Cahaya

Cahaya seperti suara adalah sebuah gelombang yang memindahkan energy tanpa disertai pemindahan massa. Cahaya sangat penting untuk seluruh kehidupan di bumi karena seluruh kehidupan di bumi membutuhkan energy dari matahari yang ditransfer ke bumi dalam bentuk cahaya. Cahaya itu digunakan tumbuh-tumbuhan untuk mensisntesis karbohidrat dari karbon dioksida dan air.

Cahaya juga diperlukan oleh binatang untuk memperoleh informasi penting dari lingkungannya. Binatang-binatang besar memiliki mekanisme yang komplek yang terus menerus untuk mendeteksi cahaya, meskipun binatang-binatang dengan perbedaan sejarah evolusi seperti arthropoda dan kordata.memiliki perkembangan alat pendeteksi cahaya yang sangat berbeda. Tidak seperti suara, cahaya tidak memiliki dasar dalam mekanika. Suara adalah vibrasi dari elemen-elemen udara oleh aksi gaya mekanik. Sebuah gelombang cahaya bukanlah vibrasi dari suatu substansi material tertentu dan sifat-sifatnya tidak dapat diturunkan dari mekanika. Cahaya adalah fenomena fundamental yang berbeda yang tidak memiliki dasar dalam mekanika.

Sifat cahaya

Sifat gelombang dari cahaya

Telah diketahui oleh aristoteles (384-322 sebelum masehi) bahwa suara disebabkan oleh vibrasi udara. Pengetahuan ini kemungkinan di dasarkan pada pengamatan bahwa music dihasilkan oleh vibrasi dawai. Pada kenyataannya mempelajari hubungan antara bunyi-bunyi music dan panjang dari vibrasi dawai telah dikembangkan dengan baik pada masa sebelum masehi atau dunia kuno. Tentunya, keterangan yang cukup tentang gelombang suara tidak mungkin hingga ke jamannya Newton.

Walaupun tidak mengetahui sifat dasar dari cahaya pada jaman Newton, dia bersepekulasi bahwa cahaya adalah gelombang sama seperti suara. Christian Huygen ((1629-1695) yang hidup pada waktu yang sama dengan newton mengembnagkan sebuah teori gelombang tentang cahaya, tapi Newton sendiri menyokong sebuah teori bahwa cahaya tersusun dari partikel-partikel tak bermasa (corpuscles). Hipotesis Newton bahwa partikel tak bermasa ini bergerak melalui ruang dengan kecepatan konstan dan ada perbedaan tipe dari partikel tak bermasa untuk masing masing warna. Dia keberatan tentang teori gelombang dari cahaya, tidak seperti suara yang tidak kelihatan bengkok di sekitar sudut.

Gelombang alamiah dari cahaya akhirnya ditetapkan dengan eksperimen dan demonstrasi yang terus menerus menurut prinsip superposisi. Eksperimen eksperimen ini di kerjakan oleh Thomas Young. Dan dilanjutkan oleh Augustin Fresnel.

Elektromagnetik dari cahaya

Ketika pembelajaran cahaya telah mengalami kemajuan, penemuan penting telah dibuat dalam medan listrik dan medan magnet. Hukum-hukum dasar listrik dan magnet yang telah ditemukan pada pertengahan abad Sembilan belas. Dimana formulasi teori matematika yang konfrehensif oleh James clerk Maxwell. Dari teori ini Maxwell meramalkan bahwa akan ada gelombang elektromagnetik yang terdiri dari osilasi medan listrik dan medan magnet yang menyebar dalam ruang dengan kecepatan tertentu. Menurut teori Maxwell kecepatan ini diberikan oleh konstanta

listrik yang dimasukan ke dalam teori. Ketika Maxwell menghitung kecepatan gelombang elektromagnetik dari konstanta ini dia menemukan bahwa sebanding dengan kecepatan cahaya. Teori Maxwell sukses besar menetapkan bahwa cahaya adalah bentuk radiasi elektromagnetik. Sekarang para fisikawan sangat mengenal gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang antara 10^-17 m sampai 10⁴ m. hanya gelombang yang memiliki panjang gelombang antara 4. 10^-7 dan 7.10^-7m yang dapat dideteksi dengan mata manusia yang disebut dengan cahaya tampak. Gelombang yang memiliki panjang gelombang lebih panjang atau lebih pendek dari panjang gelombang cahaya tampak memiliki nama tersendiri, seperti gelombang radio, gelombang mikro, infra merah, ultraviolet dan sinar- x.

Kecepatan cahaya

Tambahan pertanyaan untuk sifat-sifat alamiah cahaya adalah tentang kecepatannya. Dalam tahun 1600 ,Galileo mencoba dan gagal untuk mengukur kecepatan cahaya dengan sebuah eksperiment crude. Dalam tahun 1676 Ome romer (1644-1710) diperoleh nilai pendekatan pertama dari kecepatan cahaya. Yang didasarkan pada gerakan bulan pada Jupiter yang bergantung pada jarak antara Jupiter dan bumi. Akantetapi hasilnya tidak diterima secara umum. Hingga sampai pertengahan abad ke Sembilan belas eksperimen pengukuran kecepatan cahaya

secara langsung diperoleh. Pengukuran pertama dilakukan pada tahun 1849 oleh Arman hippolyte Louis fizeau (1819-1896) yang menggunakan modifikasi dari pengukuran Galileo. Galileo menempatkan dua asisten yang masing masing memebawa lentera yang berjarak tertentu. Asisten A akan membuka lenteranya dan asisten B disuruh untuk membuka lenteranya ketika ia melihat cahaya dari lentera A. Galileo mencoba untuk menghitung waktu yang diperlikan oleh cahaya A sampai ke B dan kembali lagi ke A. jarak antara A dan B adalah 5 mi tetapi waktunya hanya 5.10^-5 sekon yang mana terlalu kecil untuk Galileo mendeteksi. Fizeau mengganti asisten B dengan cermin sehingga seketika itu juga cahaya akan dibalikkan ke A tanpa adanaya pengurangan waktu. Asisten A digantikan oleh sebuah perputaran gigi roda yang ada didepan sumber cahaya, sehingga ketika roda berputar sehingga secara otomatis cahaya akan dikirim ke cermin. Kecepatan rotasi roda meningkat hingga pengamat di belakang roda tidak dapat melihat pantulan dari cahaya. Ini terjadi ketika waktu yang diperlukan oleh cahaya untuk bergerak dari roda ke cermin dan kembali lagi sebanding dengan waktu yang diperlukan roda untuk bergerak dari satu gigi ke gigi berikutnya. Dari pengetahuan jarak antara roda dan cermin dan kecepatan rotasi dari roda fizeau dapat menghitung kecepatan cahaya. Sejak pengukuran pertama yang dilakukan oleh fizeau, kecepatan cahaya telah diukur secara berulang-ulang dengan peningkatan akurasi yang tinggi. Kecepatan cahaya di ruang vakum adalah c = 3.10⁸ m/s. symbol c selalu digunakan untuk kecepatan cahaya di ruang vakum. Kecepatan cahaya di dalam bahan transparan lebih rendah daipada kecepatan cahaya di ruang vakum. Rasio antara kecepatan cahaya di dalam vakum dengan kecepatan cahaya di bahan transparan disebut indek bias.