Cahaya

    1. Pemantulan Cahaya

A. Pengertian Cahaya

Cahaya menurut Newton (1642 - 1727) terdiri dari partikel-partikel ringan berukuransangat kecil yang dipancarkan oleh sumbernya ke segala arah dengan kecepatanyang sangat tinggi. Sementara menurut Huygens ( 1629 - 1695), cahaya adalahgelombang seperti halnya bunyi. Perbedaan antara keduanya hanya pada frekuensidan panjang gelombangnya saja.

Dua pendapat di atas sepertinya saling bertentangan. Sebab tak mungkin cahayabersifat partikel sekaligus sebagai partikel. Pasti salah satunya benar atau kedua-duanya salah, yang pasti masing-masing pendapat di atas memiliki kelebihan dan kekurangan.

Pada zaman Newton dan Huygens hidup, orang-orang beranggapan bahwagelombang yang merambat pasti membutuhkan medium. Padahal ruang antarabintang-bintang dan planet-planet merupakan ruang hampa (vakum) sehinggamenimbulkan pertanyaan apakah yang menjadi medium rambat cahaya matahariyang sampai ke bumi jika cahaya merupakan gelombang seperti dikatakan Huygens.Inilah kritik orang terhadap pendapat Hygens. Kritik ini dijawab oleh Huygens. Inilahkritik orang terhadap pendapat Huygens. Kritik ini dijawab oleh Huygens denganmemperkenalkan zat hipotetik (dugaan) bernama eter. Zat ini sangat ringan, tembuspandang dan memenuhi seluruh alam semesta. eter membuat cahaya yang berasaldari bintang-bintang sampai ke bumi.

Dalam dunia ilmu pengetahuan kebenaran suatu pendapat akan sangat ditentukanolehuji eksperimen. Pendapat yang tidak tahan uji eksperimen akan ditolak olehpara ilmuwan sebagai suatu teori yang benar. Sebaiknya pendapat yang didukungoleh hasil-hasil eksperimen dan meramalkan gejala-gejala alam.

Walaupun keberadaan eter belum dapat dipastikan di dekade awal Abad 20, berbagaieksperimen yang dilakukan oleh para ilmuwan seperti Thomas Young (1773 - 1829)dan Agustin Fresnell (1788 - 1827) berhasil membuktikan bahwa cahaya dapat melentur (difraksi) dan berinterferensi. Gejala alam yang khas merupakan sifat dasargelombang bukan partikel.

Percobaan yang dilakukan oleh Jeans Leon Foucault(1819 - 1868) menyimpulkan bahwa cepat rambat cahaya dalam air lebih rendah dibandingkan kecepatannya di udara. Padahal Newton dengan teori emisi partikelnya meramalkan kebaikannya. Selanjutnya Maxwell (1831 - 1874) mengemukakan pendapatnya bahwa cahaya dibangkitkan oleh gejala kelistrikan dan kemagnetan sehingga tergolong gelombang elektromagnetik. Sesuatu yang berbeda dibandingkan gelombang bunyi yang tergolong gelombang mekanik. Gelombang elektromagnetik dapat merambat dengan atau tanpa medium dan kecepatan rambatnya pun amat tinggi bila dibandingkan gelombang bunyi.

Gelombang elektromagnetik marambat dengan kecepatan 300.000 km/s. Kebenaran pendapat Maxwell ini tak terbantahkan ketika Hertz (1857 - 1894) berhasil membuktikannya secara eksperimental yang disusul dengan penemuan-penemuan berbagai gelombang yang tergolong gelombang elektromagnetik seperti sinar x, sinar gamma, gelombang mikro RADAR dan sebagainya.

Dewasa ini pandangan bahwa cahaya merupakan gelombang elektromagnetikumum diterima kalangan ilmuwan, walaupun hasil eksperimen Michelson dan Morleydi tahun 1905 gagal membuktikan keberadaan eter seperti disangkakankeberadaannya oleh Huygens dan juga Maxwell.

Di sisi lain pendapat Newton tentang cahaya sebagai partikel tiba-tiba menjadi populer kembali setelah lebih dari 300 tahun tenggelam di bawah populeritas pendapat Huygens. Dua fisikawan pemenang hadiah Nobel Max Planck (1858 - 1947) dan Albert Einstein mengemukakan teori mereka tentang foton.

Berdasarkan hasil penelitiannya tentang sifat-sifat termodinamika radiasi benda hitam, Planck menyimpulkan bahwa cahaya dipancarkan dalam bentuk paket-paket kecil yang disebut kuanta. Gagasan Planck ini kemudian berkembang menjadi teori barudalam fisika yang disebut teori Kuantum. Dengan teori ini, Einstein berhasil menjelaskan peristiwa yang dikenal dengan nama efek foto listrik, yakni pemancaranelektron dari permukaan logam karena logam tersebut disinari cahaya.

Jadi dalam kondisi tertentu cahaya menunjukkan sifat sebagai gelombang dan dalam kondisi lain menunjukkan sifat sebagai partikel. Hal ini disebut dualisme cahaya.

Cahaya adalah nama yang diberikan untuk radiasi yang dapat dilihat okeh mata manusia. Cahaya termasuk gelombang elektromagnetik, yang getarannya (berupa medan listrik dan medan magnetik) tegak lurus terhadap arah rambatannya. Karena itu, gelombang elektromagnetik (termasuk cahaya) tergolonh sebagai gelombang transversal. Gelombang elektromagnetik dapat merambat walau tanpa medium (vakum).

B. Arah Perambatan Cahaya

Cahaya merambat menurut garis lurus. Hal ini dapat dibuktikan ketika di tempat gelap yang disorotkan senter, cahaya senter merambat lurus (tidak berbelok) ke segala arah.

C. Pembentukan Bayangan

Ketika cahaya yang merambat lurus dihalangi oleh benda tak tembus cahaya maka akan terbentuk bayangan dari benda pada layar yang diletakkan dibelakang benda. Misalnya, ketika kupu-kupu yang diawetkan kamu sorot dengan cahaya sentermu, terbentuk byangan kupu-kupu yang ukurannya lebih besar dari pada kupu-kupu aslinya. Bentuk bayangan yang sebangun dengan bentuk bendanya memperkuat pernyataan bahwa cahaya merambat lurus.  

2. Hukum Pemantulan Cahaya 1 
   Pernahkah Anda bertanya, mengapa kita dapat melihat benda-benda? Ya, jawabnya karena ada cahaya dari benda ke mata kita, entah cahaya itu memang berasal dari benda tersebut, entah karena benda itu memantulkan cahaya yang datang kepadanya lalu mengenai mata kita. Jadi, gejala melihat erat kaitannya dengan keberadaan cahaya atau sinar.

Hukum pemantulan cahaya dikemukakan oleh W. Snellius, menurutnya apabila seberkas cahaya mengenai permukaan bidang datar yang rata, maka akan berlaku aturan-aturan sebagai berikut :

(1) Sinar datang (sinar jatuh), sinat pantul, dan garis normal berpotongan pada satu titik dan terletak pada satu bidang datar.

      (2) Sudut datang (i) sama dengan sudut pantul (r).

Pemantulan cahaya terbagi menjadi 2 yaitu : pemantulan teratur atau specular reflection dan pemantulan baur atau pemantulan difus atau diffuse reflection.

1. Pemantulan Teratur ( specular reflection )

Pemantulan cahaya oleh permukaan-permukaan halus seperti cermin datar disebut pemantulan teratur ( specular reflection ). Pada pemantulan teratur berkas-berkas sinar sejajar yang mengenai permukaan-permukaan halus dipantulkan juga sebagai berkas-berkas sinar sejajar.

2. Pemantulan Difus ( Diffuse Reflection )

Pemantulan cahaya oleh permukaan-permukaan kasar seperti kertas HVS disebut pemantulan baur atau pemantulan difus (diffuse reflection). Pada pemantulan baur, berkas-berkas sinar sejajar yang mengenai permukaan-permukaan kasar dipantulkan ke segala arah (berkas-berkas tidak sejajar satu sama lain). Suatu permukaan berkelakuan sebagai permukaan halus selama variasi-variasi permukaannya adalah kecil dibandingkan dengan panjang gelombang sinar datang.

                                    Cermin Datar

1. Sifat-Sifat Bayangan Pada Cermin Datar

            Ada lima sifat bayangan pada cermin datar, yaitu :

(1) Maya,

(2) Sama besar dengan bendanya,

(3) Tegak,

(4) Menghadap terbalik dengan bendanya, dan

           (5) Jarak bayangan ke cermin sama dengan jarak benda ke cermin 

                (jarak bayangan = jarak benda).

Kelahiran dan Kematian Alam Semesta

“Dari mana planet dan kita berasal?”… “Dari mana semua ini berawal?”… Mungkin ini adalah pertanyaan yang paling sering diperdebatkan para ilmuan. Saya akan membawa para Netsainers pergi 13,7 milyar tahun yang lalu untuk melihat bagaimana Alam semesta terbentuk, dari mana semua unsur berasal, dan bagaimana semua ini akan berakhir.

Teori Pembentukan Alam Semesta 

Hingga Tahun 1928 banyak sekali teori bagaimana alam semesta ini berawal, dari teori ada dengan seketika sampai teori radikal yang mengatakan bahwa alam semesta tidak mempunyai awal maupun akhir, tapi semua itu hanyalah sebuah asumsi dan sama sekali tidak terbukti.  Tuan Hubble Pada tahun 1929 sedang mengamati ledakan supernova, sinar yang super terang dari supernova itu membuatnya sadar bahwa galaksi didekatnya semakin menjauh pada setiap detiknya. Lalu dia mengamati frekuensi cahaya dari galaksi yang menjauh itu, apa yang dia dapat sangat mengejutkan, frekuensinya semakin menurun dan merubah warna cahaya galaksi itu menjadi merah. Perubahan warna yang radikal itu membuktikan bahwa alam semesta sedang memuai dengat sangat cepat!! Ketika itu dia menyadari bahwa dahulu kala alam semesta pernah saling berdekatan bahkan menyatu menjadi sebuah titik kecil, lalu energi yang besar membuatnya memuai. Kemudian teori Big Bang mulai diakui oleh dunia. 

Awal di Dalam Kehampaan

Para ilmuan memperkirakan bahwa sebelum terjadi Big Bang tidak ada apa-apa, tidak ada materi dan energi, tidak ada ruang, bahkan tidak ada Waktu. Lalu entah dari mana muncul sebuah titik energi kecil yang kemudian energi ini memuai dan membesar kesegala penjuru, terciptalah ruang dan waktu. Pada saat itu alam semesta hanya dipenuhi oleh energi dan suhunya sangat panas.

Dua orang pegawai Bell Telephone bernama Tuan Penzias dan Tuan Wilson sedang memperbaiki gangguan gelombang elektromagnetik dengan antenanya, entah kenapa gelombang pengganggu ini tidak juga hilang, bahkan setelah sarang dan kotoran burung pada antenanya dibersihkan. Mereka menyadari bahwa gelombang tesebut berasal dari angkasa (gelombang ini dinamakan CMB, Cosmic Microwave Background) dan merupakan sebuah konsekuensi dari terjadinya Big Bang. Ini membuktikan bahwa entah bagaimana energi yang memenuhi alam semesta telah berubah menjadi materi yaitu foton. Keberadaan CMB juga membuktikan bahwa materi merupakan wujud lain dari energi, dan Rumus E=∆MC2 mendukung hal itu.

Tetapi ada masalah lain, ketika alam membentuk materi ia juga membentuk “sisi jahat” dari materi pula, ANTIMATERI. Jika keduanya bersentuhan maka materi yang tercipta akan dikonversi kembali ke energi secara utuh. Untunglah suhu yang cukup panas pada waktu itu membuat materi dan antimateri tidak bersentuhan sama sekali. Saat itu alam telah menciptakan atom pertama yaitu Hidrogen.
Pada saat itu suhu alam semesta tidak bisa menciptakan unsur yang lebih berat dari Hidrogen. Lalu bagaimana unsur-unsur yang lebih berat seperti besi tercipta?

Kelahiran ke-103 Materi Pembentuk Alam

Seiring terciptanya materi maka tercipta pula gravitasi, walaupun hidrogen memiliki masa yang teramat sangat kecil tetap saja dia membelokkan ruang dan waktu dengan kata lain memiliki gravitasi. Saat itu atom-atom hidrogen telah memenuhi alam semesta tetapi gravitasi mereka membuat mereka saling tarik menarik dan membentuk sebuah bola hidrogen yang besar. Pada suatu titik tertentu, inti bola hidrogen akan merasa “pengap”, ketika suhu intinya sampai pada suatu titik dimana reaksi thermonuklir bisa menopang dirinya sendiri maka terciptalah “pabrik” pencipta 103 unsur yang telah kita ketahui sampai saat ini, BINTANG.

Dua buah atom hidrogen akan membentuk satu buah atom helium, dua buah atom helium membentuk satu buah atom berium, dan seterusnya sampai pada terciptanya atom besi. Besi merupakan unsur yang “unik” karena suhu di inti bintang tidak mampu membuat besi melakukan reaksi nuklir menjadi unsur yang lebih berat. Lalu bagaimana unsur yang lebih berat seperti timbal, emas dan perak terbentuk? Satu-satunya jalan adalah kita membutuhkan suhu yang lebih panas dari suhu didalam inti bintang, SUPERNOVA.

Suhu ketika supernova terjadi bisa mencapai jutaan kali suhu didalam inti bintang, ini dikarenakan pada saat itu bukan hanya unsur hidrogen saja yang di bakar tetapi unsur-unsur yang lebih berat seperti besi juga ikut terbakar. Selanjutnya unsur-unsur yang lebih berat itu terlempar ke segala penjuru angkasa luas. Begitulah ke-103 materi pembentuk alam tercipta.

Akhir yang Suram

Bailklah kita sudah mengetahui bagaimana semua ini berawal, lalu bagaimana semua ini akan berakhir? Banyak orang percaya bahwa alam semesta didominasi oleh materi, sehingga suatu saat memuainya alam semesta akan berhenti dan memulai berdekatan kembali ke sebuah titik semula atau biasa disebut Big Crunch. Tapi penelitian baru-baru ini menunjukan memuainya alam semesta tidaklah melambat sama sekali melainkan dipercepat, ini membuktikan alam semesta didominasi oleh energi dan bukanlah oleh materi, energi yang mempercepat memuainya alam semesta yang dipercepat sampai saat ini belum diketahui sehingga kita menyebutnya “Energi Gelap”.

Ini menegaskan bahwa suatu saat nanti kita tidak akan melihat galaksi Andromeda, kita akan menjauh dari matahari, bahkan atom-atom di kuku kita akan saling menjauh. Di masa depan nanti semua atom yang ada di alam semesta akan terurai menjadi bentuk yang lebih kecil, proton akan terpisah dari neutron, quark akan terurai menjadi sesuatu yang lebih kecil dan seterusnya hingga alam semesta menjadi kosong dan yang tertinggal hanyalah waktu dan ruang yang sangat luas.

Ketidakhadiran orang-orang dari masa depan yang menghindari musnahnya alam semesta merupakan bukti kuat bahwa ras manusia tidak bisa selamat dari runtuhnya alam semesta. Walaupun banyak juga kemungkinan lain seperti manusia yang berpindah dimensi atau undang-undang perjalanan waktu yang melarang kontak dengan manusia masa lalu. Pada titik ini kita menyadari bahwa harta yang kita kumpulkan akan kembali ke dalam kehampaan, berawal dari kehampaan diakhiri dengan KEHAMPAAN.

Bagaimana jika gravitasi bumi menjadi 2 kali lipat?????

Bagaimana seandainya jika di bumi tidak ada gravitasi atau menjadi dua kali lipat? 

Gravitasi adalah sesuatu hal yang penting yang telah dianugrahkan dalam kehidupan kita. Ada dua hal yang kita tahu tentang ini yaitu kenyataan bahwa grafitasi selalu ada dan tidak pernah berubah. Jika gravitasi bumi berubah secara signifikan, itu akan menyebabkan efek yang sangat besar pada hampir segalanya karena banyak hal yang dirancang sesuai dengan kondisi gravitasi di bumi.

Namun sebelum melihat perubahan gravitasi, sebaiknya kita mengetahui apa itu gravitasi. Gravitasi adalah gaya tarik antara dua atom. Katakanlah Anda mengambil dua buah bola golf dan menempatkan mereka di atas meja. Maka Akan ada gaya tarik yang terjadi antara atom di dalam kedua bola golf tersebut walaupun sangat sedikit. Jika Anda menggunakan dua potong besar timah dan beberapa bahan yang tepat, anda dapat mengukur daya tarik yang terjadi. Itu bisa anda ukur hanya bila Anda mendapatkan jumlah atom yang besar bersamaan, seperti dalam kasus dari grafitasi planet bumi.

Alasan mengapa gravitasi di bumi tidak pernah berubah adalah karena massa bumi tidak pernah berubah. Satu-satunya cara untuk tiba-tiba mengubah gravitasi di Bumi adalah mengubah massa dari planet ini. Sebuah perubahan massa yang sangat besar yang cukup untuk mengakibatkan perubahan pada gravitasi tidak akan terjadi dalam waktu dekat.

Jadi bisakah kita hidup tanpa gravitasi??

Tapi mari kita mengabaikan ilmu fisika dan membayangkan bahwa suatu hari gravitasi di planet ini dimatikan, dan tiba-tiba tidak ada gaya gravitasi di planet bumi. Hal ini akan berubah menjadi hari yang sangat buruk. Kita tergantung pada gravitasi untuk menahan banyak hal untuk tetap dibawah seperti mobil, orang, perabotan, pensil dan kertas di meja Anda, dan seterusnya. Semuanya tidak menempel di tempatnya tiba-tiba tidak akan punya alasan untuk tetap di bawah, semua itu akan mulai melayang. Tapi itu bukan cuma perabotan dan semacamnya yang akan mulai melayang. Dua hal yang lebih penting dari gravitasi adalah atmosfir dan air laut, danau, dan sungai. Tanpa gravitasi, udara di atmosfer tidak memiliki alasan untuk berkeliaran, dan segera akan melompat ke ruang angkasa. Tanpa atmosfir, semua makhluk hidup akan segera mati dan cairan apa pun akan mendidih pergi ke ruang angkasa.

Dengan kata lain, tidak ada seorangpun yang akan bertahan lama jika planet ini tidak memiliki gravitasi.

Jika gravitasi tersebut dengan tiba-tiba menjadi dua kali lipat, maka itu hampir sama buruknya, karena semuanya akan dua kali lipat lebih berat. Akan ada masalah besar dengan bangunan apa pun. Rumah, jembatan, gedung pencakar langit, kaki meja, tiang penopang dan sebagainya menjadi lebih berat dibanding gravitasi normal. Sebagian besar bangunan akan runtuh dengan cepat jika kita melipatgandakan bebannya. Pohon-pohon dan tanaman juga akan mendapatkan masalah. Saluran listrik akan mendapatkan masalah. Tekanan udara menjadi dua kali lipat dan itu akan berdampak besar pada cuaca.

Jawaban ini hanya menunjukkan bagaimana grafitasi tak terpisahkan untuk dunia kita. Kita tidak bisa hidup tanpa grafitasi, dan kita tidak bisa mengubahnya. Ini adalah nilai konstanta yang sebenarnya dalam hidup kita!