CAHAYA SEBAGAI GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

CAHAYA SEBAGAI GELOMBANG

ELEKTROMAGNETIK

A.  TEORI-TEORI TENTANG CAHAYA

1.   TEORI SINAR CAHAYA

Abu  Ali  Hasan  Ibn  Al-Haitham  (965–sekitar  1040),  dikenal  juga

sebagai   Alhazen,   mengembangkan   teori   yang   menjelaskan   penglihatan,

menggunakan geometri dan anatomi. Teori itu menyatakan bahwa setiap titik

pada daerah yang tersinari cahaya, mengeluarkan sinar cahaya ke segala arah,

namun hanya satu sinar dari setiap titik yang masuk ke mata secara tegak lurus

yang dapat dilihat. 

Cahaya  lain  yang  mengenai  mata  tidak  secara  tegak  lurus  tidak  dapat

dilihat.   Dia   menggunakan   kamera   lubang   jarum   sebagai   contoh,   yang

menampilkan sebuah citra terbalik. Alhazen menganggap bahwa sinar cahaya

adalah  kumpulan  partikel  kecil  yang  bergerak  pada  kecepatan  tertentu.  Dia

juga  mengembangkan  teori  Ptolemy  tentang  refraksi  cahaya  namun  usaha

Alhazen tidak dikenal di Eropa sampai pada akhir abad 16.

2.   TEORI KERUCUT RADIASI

Ilmuwan   Muslim   pertama   yang   mencurahkan   pikirannya   untuk

mengkaji ilmu optik adalah Al-Kindi (801 M – 873 M). Hasil kerja kerasnya

mampu  menghasilkan  pemahaman  baru  tentang  refleksi  cahaya  serta  prinsip-

prinsip persepsi visual.

Secara  lugas,  Al-Kindi  menolak  konsep  tentang  penglihatan  yang

dilontarkan  Aristoteles.  Dalam  pandangan  ilmuwan  Yunani  itu,  penglihatan

merupakan  bentuk  yang  diterima  mata  dari  obyek  yang  sedang  dilihat.

Namun,  menurut  Al-Kindi  penglihatan  justru  ditimbulkan  daya  pencahayaan

yang berjalan dari mata ke obyek dalam bentuk kerucut radiasi yang padat.

3.   TEORI DUALISME PARTIKEL-GELOMBANG

Teori ini menggabungkan tiga teori yang sebelumnya, dan menyatakan

bahwa  cahaya  adalah  partikel  dan  gelombang.  Ini  adalah  teori  modern  yang

menjelaskan  sifat-sifat  cahaya,  dan  bahkan  sifat-sifat  partikel  secara  umum.

Teori  ini  pertama  kali  dijelaskan  oleh  Albert  Einstein  pada  awal  abad

20(1879-1955),  berdasarkan  dari  karya  tulisnya  tentang  efek  fotolistrik,  dan

hasil penelitian Planck. 

Einstein  menunjukkan  bahwa  energi  sebuah  foton  sebanding  dengan

frekuensinya.  Lebih  umum  lagi,  teori  tersebut  menjelaskan  bahwa  semua

benda   mempunyai   sifat   partikel   dan   gelombang,   dan   berbagai   macam

eksperimen dapat di lakukan untuk membuktikannya. Sifat partikel dapat lebih

mudah dilihat apabila sebuah objek mempunyai massa yang besar.

4.   TEORI GELOMBANG (RAY)

Christiaan Huygens menyatakan dalam abad ke-17(1629 – 1695) yang

cahaya dipancarkan ke semua arah sebagai ciri-ciri gelombang. Pandangan ini

menggantikan  teori  partikel  halus.  Ini  disebabkan  oleh  karena  gelombang

tidak  diganggu  oleh  gravitasi,  dan  gelombang  menjadi  lebih  lambat  ketika

memasuki medium yang lebih padat. 

Teori  gelombang  ini  menyatakan  bahwa  gelombang  cahaya  akan

berinterferensi  dengan  gelombang  cahaya  yang  lain  seperti  gelombang  bunyi

(seperti  yang  disebut  oleh  Thomas  Young  pada  kurun  ke-18),  dan  cahaya

dapat  dipolarisasikan.  Kelemahan  teori  ini  adalah  gelombang  cahaya  seperti

gelombang  bunyi,  memerlukan  medium  untuk  dihantar.  Suatu  hipotesis  yang

disebut luminiferous aether telah diusulkan, tetapi hipotesis itu tidak disetujui.

5.   TEORI ELEKTROMAGNETIK

Pada  1845  Faraday  menemukan  bahwa  sudut  polarisasi  dari  sebuah

sinar cahaya ketika sinar tersebut masuk melewati material pemolarisasi dapat

diubah   dengan   medan   magnet.Ini   adalah   bukti   pertama   kalau   cahaya

berhubungan  dengan  Elektromagnetisme.  Faraday  mengusulkan  pada  tahun 1847  bahwa  cahaya  adalah  getaran  elektromagnetik  berfrekuensi  tinggi  yang

dapat bertahan walaupun tidak ada medium.

Teori ini diusulkan oleh James Clerk Maxwell pada akhir abad ke-19,

menyebut   bahwa   gelombang   cahaya   adalah   gelombang   elektromagnet

sehingga  tidak  memerlukan  medium  untuk  merambat.  Pada  permukaannya

dianggap gelombang cahaya disebarkan melalui kerangka acuan yang tertentu,

seperti aether, tetapi teori relativitas khusus menggantikan anggapan ini. Teori

elektromagnet  menunjukkan  yang  sinar  kasat  mata  adalah  sebagian  daripada

spektrum    elektromagnet.    Teknologi    penghantaran    radio    diciptakan

berdasarkan teori ini dan masih digunakan.

Kecepatan  cahaya   yang  konstan  berdasarkan  persamaan  Maxwell

berlawanan dengan hukum-hukum mekanis gerakan yang telah bertahan sejak

zaman  Galileo,  yang  menyatakan  bahwa  segala  macam  laju  adalah  relatif

terhadap  laju  sang  pengamat.  Pemecahan  terhadap  kontradiksi  ini  kelak  akan

ditemukan oleh Albert Einstein.

6.   TEORI CEPAT RAMBAT CAHAYA

Jean  Bernard  Leon  Foucault  (1819-1868)  Mmngemukakan  pendapat

tentang cahaya sebagai berikut cepat rambat cahaya dalam zat cair lebih kecil

daripada  cepat  rambat  cahaya  di  udara.  Hal  ini  bertentangan  dengan  teori

emisi Newton.

 

7.   TEORI REFLEKSI CAHAYA

Euclid  (Alexandria)  Dalam  nya  Optica  ia  mencatat  bahwa  perjalanan

cahaya dalam garis lurus dan menjelaskan hukum refleksi. Dia percaya bahwa

visi  akan  melibatkan  sinar  dari  mata  ke  obyek  terlihat  dan  ia  mempelajari

hubungan antara ukuran jelas dari objek dan sudut-sudut yang mereka subtend

di mata. Hero (juga dikenal sebagai Heron) di Alexandria. 

Dalam   karyanya   Catoptrica,   Hero   menunjukkan   dengan   metode

geometri  bahwa  jalan  sebenarnya  yang  diambil  oleh  sebuah  sinar  cahaya dipantulkan  dari  sebuah  cermin  pesawat  yang  lebih  pendek  daripada  jalur

tercermin lain yang mungkin diambil antara sumber dan titik pengamatan.

8.   TEORI EMISI

Teori Emisi oleh Sir Issac Newton (1642-1722) mengembangkan teori

Descartes  bahwa  cahaya  terdiri  dari  partikel-partikel.  Menurutnya,  benda

bersinar  mengeluarkan  partikel-partikel  secara  tetap  ke  segala  arah  dengan

lurus.  Jika  partikel  dianggap  tidak  bermassa,  maka  benda  bersinar  tidak  akan

kehilangan  massa  hanya  karena  memancarkan  cahaya,  dan  cahaya  itu  sendiri

tidak dipengaruhi oleh gravitasi.

Isaac  Newton  menyatakan  dalam  Hypothesis  of  Light  pada  1675

bahwa cahaya terdiri dari partikel halus (corpuscles) yang memancar ke semua

arah  dari  sumbernya.  Teori  ini  dapat  digunakan  untuk  menerangkan  pantulan

cahaya,  tetapi  hanya  dapat  menerangkan  pembiasan  dengan  menganggap

cahaya  menjadi  lebih  cepat  ketika  memasuki  medium  yang  padat  tumpat

karena daya tarik gravitasi lebih kuat.

9.   TEORI GELOMBANG CAHAYA

Christian Huygens dan Robert Hooke merupakan ilmuwan pendukung

yang   paling   bersemangat   dari   teori   impuls   cahaya.   Kemudian,   mereka

menyempurkan teori tersebut sehingga lahiriah teori gelombang cahaya. Pada

tahun  1678,  Huygens  menyatakan  bahwa  perambatan  gelombang  apa  pun

melalui  ruang  dapat  digambarkan  dengan  suatu  metode  geometris  yang

dikenal dengan prinsip Huygens, yaitu :

“setiap  titik  pada  muka  gelombang  (wavefront)  dapat  dipandang  sebagai

sebuah  sumber  titik  yang  menghasilkan  gelombang  sferis  sekunder.  Setelah

waktu t, posisi muka gelombang yang baru adalah permukaan selubung yang

menyinggung semua gelombang sekunder ini” 10. TEORI REFRAKSI

Sarjana  Muslim  lainnya  yang  menggembangkan  ilmu  optik  adalah

Ibnu Sahl (940 M – 100 M). Sejatinya, Ibnu Sahl adalah seorang matematikus

yang  mendedikasikan  dirinya  di  Istana  Baghdad.  Pada  tahun  984  M,  dia

menulis  risalah  yang  berjudul  On  Burning  Mirrors  and  Lenses  (pembakaran

dan  cermin  dan  lensa).  Dalam  risalah  itu,  Ibnu  Sahl  mempelajari  cermin

membengkok dan lensa membengkok serta titik api cahaya.

Ibnu  Sahl  pun  menemukan  hukum  refraksi  (pembiasan)  yang  secara

matematis  setara  dengan  hukum  Snell.  Dia  menggunakan  hukum  tentang

pembiasan  cahaya  untuk  memperhitungkan  bentuk-bentuk  lensa  dan  cermin

yang titik fokus cahanya berada di sebuah titik di poros.

11. TEORI POLA INTERFERENSI

Orang  yang  pertama  kali  menguji  hipotesa  Maxwell  adalah  Heindrick

Rudolf   Hertz(1857-1894).   Percobaan   Hertz   ini   menggunakan   sepasang

vibrator  muatan  listrik  yang  bergetar  dengan  frekuensi  yang  tinggi  kira-kira

100  MHz.  Frekuensi  ini  adalah  gelombang  elektromagnetik  pada  rentang

gelombang radio pendek (FM) dan televisi.

Hasil  eksperimen  lainnya  yang  dilakukan  Hertz  adalah  mengenai

pengukuran  kecepatan  dari  gelombang  frekuensi  radio.  Gelombang  frekuensi

radio  yang  frekuensinya  diketahui,  dipantulkan  pada  sebuah  lembaran  logam

sehingga  menciptakan  suatu  pola  interferensi  yan  titik  simpulnya  dapat

dideteksi.

 

12. TEORI INTENSITAS CAHAYA

Robert  Grosseteste  (Inggris)  scholarum.  Magister  dari  Universitas

Oxford  dan  pendukung  pandangan  bahwa  teori  harus  dibandingkan  dengan

observasi,  Grosseteste  menganggap  bahwa  sifat  cahaya  memiliki  arti  khusus

dalam  filsafat  alam  dan  menekankan  pentingnya  matematika  dan  geometri  di

mereka belajar.

Dia percaya bahwa warna terkait dengan intensitas dan bahwa mereka

memperpanjang  dari  putih  menjadi  hitam,  putih  yang  paling  murni  dan

berbaring  di  luar  merah  dengan  hitam  tergeletak  di  bawah  biru.  pelangi  itu

menduga  sebagai  akibat  refleksi  dan  refraksi  cahaya  matahari  oleh  lapisan

dalam  'awan  berair'  tapi  pengaruh  tetesan  individu  tidak  dianggap.  Dia

memegang melihat, bersama dengan orang-orang Yunani sebelumnya,  bahwa

visi melibatkan emanasi dari mata ke objek yang dirasakan.

13. TEORI IMPULS

Menurut   ReneDescartes,   perambatan   cahaya   dapat   dianalogikan

dengan perambatan suatu impuls mekanik dari tongkat orang buta yang waktu

berjalan menyodok-nyodokkan tongkat terhadap berbagai benda. Menurutnya

cahaya merupakan suatu impuls yang merambat dengan cepat dari satu tempat

ke tempat lain.

 

14. TEORI KUANTUM

Teori  ini  di  mulai  pada  abad  ke-19  oleh  Max  Karl  Ernest  Ludwig

Planck  (1858-1947),  yang  menyatakan  pada  tahun  1900  bahwa  sinar  cahaya

adalah  terdiri  dari  paket  (kuantum)  tenaga  yang  dikenal  sebagai  photon.

Penghargaan  Nobel  menghadiahkan  Planck  anugerah  fisika  pada  1918  untuk

kerja-kerjanya dalam penemuan teori kuantum, walaupun dia bukannya orang

yang pertama memperkenalkan prinsip asas partikel cahaya.

15.  TEORI INTERFERENSI CAHAYA

Thomas     Young(1773-1829)     dan     Agustin     Fresnell     (1788-

1827)melakukan  percobaan  dengan  dua  celah.  Dari  hasil  percobaan  mereka

menyatakan  bahwa  cahaya  dapat  melentur  dan  berinterferensi,  dan  peristiwa

ini tidak dapat diterangkan dengan teori partikel (emisi) Newton.

16. TEORI PERAMBATAN CAHAYA

Percobaan   Albert   Abraham   Michelson   (1852-1931)   dan   Edward

Williams  Morley  (1838-1923)  membuktikan  bahwa  tidak  ada  eter.  Pada  saat

itu  orang  berpendapat  bahwa  cahaya  merambat  di  udara  dalam  zat  yang

dinamakan  eter  (medium  cahaya).  Hasil  percobaan  ini  telah  mengoreksi  teori

Fresnell   bahwa   cahaya   merambat   dengan   medium   eter.   Percobaan   ini

mengubah pendapat orang saat itu.

17. TEORI PERAMBATAN CAHAYA

RogerBacon (Inggris). Seorang pengikut Grosseteste di Oxford, Bacon

diperpanjang pekerjaan Grosseteste di optik. Ia menganggap bahwa kecepatan

cahaya  terbatas  dan  bahwa  disebarluaskan  melalui  media  dengan  cara  yang

analog   dengan   propagasi   suara.   Dalam   karyanya   Opus   Maius,   Bacon

menggambarkan  studinya  atas  perbesaran  benda  kecil  dengan  menggunakan

lensa  cembung  dan  menyarankan  agar  mereka  bisa  menemukan  aplikasi  di

koreksi penglihatan yang rusak. Dia menghubungkan fenomena pelangi untuk

refleksi sinar matahari dari hujan individu.

B.  CAHAYA SEBAGAI GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

Cahaya merupakan       gelombang       elektromagnetik.       Gelombang

elektromagnetik   adalah   gelombang   yang   tidak   memerlukan   medium   untuk

merambat.  Sehingga  cahaya  dapat  merambat  tanpa  memerlukan  medium.  Oleh

karena  itu,  cahaya  matahari  dapat  sampai  ke  bumi  dan  memberi  kehidupan  di

dalamnya.  Cahaya  merambat  dengan  sangat  cepat,  yaitu  dengan  kecepatan  3  ×

10^8   m/s,   artinya   dalam   waktu   satu   sekon   cahaya   dapat menempuh   jarak

300.000.000 m atau 300.000 km.

Teori  Maxwel  tentang  gelombang  ekektromagnetik  untuk  menghitung

cepat rambat gelomabang elektromagnetik dengan persamaan