Foton dan Quark

>NAQS, Nur Atomic Quark Sytem akan berevolusi menjadi Nur Atomic Quanta System.
(Nur = Cahaya)
Di bawah ini sekilas pembahasan ilmiah tentang atomic sistem.

Einstein memenangkan hadiah Nobel di tahun 1921 karena kemampuannya menjelaskan suatu fenomena misterius dari cahaya yang disebut sebagai ”photoelectric effect”. Ilmuwan menyebut cahaya sebagai “radiasi energi elektromagnetik dengan panjang gelombang yang kelihatan bagi mata manusia”.

Dalam fisika atom dan kimia kuantum, konfigurasi elektron adalah susunan elektron-elektron pada sebuah atom, molekul, atau struktur fisik lainnya.[1] Sama seperti partikel elementer lainnya, elektron patuh pada hukum mekanika kuantum dan menampilkan sifat-sifat bak-partikel maupun bak-gelombang. Secara formal, keadaan kuantum elektron tertentu ditentukan oleh fungsi gelombangnya, yaitu sebuah fungsi ruang dan waktu yang bernilai kompleks. Menurut interpretasi mekanika kuantum Copenhagen, posisi sebuah elektron tidak bisa ditentukan kecuali setelah adanya aksi pengukuran yang menyebabkannya untuk bisa dideteksi. Probabilitas aksi pengukuran akan mendeteksi sebuah elektron pada titik tertentu pada ruang adalah proporsional terhadap kuadrat nilai absolut fungsi gelombang pada titik tersebut.

Elektron-elektron dapat berpindah dari satu aras energi ke aras energi yang lainnya dengan emisi atau absorpsi kuantum energi dalam bentuk foton. Oleh karena asas larangan Pauli, tidak boleh ada lebih dari dua elektron yang dapat menempati sebuah orbital atom, sehingga elektron hanya akan meloncat dari satu orbital ke orbital yang lainnya hanya jika terdapat kekosongan di dalamnya.

Pengetahuan atas konfigurasi elektron atom-atom sangat berguna dalam membantu pemahaman struktur tabel periodik unsur-unsur. Konsep ini juga berguna dalam menjelaskan ikatan kimia yang menjaga atom-atom tetap bersama.

Mekanika kuantum menjelaskan perilaku atom dan partikel subatomik seperti proton, neutron dan elektron yang tidak mematuhi hukum-hukum fisika klasik. Atom biasanya digambarkan sebagai sebuah sistem di mana elektron (yang bermuatan listrik negatif) beredar seputar nukleus atom (yang bermuatan listrik positif). Menurut mekanika kuantum, ketika sebuah elektron berpindah dari tingkat energi yang lebih tinggi (misalnya dari n=2 atau kulit atom ke-2 ) ke tingkat energi yang lebih rendah (misalnya n=1 atau kulit atom tingkat ke-1), energi berupa sebuah partikel cahaya yang disebut foton, dilepaskan.

Foton adalah partikel elementer dalam fenomena elektromagnetik. Biasanya foton dianggap sebagai pembawa radiasi elektromagnetik, seperti cahaya, gelombang radio, dan Sinar-X. Foton berbeda dengan partikel elementer lain seperti elektron dan quark, karena ia tidak bermassa dan dalam ruang vakum foton selalu bergerak dengan kecepatan cahaya, c. Foton memiliki baik sifat gelombang maupun partikel (“dualisme gelombang-partikel”).

Sebagai gelombang, satu foton tunggal tersebar di seluruh ruang dan menunjukkan fenomena gelombang seperti pembiasan oleh lensa dan interferensi destruktif ketika gelombang terpantulkan saling memusnahkan satu sama lain.

Sebagai partikel, foton hanya dapat berinteraksi dengan materi dengan memindahkan energi sejumlah:

di mana h adalah konstanta Planck, c adalah laju cahaya, dan λ adalah panjang gelombangnya.

Selain energi partikel foton juga membawa momentum dan memiliki polarisasi. Foton mematuhi hukum mekanika kuantum, yang berarti kerap kali besaran-besaran tersebut tidak dapat diukur dengan cermat. Biasanya besaran-besaran tersebut didefinisikan sebagai probabilitas mengukur polarisasi, posisi, atau momentum tertentu.

Sebagai contoh, meskipun sebuah foton dapat mengeksitasi satu molekul tertentu, sering tidak mungkin meramalkan sebelumnya molekul yang mana yang akan tereksitasi.

Deskripsi foton sebagai pembawa radiasi elektromagnetik biasa digunakan oleh para fisikawan. Namun dalam fisika teoretis sebuah foton dapat dianggap sebagai mediator buat segala jenis interaksi elektromagnetik, seperti medan magnet dan gaya tolak-menolak antara muatan sejenis.

Konsep modern foton dikembangkan secara berangsur-angsur antara 1905-1917 oleh Albert Einstein[1][2][3][4] untuk menjelaskan pengamatan eksperimental yang tidak memenuhi model klasik untuk cahaya. Model foton khususnya memperhitungkan ketergantungan energi cahaya terhadap frekuensi, dan menjelaskan kemampuan materi dan radiasi elektromagnetik untuk berada dalam kesetimbangan termal. Fisikawan lain mencoba menjelaskan anomali pengamatan ini dengan model semiklasik, yang masih menggunakan persamaan Maxwell untuk mendeskripsikan cahaya. Namun dalam model ini objek material yang mengemisi dan menyerap cahaya dikuantisasi. Meskipun model-model semiklasik ini ikut menyumbang dalam pengembangan mekanika kuantum, percobaan-percobaan lebih lanjut membuktikan hipotesis Einstein bahwa cahaya itu sendirilah yang terkuantisasi. Kuantum cahaya adalah foton.

Konsep foton telah membawa kemajuan berarti dalam fisika teoretis dan eksperimental, seperti laser, kondensasi Bose-Einstein, teori medan kuantum dan interpretasi probabilistik dari mekanika kuantum. Menurut model standar fisika partikel, foton bertanggung jawab dalam memproduksi semua medan listrik dan medan magnet dan foton sendiri merupakan hasil persyaratan bahwa hukum-hukum fisika memiliki kesetangkupan pada tiap titik pada ruang-waktu. Sifat-sifat intrinsik foton seperti muatan listrik, massa dan spin ditentukan dari kesetangkupan gauge ini.

Konsep foton diterapkan dalam banyak area seperti fotokimia, mikroskopi resolusi tinggi dan pengukuran jarak molekuler. Baru-baru ini foton dipelajari sebagai unsur komputer kuantum dan untuk aplikasi canggih dalam komunikasi optik seperti kriptografi kuantum
[sunting] Nomenklatur

Foton awalnya dinamakan sebagai kuantum cahaya (das Lichtquant) oleh Albert Einstein.[1]. Nama modern “photon” berasal dari kata Bahasa Yunani untuk cahaya φῶς, ditransliterasi sebagai phôs, dan ditelurkan oleh kimiawan fisik Gilbert N. Lewis, yang menerbitkan teori spekulatif[5] yang menyebutkan foton sebagai “tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan”. Meskipun teori Lewis ini tidak dapat diterima karena bertentangan dengan hasil banyak percobaan, nama barunya ini, photon, segera diadopsi oleh kebanyakan fisikawan. Isaac Asimov menyebut Arthur Compton sebagai orang yang pertama kali mendefinisikan kuantum cahaya sebagai foton pada tahun 1927 [[6][7]

Dalam fisika, foton biasanya dilambangkan oleh simbol γ abjad Yunani gamma. Simbol ini kemungkinan berasal dari sinar gamma, yang ditemukan dan dinamakan oleh Villard[8][9], dan dibuktikan sebagai salah satu bentuk radiasi elektromagnetik pada 1914 oleh Ernest Rutherford dan Edward Andrade [10]

Dalam kimia dan rekayasa optik, foton biasanya dilambangkan oleh hν, energi foton, h adalah konstanta Planck dan abjad Yunani ν adalah frekuensi foton. Agak jarang ditemukan adalah foton disimbolkan sebagai hf, f di sini melambangkan frekuensi.

Sifat-sifat fisik
Foton tidak bermassa, [11] tidak memiliki muatan listrik[12], dan tidak meluruh secara spontan di ruang hampa. Sebuah foton memiliki dua keadaan polarisasi yang dimungkinkan, dan dapat dideskripsikan dengn tiga parameter kontinu: komponen-komponen vektor gelombang, yang menentukan panjang gelombangnya (λ) dan arah perambatannya. Foton adalah boson gauge untuk elektromagnetisme, dan sebab itu semua bilangan kuantum lainnya seperti bilangan lepton, bilangan baryon atau strangeness bernilai persis nol.

Foton diemisikan dalam banyak proses alamiah, contohnya ketika muatan dipercepat, saat transisi molekuler, atomik atau nuklir ke tingkat energi yang lebih rendah, atau ketika sebuah partikel dan antipartikel bertumbukan dan saling memusnahkan. Foton diserap dalam proses dengan waktu mundur (time-reversed) yang berkaitan dengan yang sudah disebut di atas: contohnya dalam produksi pasangan partikel-antipartikel, atau dalam transisi molekuler, atomik atau nuklir ke tingkat energi yang lebih tinggi.

Dalam ruang hampa foton bergerak dengan laju c (laju cahaya). Energinya E dan momentum p dihubungkan dalam persamaan E = pc, di mana p merupakan nilai momentum. Sebagai perbandingan, persamaan terkait untuk partikel dengan massa m adalah E2 = c2p2 + m2c4, sesuai dengan teori relativitas khusus.

Quark (dibaca kwɔː(r)k), sebagaimana dijelaskan dalam model standar pada fisika partikel, bersama-sama dengan lepton dipercaya sebagai partikel elementer yang membentuk materi. Kombinasi beberapa quark membentuk jenis partikel yang disebut hadron, di alam terdapat dua macam hadron yaitu meson dan baryon. Partikel berjenis meson terdiri dari dua buah quark, partikel berjenis baryon terdiri dari tiga jenis quark dan baru-baru ini ditemukan adalah pentaquark yang terdiri dari lima buah quark. Partikel-partikel seperti proton dan neutron termasuk ke dalam jenis baryon, sedangkan elektron bukan tersusun atas quark melainkan sudah merupakan sebuah partikel elementer yang termasuk dalam jenis lepton. Terdapat enam jenis quark yang berbeda yang dibedakan berdasarkan “rasa”-nya, yaitu up, down, charm, strange, top dan bottom. Antipartikel quark disebut antiquark. Dalam teori kromodinamika kuantum masing-masing quark (up, down, charm, strange, top dan bottom) memiliki tiga buah “warna” yaitu merah, biru dan hijau, di mana sebuah partikel hanya bisa dibentuk oleh paduan “warna” netral.

Energi
Ditinjau dari perspektif fisika, setiap sistem fisik mengandung (secara alternatif, menyimpan) sejumlah energi; berapa tepatnya ditentukan dengan mengambil jumlah dari sejumlah persamaan khusus, masing-masing didesain untuk mengukur energi yang disimpan secara khusus. Secara umum, adanya energi diketahui oleh pengamat setiap ada pergantian sifat objek atau sistem. Tidak ada cara seragam untuk memperlihatkan energi;
by : http://id.wikipedia.org/wiki/Foton

Seputar Dunia Kuantum

• ‘Orang yang mengatakan bahwa teori kuantum sudah jelas, sesungguhnya belum memahaminya.’ Niels Bohr (Wafat Tahun 1962, usia 77 tahun).
• Kuantum setara dengan kubisme yang melihat objek dari beberapa sisi sekaligus. Teori kuantum dan kubisme dikembangkan secara simultan, tetapi secara terpisah. Telah dikemukakan bahwa pada awal abad k-20, evolusi kita mengalami ‘lompatan’ dalam cara kita memahami dunia.
• Kuark (bagian yang paling kecil) merupakan salah satu dari sekelompok partikel elementer tertentu. Kromodinamika kuantum menyatakan bahwa ada 18 tipe kuark. Tipe-tipe ini (dikenal sebagai cita rasa) termasuk : atas, bawah, aneh, menawan, dasar (atau cantik), dan puncak (atau kebenaran). Istilah quark’ diperkenalkan oleh ahli fisika asal Amerika, Murray Gell-Mann dari kata yang ditemukan oleh James Joyce dalam adikaryanya Finnegans Wake, yang dideskripsikan oleh seorang kritikus sebagai lompatan kuantum ke dalam kegelapan.
• ‘Multikulturalisme adalah konsep kuantum’ – New Scientist.
• Definisi ensiklopedia :”Pluralisme adalah kepercayaan koeksistensi pandangan yang saling berlawanan… [Pluralisme telah] secara perlahan-lahan menembus semua segi kebudayaan, masyarakat, dan bahkan pengetahuan abad k-20. -> apakah ada kesalahpahaman?.
• Eisntein menunjukkan bahwa jagat raya tidak tersusun atas materi. Partikel utamanya adalah energi. Maka, semua objek fisik menjadi ruang yang berisi energi.
• ‘Kuantum pada dasarnya adalah sains yang melampaui indera. Kita bisa tidak mempunyai gambaran terhadap realitas yang sesungguhnya (ultimate reality)’. Heiseinberg.
• ‘Saya yakin ‘seyakin-yakinnya’ bahwa realitas pasti lebih ganjil dari pada yang dapat kita bayangkan. Bryan Maage, filsuf kontemporer.
• ‘Antipati yang mendalam terhadap sikap mempercayai sekali untuk selama-lamanya setiap pandangan yang menyeluruh terhadap dunia. Mengagumi sudut pandang yang berbeda: menolak untuk dicabut dari stimulus tehadap hal yang sukar dimengerti’. Resep Nietzche untuk masa depan sains Tahun 1986. Ia juga mengatakan :’Pemikiran (insight) yang paling bernilai adalah metode’ –> (kok nggak beriman ya!).
• ‘Hukum kedua tetapan termodinamika memutuskan bahwa tidak pernah akan ada Humpy Dumpty yang lain. Fisika kuantum membuat ‘teori mengenai segala sesuatu’ sama masuk akalnya seperti Father Christmas’. John Mandeville, ahli fisika.
• Peringatan bagi semua orang yang mencari penjelasan mendasar tentang dunia dalam kerangka pengetahuan :”Jangan pernah menjadikan intelek dewa kita; ia mempunyai …otot yang kuat tetapi tidak mempunyai kepribadian‘. Eisntein.
• Perkembangan fisika kuantum (versi sederhana) : Bayangkan dua partikel subatomik. Pada satu tahap, pasangan ini membentuk sebuah sistem, di mana nilai satu partikel sama dengan nilai partikel yang lain (Seperti katakanlah : A\, B/). Partikel-partikel ini kemudian menjadi terpisah oleh jarak yang sangat jauh (katakanlah separuh jagat). A kemudian diukur diketahui mempunyai nilai \. Jadi kita menyimpulkan bahwa B pasti mempunyai nilai /. Sampai di sini sederhana bukan?. Namun, menurut teori kuantum, A tidak mempunyai nilai sampai A itu diukur. Dan nilai ini juga tergantung dari metode pengukuran yang dipakai. Ini berarti ketika A diukur dan diketahui menjadi \, B, karena pernah menjadi bagian dari sistem yang sama, harus mempunyai nilai /. B harus mendapat nilai ini dengan seketika (instantaneously) –> komunikasi subatomik?. Dengan demikian, apabila teori kuantum benar, sesuatu bergerak lebih cepat dari cahaya. Namun, seperti kita ketahui, menurut teori relativitas Einsterin tidak sesuatu apapun yang bisa bergerak lebih cepat dari cahaya. Selain itu, ‘aturan’ ini (atau menghitung B pada jarak yan sangat jauh) akan terjadi tanpa sebab yang dilihat. Hal ini melampaui ranah kausalitas (hubungan sebab akibat). Fenomena ini dikenal sebagai paradoks EPR.
• Perkembangan lanjut dari Paradoks EPR terjadi ketika Bell menemukan Teori Ketidaksamaan. Teori ini menjelaskan Paradoks EDPR dengan menempatkan sebuah ‘Realitas Tidak Loka’ – Unlocal Reality – (yaitu dunia nyata yang tidak mempunyai tempat). Dunia nyata yang kita kenal didukung oleh realitas yang tidak kelihatan ini yang tetap melampaui ruang, waktu, dan kausalitas. Menurut Bell, setiap partikel yang pernah menjadi bagian dari suatu sistem akan selalu tetap dihubungkan oleh realitas lokal (unlocal reality) ini, yang tidak dipengaruhi oleh jarak (betapapun besarnya), bertindak secara instan atau seketika (yaitu lebih cepat dari cahaya), dan membentuk penghubung (link) yang tidak melintasi ruang. Ini bukan pertama kalinya metode komunikasi (–> inikah sesuatu yang sedang menjelaskan mekanisme doa untuk sampai padaNya?, mencapai perbatasan ghaib?). seperti itu dinyatakan. Demikian juga dengan Voodo. Ketika anda menusukkan jarum ke model yang aslinya berada jauh dari Anda, ia akan segera nyeri di tempat bagian yang telah Anda tusuk (Sihir, santet nih yang sedang dijelaskan oleh teori Kuantum).

Sifat Partikel dari Cahaya: Efek Fotolistrik

Pernahkah kamu melihat pelangi? Pernahkah kamu melihat warna-warni di jalan aspal yang basah? Pelangi terjadi akibat dispersi cahaya matahari pada titik-titik air hujan. Adapun warna-warni yang terlihat di jalan beraspal terjadi akibat gejala interferensi cahaya. Gejala dispersi dan interferensi cahaya menunjukkan bahwa cahaya merupakan gejala gelombang. Gejala difraksi dan polarisasi cahaya juga menunjukkan sifat gelombang dari cahaya.

pola warna-warni di atas aspal basah yang dikenai

 bensin terjadi akibat interferensi cahaya

Gejala fisika yang lain seperti spektrum diskrit atomik, efek fotolistrik, dan efek Compton menunjukkan bahwa cahaya juga dapat berperilaku sebagai partikel. Sebagai partikel cahaya disebut dengan foton yang dapat mengalami tumbukan selayaknya bola.

Efek Fotolistrik

Ketika seberkas cahaya dikenakan pada logam, ada elektron yang keluar dari permukaan logam. Gejala ini disebut efek fotolistrik. Efek fotolistrik diamati melalui prosedur sebagai berikut. Dua buah pelat logam (lempengan logam tipis) yang terpisah ditempatkan di dalam tabung hampa udara. Di luar tabung kedua pelat ini dihubungkan satu sama lain dengan kawat. Mula-mula tidak ada arus yang mengalir karena kedua plat terpisah. Ketika cahaya yang sesuai dikenakan kepada salah satu pelat, arus listrik terdeteksi pada kawat. Ini terjadi akibat adanya elektron-elektron yang lepas dari satu pelat dan menuju ke pelat lain secara bersama-sama membentuk arus listrik.

Hasil pengamatan terhadap gejala efek fotolistrik memunculkan sejumlah fakta yang merupakan karakteristik dari efek fotolistrik. Karakteristik itu adalah sebagai berikut.

1. hanya cahaya yang sesuai (yang memiliki frekuensi yang lebih besar dari frekuensi tertentu saja) yang memungkinkan lepasnya elektron dari pelat logam atau menyebabkan terjadi efek fotolistrik (yang ditandai dengan terdeteksinya arus listrik pada kawat). Frekuensi tertentu dari cahaya dimana elektron terlepas dari permukaan logam disebut frekuensi ambang logam. Frekuensi ini berbeda-beda untuk setiap logam dan merupakan karakteristik dari logam itu.
2. ketika cahaya yang digunakan dapat menghasilkan efek fotolistrik, penambahan intensitas cahaya dibarengi pula dengan pertambahan jumlah elektron yang terlepas dari pelat logam (yang ditandai dengan arus listrik yang bertambah besar). Tetapi, Efek fotolistrik tidak terjadi untuk cahaya dengan frekuensi yang lebih kecil dari frekuensi ambang meskipun intensitas cahaya diperbesar.
3. ketika terjadi efek fotolistrik, arus listrik terdeteksi pada rangkaian kawat segera setelah cahaya yang sesuai disinari pada pelat logam. Ini berarti hampir tidak ada selang waktu elektron terbebas dari permukaan logam setelah logam disinari cahaya.

Karakteristik dari efek fotolistrik di atas tidak dapat dijelaskan menggunakan teori gelombang cahaya. Diperlukan cara pandang baru dalam mendeskripsikan cahaya dimana cahaya tidak dipandang sebagai gelombang yang dapat memiliki energi yang kontinu melainkan cahaya sebagai partikel.
Perangkat teori yang menggambarkan cahaya bukan sebagai gelombang tersedia melalui konsep energi diskrit atau terkuantisasi yang dikembangkan oleh Planck dan terbukti sesuai untuk menjelaskan spektrum radiasi kalor benda hitam. Konsep energi yang terkuantisasi ini digunakan oleh Einstein untuk menjelaskan terjadinya efek fotolistrik. Di sini, cahaya dipandang sebagai kuantum energi yang hanya memiliki energi yang diskrit bukan kontinu yang dinyatakan sebagai E = hf.
Konsep penting yang dikemukakan Einstein sebagai latar belakang terjadinya efek fotolistrik adalah bahwa satu elektron menyerap satu kuantum energi. Satu kuantum energi yang diserap elektron digunakan untuk lepas dari logam dan untuk bergerak ke pelat logam yang lain. Hal ini dapat dituliskan sebagai
Energi cahaya = Energi ambang + Energi kinetik maksimum elektron

E = W₀ + E_km

hf = hf₀ + E_km

E_km = hf – hf₀

Persamaan ini disebut persamaan efek fotolistrik Einstein. Perlu diperhatikan bahwa W₀ adalah energi ambang logam atau fungsi kerja logam, f₀ adalah frekuensi ambang logam, f adalah frekuensi cahaya yang digunakan, dan E_km adalah energi kinetik maksimum elektron yang lepas dari logam dan bergerak ke pelat logam yang lain. Dalam bentuk lain persamaan efek fotolistrik dapat ditulis sebagai
Dimana m adalah massa elektron dan v_e adalah dan kecepatan elektron. Satuan energi dalam SI adalah joule (J) dan frekuensi adalah hertz (Hz). Tetapi, fungsi kerja logam biasanya dinyatakan dalam satuan elektron volt (eV) sehingga perlu diingat bahwa 1 eV = 1,6 × 10⁻¹⁹ J.


Potensial Penghenti
Gerakan elektron yang ditandai sebagai arus listrik pada gejala efek fotolistrik dapat dihentikan oleh suatu tegangan listrik yang dipasang pada rangkaian. Jika pada rangkaian efek fotolistrik dipasang sumber tegangan dengan polaritas terbalik (kutub positif sumber dihubungkan dengan pelat tempat keluarnya elektron dan kutub negatif sumber dihubungkan ke pelat yang lain), terdapat satu nilai tegangan yang dapat menyebabkan arus listrik pada rangkaian menjadi nol.
Arus nol atau tidak ada arus berarti tidak ada lagi elektron yang lepas dari permukaan logam akibat efek fotolistrik. Nilai tegangan yang menyebabkan elektron berhenti terlepas dari permukaan logam pada efek fotolistrik disebut tegangan atau potensial penghenti (stopping potential). Jika V₀ adalah potensial penghenti, maka

E_km = eV₀

Persamaan ini pada dasarnya adalah persamaan energi. Perlu diperhatikan bahwa e adalah muatan elektron yang besarnya 1,6 × 10⁻¹⁹ C dan tegangan dinyatakan dalam satuan volt (V).

Aplikasi Efek fotolistrik
Efek fotolistrik merupakan prinsip dasar dari berbagai piranti fotonik (photonic device) seperti lampu LED (light emitting device) dan piranti detektor cahaya (photo detector).

Spektrum Cahaya Tampak

Diluar rangkum tujuh warna cahaya diatas, tak ada lagi yang bisa dilihat dengan mata biasa, dimana merah-infra (infra-red) atau cahaya-infra (infra-photic) dan lembayung-ultra (ultra-violet) atau cahaya-ultra (ultra-photic), menjadi batas terendah dan batas tertinggi penglihatan manusia (human limits of visibility).

ban spektrum sinambung cahaya tampak

Panjang Gelombang Cahaya Tampak - Cahaya tampak adalah bagian spektrum yang mempunyai panjang gelombang antara lebih kurang 400 nanometer (nm) dan 800 nm (dalam udara)

untuk melihat Tabel panjang gelombang dan frekuensi warna spektral cahaya tampak, silahkan anda ke link berikut: Tabel panjang gelombang dan frekuensi warna spektral cahaya tampak

Dualitas dan Kecepaatan Cahaya

Berdasarkan pada fisika dan kosmologi, cahaya, dalam arti cahaya fisik (physical light), adalah status kelima materi (fifth state of matter) [pertama, padatan (contoh: tanah); kedua, cairan (contoh: air); ketiga, gas (contoh: udara); dan keempat, plasma (api)], dimana status keenam dan ketujuh diatasnya hanyalah ketunggalan atau singularitas fisik (physical singularity) dan keberadaan atau eksistensi fisik (physical existence).

Cabang ilmu fisika yang mempelajari tentang cahaya, sinar, dan penglihatan (light, ray, and seeing) disebut: fotika, optika, dan skopika (photics, optics, and scopics). Cahaya adalah suatu gelombang elektromagnetik transversal yang merambat secara melintang, yakni gelombang radiasi atomik karena terkena pembakaran (burning), pemancaran atau radiasi (radiation), baik pelepasan (emission) maupun pemantulan (reflection). Cahaya tak memerlukan media rambat. Cahaya merambat dalam ruang hampa, namun dipengaruhi oleh gravitasi, berat benda karena bobot material.


Cahaya fisik memiliki dua wujud, sebagai gelombang energi dan partikel materi tanpa bobot atau masa (mass), yang dinamakan foton (photon) atau partikel "gamma", bergerak dalam ruang-waktu hampa semesta fisik dengan kecepatan mendekati 300 juta meter per detik, tepatnya, lebih-kurang 299.792.500 m/dtk.

Kecepatan cahaya sedikit menurun ketika melalui benda rapat karena ada hambatan, pembiasan atau pembelokan. Namun penurunannya sangat kecil dan hampir dapat diabaikan dibandingkan dengan kecepatannya dalam ruang hampa.


Kecepatan cahaya ini pertama kali diukur secara eksperimental di Ceveland pada 1880an oleh dua fisikawan, Michelson [Albert Abraham Michelson (1852—1931), fisikawan Jerman—Amerika, penemu interferometer] dan Morley [Edward Morley]; dan sekaligus membuktikan bahwa tak ada fluida hipotetik yang dinamakan "aether" di angkasa.


Karena cahaya bergerak dengan kecepatan tinggi, ia dapat digunakan sebagai pengukur jarak, dimana 1 detik cahaya = 299.792.500 meter = 299.792,5 km = 299,792.5 Mm, adalah jarak ditempuh cahaya dalam satu detik. Satu menit cahaya = 17.987.550 km = 17.987,550 Mm = 17,987.550 Gm. Satu jam cahaya = 1.079.253 Mm = 1.079,253 Gm = 1,079.253 Tm. Satu hari cahaya = 25.902.072 Mm = 25.902,072 Gm = 25,902.072 Tm. Setahum cahaya = 9.460.731.798 Mm = 9.460.731,798 Gm = 9.460,731.798 Tm = 9,460.731.798 kTm = 9,460.731.798 exp 15 m. [1 T (Tera) = 1.000 G (Giga) = 1.000.000 M (Mega) = 1.000.000.000 k (kilo)].

Lama waktu dibutuhkan oleh cahaya Bulan untuk sampai ke Bumi, rata-rata adalah 1,282 detik cahaya. Berarti jarak rata-rata Bulan dari Bumi adalah 384.201 km. Sedangkan lama waktu dibutuhkan oleh sinar Matahari untuk sampai ke Bumi, rata-rata adalah 8,317 menit cahaya. Berarti jarak rata-rata Matahari dari Bumi adalah 149.599.000 km atau 149,599 Gm, jarak mana dijadikan satuan ukuran yang dinamakan satu unit astronomik (astronomical unit).

CAHAYA NYATA DAN CAHAYA MAYA

Seberkas cahaya putih bilamana dibiaskan melalui sebuah prisma bening akan terurai atas 7 komponen spektral warna bianglala atau pelangi (rainbow): merah, jingga, kuning, hijau, nila, biru, dan lembayung.

Merah, hijau, biru adalah warna dasar cahaya. Jika merah kita campur dengan biru, maka akan muncul warna lembayung. Jika biru kita campur dengan hijau, maka akan muncul nila (indigo). Percampuran dua atau lebih warna akan menghasilkan ribuan warna baru, yang merupakan warna-antara (hue) .

Jika hitam dicampur dengan putih, maka muncul kelabu, yang gelap-terangnya tergantung dari persentasi hitam dan putih. Jika masing-masing warna kita campur dengan hitam dan atau putih, maka kita dapatkan lagi jutaan aneka warna yang berbeda dalam kecerahan (brightness) gelap-terang dan kemurnian (purity) warna aslinya.


TUJUH WARNA SPEKTRAL CAHAYA 

PRISMA BENING KE CAHAYA WARNA

Tujuh warna spektral cahaya putih efek dispersi prisma bening.

Dalam udara, jika air mengalami penguapan, maka akan terbentuk uap air, asap, kabut, awan atau mega, dan sebaliknya jika awan mengalami pengembunan, maka akan terjadi butir-butir air, atau tetes-tetes air, yang jika ditembus oleh seberkas sinar cahaya, maka berkas sinar cahaya transparan tersebut akan dibiaskan oleh kebeningan air, dan cahaya yang dibiaskan akan diproyeksikan ke langit dan akan membentuk suatu busur-hujan (rainbow), pelangi atau bianglala yang terdiri dari tujuh komponen warna spektral.

Jika tujuh cahaya warna ini dipersatukan kembali, maka akan diperoleh cahaya putih seperti semula. Artinya, cahaya putih terdiri dari segala warna.

Tiga warna dasar cahaya adalah RGB (red, green, blue; merah, hijau, biru). Jika merah dipadukan dengan biru, maka dihasilkan V (violet, lembayung). Jika merah dipadukan dengan hijau, maka dihasilkan Y (yellow, kuning). Jika biru dipadukan dengan hijau, maka dihasilkan I (indigo, nila). Jika semua dipadukan bersama maka kembali jadi putih.

Dalam konteks cahaya, putih berarti penuh cahaya (full of light) dan hitam berarti tiada cahaya (no light). Dari sini dihasilkan kebenderangan (brightness) dan kegelapan (darkness). Jadi dari tiga warna dasar dan persentasi pencahayaan, dapat dihasilkan warna tak terhingga banyaknya.

Sumber: Sains dan Teknologi rekayas