Ketika kita membicarakan cara manusia memanipulasi cahaya, mungkin yang terlintas adalah cermin, lensa kacamata, serat optik, atau laser yang biasa digunakan dalam dunia medis dan industri. Semua itu bekerja berdasarkan pengendalian cahaya melalui ruang. Kita mengubah arah cahaya dengan melengkungkan lintasannya, memantulkannya, atau memecahkannya menjadi warna berbeda. Namun, para ilmuwan kini sedang membuka pintu menuju bentuk pengendalian cahaya yang sama sekali berbeda. Bukan lagi mengubah cahaya di ruang, tetapi mengendalikannya dengan mengubah sifat materi terhadap cahaya dalam sekejap waktu.
Konsep ini dikenal sebagai temporal photonic interface atau antarmuka fotonik temporal. Ide ini kedengarannya futuristik karena benar-benar mengusik pemahaman kita selama ini tentang bagaimana cahaya berinteraksi dengan dunia fisik.
Penelitian terbaru yang diterbitkan dalam jurnal Light Science and Applications tahun 2025 oleh Emanuele Galiffi dan timnya dari University of Pennsylvania dan institusi lainnya mengupas lebih dalam teori electrodynamics atau dinamika kelistrikan dari antarmuka fotonik temporal ini. Hasil kajian mereka bukan hanya memperbaiki pemahaman dasar tentang interaksi cahaya dengan materi, tetapi juga membuka potensi aplikasi revolusioner dalam komunikasi optik, kamera masa depan, hingga komputer fotonik supercepat.
Baca juga artikel tentang: Snowball Earth: Tragedi Iklim Terbesar yang Membentuk Kehidupan
Cahaya dan Materi, Interaksi di Ruang
Sejak teori elektromagnetik James Clerk Maxwell pada abad ke-19, kita mengetahui bahwa cahaya merupakan gelombang elektromagnetik yang merambat di ruang. Ketika cahaya mengenai sebuah objek, ia dapat dipantulkan, dibiaskan, atau diserap. Semua efek itu terjadi karena perubahan sifat materi di ruang tertentu. Contohnya adalah lensa kacamata yang memiliki indeks bias berbeda dari udara sehingga mengubah arah rambat cahaya.
Dengan kata lain, selama ini kita mengendalikan cahaya dengan memodifikasi ruang tempat ia lewat.
Lalu apakah cahaya hanya bisa dikendalikan oleh ruang
Antarmuka yang Berubah Secara Tiba-tiba dalam Waktu
Kini bayangkan ada sebuah material yang tidak hanya berbeda di ruang, tetapi juga berubah sifatnya secara sangat cepat dalam waktu. Perubahan itu mungkin terjadi dalam skala sepertriliun detik. Ketika cahaya sedang merambat di dalam material itu lalu tiba-tiba karakter optiknya berubah, cahaya akan mengalami fenomena yang disebut temporal scattering atau hamburan temporal.
Bila hamburan ruang menyebabkan cahaya berubah arah dan posisi, hamburan waktu menyebabkan cahaya berubah frekuensi dan energinya. Dengan kata lain, material yang berubah mendadak ini bisa menggeser warna cahaya atau mengubah kecepatannya.
Fenomena ini merupakan dasar dari photonic time crystals yaitu struktur yang memanipulasi cahaya melalui perubahan waktu yang periodik. Ide ini bahkan sempat dianggap sekadar teori selama puluhan tahun karena sulit diwujudkan dalam eksperimen.
Namun perkembangan teknologi nano optik dalam dekade terakhir membuatnya semakin mungkin diwujudkan secara nyata.
Mengapa Harus Dipelajari Ulang
Meski konsep kontrol cahaya melalui waktu telah dikenal dalam dunia teori fisika, pemodelan matematis yang benar-benar rinci dan realistis baru mulai dikembangkan dalam beberapa tahun terakhir. Penelitian Galiffi dan rekan ini menjadi tonggak penting karena menyusun kembali dasar electrodynamics dari interaksi ini secara lebih lengkap.
Selama ini banyak studi menggunakan asumsi yang terlalu menyederhanakan sehingga hasil analisisnya tidak konsisten ketika dibandingkan dengan percobaan nyata. Salah satu kekeliruan umum adalah menganggap bahwa hukum konservasi tertentu dalam hamburan ruang berlaku sama dalam hamburan waktu. Namun penelitian ini menunjukkan hal sebaliknya.
Antarmuka fotonik temporal bisa melanggar beberapa aturan yang kita anggap tidak boleh dilanggar dalam optik biasa. Misalnya dalam pemantulan biasa energi cahaya harus tetap sama. Namun ketika antarmuka berubah dalam waktu, energi cahaya bisa berubah karena sistem menerima atau memberikan energi tambahan melalui perubahan medium.
Sifat tidak intuitif inilah yang menjadi daya tarik terbesar dari bidang ini.
Mengendalikan Cahaya Seperti Mengendalikan Gelombang Radio
Untuk memberi gambaran yang lebih konkret, mari kita bandingkan dengan teknologi radio. Dalam sistem telekomunikasi, kita bisa mengubah frekuensi sinyal radio untuk membawa informasi lebih banyak dalam jaringan komunikasi. Teknik itu menjadi inti perkembangan dari radio analog menuju internet berbasis gelombang elektromagnetik.
Kini bayangkan hal yang sama diterapkan pada cahaya, yang memiliki frekuensi jutaan kali lebih tinggi. Dengan memanfaatkan antarmuka temporal, cahaya dapat dikonversi frekuensinya seketika tanpa perangkat besar dan rumit. Ini bisa menciptakan jalur komunikasi optik yang lebih cepat dan lebih efisien, mengantarkan informasi dengan kapasitas luar biasa besar.
Selain itu, perubahan frekuensi cahaya secara instan dapat digunakan untuk memperluas kemampuan kamera dan sensor optik dalam mendeteksi objek yang sulit dilihat. Bahkan, bisa membuka jalan bagi komputer fotonik masa depan yang memproses data dengan cahaya, jauh lebih cepat dari komputer elektronik saat ini.
Manfaat Masa Depan dalam Fotonic dan Optik
Potensi aplikasi teknologi berbasis antarmuka fotonik temporal sangat luas. Beberapa di antaranya adalah
Kontrol manipulasi cahaya tingkat tinggi dalam perangkat optik mini Transmisi data berbasis cahaya dengan kecepatan dan kapasitas lebih besar Teknologi stealth optik yang bisa membuat objek tidak terdengar oleh sensor cahaya tertentu Sistem imaging yang mampu melihat objek dengan resolusi lebih tajam Pengembangan material metamaterial yang mampu mengubah hukum optik normal
Semua ini pada dasarnya membuka pintu teknologi baru untuk memanfaatkan cahaya sebagai alat manipulasi informasi yang paling efisien di alam.
Masih dalam Tahap Fondasi namun Penuh Harapan
Walaupun penelitian ini masih bersifat teoritis dan simulatif, ia memberikan fondasi yang jauh lebih kuat daripada studi sebelumnya. Jalan menuju aplikasi nyata tetap menantang. Pengendalian materi dalam skala waktu yang sangat cepat membutuhkan teknologi material yang terus berkembang.
Namun sejarah sains menunjukkan bahwa ide yang awalnya hanya ada dalam persamaan matematika sering kali berubah menjadi teknologi yang mengubah peradaban. Laser adalah contoh besar yang dulu hanya gagasan teoretis hingga akhirnya dipakai di bidang medis, industri, komunikasi, hingga kasir supermarket.
Penelitian Galiffi dan timnya adalah langkah penting dalam perjalanan panjang memahami dan menguasai cahaya bukan hanya di ruang tetapi juga di dalam waktu.
Ketika cahaya bisa dimanipulasi dengan lebih bebas dari sebelumnya, batas perkembangan teknologi manusia juga ikut meluas. Masa depan di mana cahaya mampu membawa informasi, energi, dan kemampuan baru terlihat semakin dekat.
Dengan memahami bagaimana cahaya berinteraksi dengan materi dalam dimensi waktu, manusia seperti sedang memegang kunci baru untuk membuka bab berikutnya dalam evolusi teknologi optik dan fotonik dunia.
Baca juga artikel tentang: Dari Kabut Metana ke Planet yang Terbakar: Sejarah Api di Bumi
REFERENSI:
Galiffi, Emanuele dkk. 2025. Electrodynamics of photonic temporal interfaces. Light: Science & Applications 14 (1), 338.
