menggunakan reaksi kimia juga untuk mengenerjais atom sehingga bercahaya.
- LED dioda yg melepaskan cahaya ketika dialiri listrik
Hal yang penting anda catat dari daftar diatas adalah bahwa apapun yang memproduksi cahaya, itu adalah atom yang dienerjais dalam berbagai cara. artikel selanjutnya mengenai bagaimana cahaya merambat ,terima kasih.
