Dua Sifat dalam Satu pada Cahaya

Seseorang dengan Kepribadian Ganda pada umumnya diketahui sebagai seseorang dengan dua sifat atau lebih dalam satu individu. Namun, sayangnya kita tidak akan membahas mengenai hal itu. Kali ini, kita akan membahas tentang dua sifat yang dimiliki oleh “Cahaya”. Ternyata cahaya memiliki kepribadian ganda, loh. Sahabat Warstek ingin tahu lebih jauh lagi? Baca sampai selesai artikel di bawah ini ya!

Baiklah, kita putar mesin waktu menuju pertengahan abad ke-17, yang mana seorang matematikawan dan fisikawan Belanda bernama Christiaan Huygens mengutarakan pendapatnya bahwa cahaya adalah sebuah gelombang. Huygens bahkan berhasil membuat gagasan-gagasan tentang gelombang secara umum yang kemudian kita kenal sebagai Prinsip Huygens. Namun, gagasan itu ditolak oleh Sir Isaac Newton. Isaac Newton adalah seorang matematikawan dan fisikawan termasyur dari Inggris, ia juga dikenal sebagai Bapak Mekanika Klasik. Tentunya sahabat Warstek pasti sudah tidak asing dengan nama Isaac Newton, kan?

Di awal abad ke-18, Isaac Newton menerbitkan bukunya yang berjudul “Opticks” yang mana di dalam buku tersebut diuraikan secara terperinci gagasan-gagasan tentang cahaya, yang kemudian dikenal sebagai Teori Korpuskular Cahaya. Dalam teorinya tersebut, Newton berpendapat bahwa cahaya adalah sekumpulan partikel-partikel sangat halus yang disebut corpuscles.

Lantas, “Manakah yang benar? Apakah cahaya itu gelombang? Ataukah cahaya itu partikel?”

Ternyata dua pendapat dari dua tokoh besar matematikawan dan fisikawan dunia ini tetap menjadi pertarungan epik antara dua gagasan ilmiah yang tidak terselesaikan hingga 400 tahun. Baru pada awal abad ke-20, yakni saat Teori Kuantum dilahirkan, Teori Kuantum-lah yang akan menjadi penentu yang menentukan teori mana yang lebih tepat di antara keduanya.

Sahabat Warstek perlu tahu, di dalam salah satu buku saya yang berjudul “Mekanika Kuantum”, telah dijelaskan secara singkat dan jelas bagaimana sejarah perkembangan Teori Kuantum yang bermula dari hilangnya keimanan para fisikawan abad ke-20 akan teori Fisika Klasik. Di mulai dengan ramalan Bencana Ultraviolet yang diperkenalkan oleh Lord Rayleigh dan Sir James Jeans pada awal abad ke-20 yang pada saat itu menjadi misteri terbesar dalam dunia fisika. Bencana Ultraviolet menyatakan bahwa apabila frekuensi radiasi benda hitam dekat dengan frekuensi Ultraviolet maka energy radiasi yang dipancarkan akan sangat besar sekali, ini sangatlah berbahaya. Bisa jadi saat kita duduk diperapian, atau duduk di bawah terik matahari, atau duduk di samping secangkir kopi yang panas, bias jadi tubuh kita terbakar oleh radiasi tersebut. Inilah Bencana Ultraviolet yang diramalkan oleh Rayleigh dan Jeans. Namun, kenyataannya Bencana Ultraviolet itu tidak terbukti. Kita bebas duduk di dekat perapian, duduk di bawah terik matahari atau pun duduk menikmati secangkir kopi tanpa harus khawatir dengan Bencana Ultraviolet.

Hingga setelah beberapa tahun kemudian, akhirnya misteri tersebut dipecahkan oleh fisikawan Jerman bernama Max Planck. Hal yang menarik dari penemuan Max Planck adalah sifat cahaya yang harus dipaksa menjadi potongan-potongan diskret cahaya selayaknya partikel, agar radiasi benda hitam dapat sesuai dengan hasil eksperimen yang sebelumnya telah ada. Bukankah ini sejalan dengan gagasan Newton? Bahwa cahaya adalah partikel.

Padahal pada masa itu, para fisikawan percaya bahwa cahaya merupakan gelombang yang kontinyu, sebagaimana gagasan yang diutarakan oleh Christiaan Huygens. Fisikawan lebih mempercayai gagasan Huygens karena lebih sesuai dengan sifat-sifat cahaya sesuai hasil eksperimen, yakni dapat dipantulkan, dapat dibelokkan, dan sifat-sifat interferensi cahaya. Bahkan sejak abad ke-19 para fisikawan telah berhasil menemukan bahwa cahaya merupakan gelombang elektromagnet, yang tersusun oleh dua gelombang transversal kuat medan magnet dan kuat medan listrik yang garis sumbu rambatnya saling berhimpit, dan masing-masing arah vektornya saling tegak lurus satu sama lain, namun memiliki arah rambat yang sama. Seperti pada gambar di bawah ini:

Gambar 1 Cahaya

Akan tetapi, gagasan Max Planck dalam memecahkan misteri radiasi benda hitam tidak terbantahkan. Gagasannya bahkan semakin kuat setelah sahabatnya yang bernama Wilhelm Wien menurunkan persamaan Hukum Pergeseran Wien miliknya menggunakan gagasan Planck tersebut. Ini artinya gagasan Planck sangat shahih dalam menjelaskan bahwa cahaya bersifat diskret selayaknya partikel.

Beberapa tahun kemudian, seorang fisikawan teoritis Jerman yang bernama Albert Einstein pun secara tidak langsung menguatkan gagasan Planck. Ia dengan cara lain menemukan persamaan yang revolusioner dalam menjelaskan Efek Fotolistrik.

Gambar 2 Efek Fotolistrik Einstein

Ditambah lagi dengan persamaan yang menghubungkan antara panjang gelombang cahaya dengan momentum linear cahaya yang ditemukan oleh Pangeran de Broglie dari Perancis. Persamaan gelombang de Broglie ini dapat menjelaskan bahwa cahaya pun memiliki momentum linear, meskipun cahaya tidak memiliki massa. Padahal kita tahu bahwa momentum linear dapat dinyatakan sebagai massa dikalikan dengan kecepatan, namun rumus ini tidak berlaku untuk cahaya.

Secara bersamaan namun terpisah, seorang fisikawan Amerika Serikat bernama Arthur Holy Compton menemukan efek Compton, yakni efek yang menjelaskan tentang peristiwa tumbukan antara cahaya dan elektron. Sekali lagi, meskipun tidak memiliki massa, namun Teori Kuantum menjelaskan bahwa cahaya memiliki momentum, cahaya bersifat dikret, cahaya terdiri dari paket-paket cahaya, dan cahaya dapat menumbuk partikel. Inilah yang kemudian membuktikan bahwa cahaya adalah materi, dan bentuk materi dari partikel cahaya disebut foton.

Gambar 3 Efek Compton

Akan tetapi perlu digarisbawahi, bahwa meskipun penemuan demi penemuan telah membuktikan bahwa cahaya adalah partikel, namun semua gagasan pada Teori Kuantum tidak menihilkan sifat gelombang pada cahaya. Jadi, sifat gelombang pada cahaya masih melekat dengan adanya panjang gelombang cahaya dan atau frekuensi cahaya. Pada gagasan Planck pun, cahaya masih dipandang sebagai gelombang yang memiliki panjang gelombang dan atau frekuensi tertentu. Menurut Planck, energi foton cahaya pun dinyatakan sebagai perkalian antara Konstanta Planck dengan frekuensi cahaya.

Rumus 1 Persamaan Kuanta Energi Planck

Begitupun juga dengan gagasan Einstein tentang Efek Fotolistrik. Sahabat Warstek perlu tahu, pada Efek Fotolistrik, untuk memindahkan sejumlah elektron di dalam suatu konduktor, dibutuhkan cahaya dengan frekuensi tertentu yang nilainya harus lebih besar dari frekuensi ambang konduktor yang dikenai cahaya tersebut. Jika tidak maka tidak akan ada Efek Fotolistrik.

Rumus 2 Persamaan Efek Fotolistrik Einstein

Pun demikian dengan Pangeran de Broglie dan juga Arthur Holy Compton, yang menyatakan bahwa momentum linear cahaya sama dengan Konstanta Planck per panjang gelombang cahaya.

Rumus 3 Persamaan Momentum Cahaya

Hal ini secara tidak langsung telah membuktikan bahwa sifat gelombang pada cahaya adalah melekat, sementara sifat partikel pada cahaya adalah hakiki. Cahaya dapat berperilaku selayaknya gelombang dan sekaligus ia dapat berperilaku selayaknya partikel. Inilah yang kemudian kita sebut sebagai sifat Dualisme Gelombang-Partikel sahabat Warstek, yang secara sederhana dapat kita artikan secara bebas sebagai “Dua Sifat Dalam Satu”.

Baca juga Kita Semua Berbakat dalam Matematika, Penelitian Ilmu Syaraf Membuktikannya

 

Referensi

[1] Sugiyono, Vani. 2016. Mekanika Kuantum. Yogyakarta: CAPS.
[2] Beiser, Arthur. 2003. Consepts of Modern Physics. New York: McGraw-Hill Companies
[3] Tipler, Paul A. 1969. Modern Physics. New York: Worth Publisher, Inc.
[4] Dobbs, J.T. (December 1982). “Newton’s Alchemy and His Theory of Matter”. Iss 73 (4): 523. doi:10.1086/3531114.

Gambar:

Telah mendapatkan izin terbatas (non-commercial use) menggunakan gambar dari Qitmir Studio.

Nilai Artikel Ini
Artikel Berhubungan:

Sponsor Warstek.com:
Vani Sugiyono

Vani Sugiyono

Penulis buku "Mekanika Kuantum".

4 tanggapan untuk “Dua Sifat dalam Satu pada Cahaya

  • 05 Februari 2018 pada 15:39
    Permalink

    Keren kak, bs dijelaskan gimana carax menghitung kecepatan cahaya?

    Penilaian Komentar
    Balas
    • Vani Sugiyono
      27 Februari 2018 pada 06:55
      Permalink

      Bisa mas, insya Allah saya akan coba hitung kecepatan cahaya pada artikel-artikel selanjutnya.

      Penilaian Komentar
      Balas
  • 05 Februari 2018 pada 15:40
    Permalink

    Sekalian kak dijelaskan materi fisika modern, aq masih belom paham, wkwkwk

    Penilaian Komentar
    Balas

Yuk Ajukan Pertanyaaan atau Komentar