Teknologi modern bertumpu pada gelombang. Cahaya yang menerangi kita, suara yang kita dengar, sinyal radio yang menghubungkan ponsel ke internet, hingga radar yang memantau pesawat di langit, semuanya merupakan bentuk gelombang yang merambat melalui ruang dan material. Ilmu yang mempelajari gelombang ini sudah berkembang selama ratusan tahun. Namun, meskipun terasa familiar, gelombang ternyata masih menyimpan potensi besar yang baru mulai kita pahami.
Sebuah terobosan ilmiah baru kini muncul melalui penelitian mengenai apa yang disebut sebagai “eksitasi frekuensi kompleks” dalam fisika fotonik dan gelombang. Konsep ini diperkenalkan secara mendalam dalam publikasi ilmiah berpengaruh di jurnal Science tahun 2025 oleh Seunghwi Kim, Alex Krasnok, dan Andrea Alù. Mereka memperlihatkan bahwa dengan memahami dan memanipulasi frekuensi kompleks, manusia dapat mengendalikan gelombang dengan cara yang sebelumnya dianggap mustahil, membuka peluang untuk menciptakan teknologi optik dan gelombang generasi baru.
Baca juga artikel tentang: Snowball Earth: Tragedi Iklim Terbesar yang Membentuk Kehidupan
Kita biasanya mengenal frekuensi sebagai angka yang menunjukkan seberapa cepat gelombang bergetar. Dalam fisika dasar, frekuensi ini selalu dianggap sebagai angka nyata, sesuatu yang dapat langsung diukur, seperti 100 Hz atau 2,4 GHz. Namun dalam kehidupan nyata, gelombang tidak hanya berosilasi; mereka juga bisa mengecil atau membesar seiring waktu. Gelombang suara dapat mereda dalam udara, gelombang cahaya dapat diserap oleh suatu benda, dan sinyal radio bisa menguat berkat amplifier. Fenomena hilangnya energi atau bertambah kuatnya gelombang ini tidak sepenuhnya dapat dijelaskan dengan frekuensi nyata.
Di sinilah konsep frekuensi kompleks masuk. Frekuensi kompleks adalah bilangan yang menggabungkan nilai nyata dan imajiner. Bagian nyata mewakili kecepatan osilasi gelombang seperti biasa, sedangkan bagian imajiner menentukan apakah gelombang tersebut tumbuh atau meredam. Dengan kata lain, matematika kompleks memberi kita bahasa yang lebih baik untuk menggambarkan gelombang realistis, bukan sekadar gelombang ideal.
Selama ini, fisika gelombang banyak berfokus pada sistem yang disebut Hermitian, sistem tertutup dan tanpa kebocoran energi. Dalam kondisi seperti itu, frekuensi gelombang selalu tetap nyata. Namun dunia nyata penuh dengan kehilangan energi, kebocoran cahaya, dan proses penguatan. Sistem gelombang dalam kondisi sebenarnya adalah sistem non-Hermitian. Hal yang semula dianggap kelemahan ini (yakni hilangnya energi) ternyata justru dapat dimanfaatkan.
Penelitian terbaru menunjukkan bahwa jika kita secara tepat menyeimbangkan gain (penambahan energi) dan loss (kehilangan energi), muncul fenomena gelombang yang sangat unik. Misalnya, gelombang dapat diarahkan hanya ke satu sisi tanpa memantul kembali, dapat melewati suatu objek tanpa terdeteksi, atau bahkan memusatkan energi pada titik sangat spesifik. Fenomena ini sebelumnya hanya dapat ditemukan dalam struktur material yang sangat kompleks. Kini, dengan eksitasi frekuensi kompleks, efek yang sama dapat dicapai tanpa mengubah bentuk atau bahan perangkat, melainkan hanya dengan mengatur cara gelombang dikirimkan ke dalamnya.
Yang membuat metode ini semakin menakjubkan adalah sifatnya yang fleksibel. Kita tidak perlu merancang material baru yang rumit untuk menciptakan efek gelombang eksotis, cukup dengan mengatur frekuensi dan bentuk sinyal yang kita masukkan ke sistem. Seolah-olah, kita memindahkan “kekuatan rekayasa” dari dunia fisik ke dunia sinyal. Gelombang menjadi objek yang dapat diprogram sesuai keinginan.
Dampaknya bagi teknologi sangat luas. Dalam bidang komunikasi dan radar, eksitasi frekuensi kompleks dapat membuat sinyal radio lebih sulit terganggu dan lebih mudah dikendalikan. Dalam imaging medis, teknik ini dapat membantu menciptakan gambar yang jauh lebih tajam, bahkan melebihi batas resolusi optik biasa. Dalam industri sensor, ia mampu meningkatkan sensitivitas sehingga perangkat dapat mendeteksi fenomena yang sangat lemah atau tersembunyi. Dalam bidang komputasi, riset ini membuka pintu menuju chip fotonik (komputer yang memproses informasi bukan dengan elektron, melainkan dengan cahaya) yang kecepatannya bisa berlipat-lipat dibanding komputer elektronik saat ini.
Konsep ini bahkan bisa diterapkan pada gelombang suara, gelombang elastis pada struktur bangunan, dan gelombang kuantum di tingkat atom. Satu ide mampu menyentuh banyak disiplin teknologi sekaligus. Tidak berlebihan jika banyak ilmuwan menganggap penelitian ini sebagai lompatan paradigma dalam fisika gelombang.
Meski demikian, sebagian besar kemajuan ini masih berada di tahap dasar dan eksperimental. Tantangannya tetap ada: bagaimana menghasilkan sinyal kompleks ini secara stabil dalam berbagai kondisi, bagaimana memastikan respons sistem sesuai dengan prediksi teori, dan bagaimana merancang algoritme yang bisa mengatur gelombang secara real-time sesuai situasi. Namun penelitian terus berkembang cepat, dan berbagai laboratorium di dunia kini mulai berlomba menguji pendekatan ini dalam skala yang lebih besar dan aplikasi nyata.
Perkembangan ini memberi gambaran bagaimana masa depan gelombang akan terlihat. Kita mungkin akan memiliki perangkat yang mampu menembus kabut tebal atau jaringan tubuh manusia tanpa kehilangan ketajaman gambar. Kita mungkin akan memiliki radar yang sangat sulit dipantulkan kembali sehingga objek bisa menghilang dari deteksi. Kita mungkin akan hidup dengan komputer berbasis cahaya yang hampir tidak menghasilkan panas dan dapat mengolah informasi dalam kecepatan mendekati kecepatan cahaya itu sendiri. Semua itu berawal dari pemahaman baru bahwa gelombang tidak harus terikat pada frekuensi nyata, dan bahwa bagian imajiner dalam frekuensi tersebut dapat menjadi alat untuk mengatur bagaimana gelombang berinteraksi dengan dunia.
Eksitasi frekuensi kompleks adalah bukti bahwa pengetahuan yang tepat dapat mengubah cara kita diberi kekuatan untuk mengendalikan alam. Fisika yang dulu tampak sangat abstrak kini mulai menjelma sebagai teknologi yang dapat kita sentuh. Dan ketika teknologi ini kelak menyatu dengan perangkat di sekitar kita, kita akan menyadari bahwa kemajuan besar kadang dimulai dari ide sederhana: memahami gelombang secara lebih lengkap, bahkan pada bagian yang sebelumnya hanya “imajiner”.
Baca juga artikel tentang: Dari Kabut Metana ke Planet yang Terbakar: Sejarah Api di Bumi
REFERENSI:
Kim, Seunghwi dkk. 2025. Complex-frequency excitations in photonics and wave physics. Science 387 (6741), eado4128.
