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

Berlayar di Angkasa dengan cahaya

Berlayar kok di luar angkasa? Bagaimana caranya? Apakah di luar
angkasa yang sepi dan gelap itu ada cukup angin yang dapat mengembangkan
layar seperti angin laut yang mengembangkan layar dan mengarahkan kapal-kapal
laut? Nah, di sinilah kunci utamanya! Menurut fisika, berlayar di luar angkasa
tidak mustahil! Tetapi konsep yang digunakan berbeda dengan konsep berlayar
menggunakan kapal laut. Di luar angkasa yang luas itu, ‘kapal layar’ tidak
mengembang dan meluncur dengan bantuan angin. Ada sesuatu yang lain yang
membantu pelayaran di dunia asing ini.
Satu perbedaan utama terletak pada layar yang digunakan. Kapal laut
selalu menggunakan layar yang terbuat dari bahan kain yang cukup kuat untuk
menerima terpaan angin selama berlayar. ‘Kapal layar luar angkasa’ justru
menggunakan layar yang terbuat dari cermin! Kapal yang mengambang di ruang
angkasa ini sama sekali tidak tergantung dari angin, tetapi justru sangat tergantung
oleh cahaya yang dipancarkan oleh matahari. Karena itulah layar ini mendapat
julukan solar sail (solar = matahari, sail = layar). Mau tahu cara kerja solar sail?
Ada tiga hal yang sangat dibutuhkan supaya pesawat luar angkasa yang
menggunakan solar sail bisa mengarungi jagad raya dengan mulus. Yang pertama
dan yang paling utama adalah sinar matahari. Yang kedua adalah cermin yang
sangat besar (luasnya bisa sebesar luas lapangan sepak bola!) tetapi sangat tipis.
Yang ketiga adalah roket yang bisa digunakan untuk melemparkan pesawat ke
orbit di luar angkasa. Sesudah diluncurkan dan berhasil keluar dari atmosfer bumi,
roket ini dilepaskan sehingga pesawat bisa melayang sendiri dengan layarnya
yang unik. Layar ini adalah cermin yang sangat luas tadi. Di luar angkasa,
cahaya matahari dapat menyerbu cermin itu (Gambar 1).

Menghancurkan Bom Nuklir dengan Sinar Neutrino dan Proton

Para fisikawan European Organization for Nuclear Research (CERN) berhasil mengukur partikel subatom bernama neutrinos yang mampu melaju melebihi kecepatan cahaya.

Pernahkah Anda membayangkan apa rasanya bisa bepergian dengan kecepatan cahaya? ‘Perjalanan Superluminal’ merupakan suatu kiasan yang umum dalam dunia sains fiksi. Namun, teori relativitas khusus Einstein melarangnya terjadi di dunia nyata.

Hal tersebut dikarenakan ketika foton bertabrakan maka energi yang dibutuhkan akan tak terhingga. Jadi, entah datanya salah atau anggapan Einstein ini kemudian tidak berlaku bersamaan dengan hampir semua keyakinan fisika modern yang ada.

Bayangkan skenario terakhir yang terjadi. Seperti apa alam semesta tanpa hukum tempat partikel memiliki kendali bebas untuk melesat dari batas kecepatan cahaya? Akan tampak dan terasa seperti apa lingkungan Anda?

Menurut fisikawan senior Michael Ibison dari Institute for Advanced Studi, Austin, Texas, Amerika Serikat (AS), dunia seperti itu akan sangat ‘menyeramkan’. Pertama, tak jelas akan seperti apa ketika Anda melihat cahaya jika Anda melewatinya.

“Membayangkan akan seperti apa dunia ini secara otomatis membuat Anda bertanya-tanya apa yang terjadi pada kemampuan melihat cahaya pada diri Anda,” ujar Ibison yang telah mempelajari kemungkinan partikel superluminal itu.

“Anda akan berjalan ke dalam cahaya yang biasanya melarikan diri dari Anda,” lanjutnya. Menurut dugaan pria ini, untuk menyerap cahaya, manusia harus memancarkannya sendiri. Konsep sebab dan akibat pada aliran waktu dalam satu arah juga akan pecah di dunia superluminal.

Bayangkan mengendarai pesawat ruang angkasa yang terbuat dari neutrino yang lebih cepat dari cahaya meroket menjauh dari Bumi. Siaran TV yang menyiarkan berita harian juga akan memancar ke luar angkasa dan siaran itu melaju dengan kecepatan cahaya.

“Jika Anda menaiki pesawat ruang angkasa neutrino dan pergi keluar angkasa pada kecepatan neutrino, maka Anda bisa mengejar ketinggalan dengan siaran TV dan akan mulai melihat video berita berjalan mundur,” papar Ibison.

Seiring aliran transmisi surut di belakang Anda, aliran akan berjalan mundur pada kecepatan apa pun yang melebihi di atas kecepatan mereka, yakni kecepatan cahaya. Bagaimana jadinya jika diam berdiri dalam semesta dengan kecepatan tak berbatas? Apa yang akan Anda lihat?

Menurut Ibison, situasi ini analog dengan berdiri di permukaan seiring sebuah jet supersonik melintas. Karena jet bergerak melebihi kecepatan suara, Anda akan melihatnya sebelum mendengarnya.

Jika akhirnya terdengar, suara akan berbentuk ledakan sonic, gelombang kejut yang terbentuk akibat suara dari pesawat yang terikat menjadi satu di belakangnya. Serupa, ia berkata, “Jika ada hal yang melaju melebihi kecepatan cahaya, seperti pesawat yang terbuat dari neutrino, Anda tak akan melihatnya hingga hal itu telah melewati Anda”.

Tiap cahaya yang dipancarkan akan mengikuti di belakangnya dan tak akan melihat pesawat neutrino itu hingga menghilang. “Ketika pesawat yang melewati hambatan suara memancarkan ledakan sonik, pesawat superluminal yang melewati kecepatan cahaya akan memancarkan kilatan cahaya,” katanya. Tak ada yang mengatakan dengan pasti skenario ini adalah nyata.

Menurut ahli fisika partikel Tufts University Hugh Gallagher yang bekerja pada percobaan neutrino Minos, hasil CERN harus direplikasi berkali-kali sebelum ia dan rekan-rekannya meninggalkan prinsip relativitas khusus. “Namun, jika hasilnya benar, maka banyak hal yang tak kita pikirkan mungkin tiba-tiba menjadi layak untuk didiskusikan lagi,” tutup Gallagher. [mdr]

Apa itu Neutrino yang sekarang disebut-sebut memiliki kecepatan lebih cepat dari cahaya?

Sesuai dengan namanya, neutrino merupakan suatu partikel yang tidak bermuatan listrik alias netral. Partikel ini diusulkan oleh Pauli pada tahun 1930. Ketika itu Pauli dan para fisikawan sedang pusing tujuh keliling karena tidak dapat menjelaskan energi yang hilang dalam peristiwa peluruhan beta (beta decay) yang mengubah netron menjadi proton dan elektron. Mereka bingung kenapa ada energi yang hilang? Apakah energi itu tidak kekal? Apakah itu berarti energi bisa dimusnahkan? Pauli kemudian mengambil inisiatif dan mengusulkan bahwa energi yang hilang ini sebenarnya dipakai oleh suatu partikel yang tidak bermassa, tidak terlihat dan bergerak dengan kecepatan cahaya. Empat tahun kemudian, Enrico Fermi menamakan partikel ini, neutrino (artinya little neutral one). Tahun 1956 Reines dan Cowan menemukan neutrino dalam eksperimen di dalam reaktor nuklir (Reines meraih hadiah nobel fisika tahun 1995).

Neutrino banyak dihasilkan dalam reaksi-reaksi fusi baik di Matahari maupun bintang-bintang lain. Matahari menghasilkan sekitar dua ratus triliun triliun triliun netrino setiap detik (nah hitung sendiri deh nolnya). Sedangkan pada supernova (bintang yang meledak di akhir hidupnya) dapat menghasilkan neutrino 1000 kali lebih banyak dari neutrino di Matahari.

Neutrino tidak berinteraksi dengan materi sehingga mereka bisa tembus berbagai benda termasuk tubuh kita. Sekitar 65 miliar neutrino dari matahari tiap cm kuadratnya tiap detik datang ke bumi

Bagaimana sih mendeteksi neutrino ini? Davis, menggunakan sebuah tangki berisi 100 ton tetrakloroetilena, semacam cairan pembersih. Neutrino mampu mengubah klor di dalam cairan ini menjadi radioaktif argon. Nah Argon ini kemudian akan meluruh lagi menjadi klor dengan memancarkan elektron. Elektron inilah yang diamati oleh detektor (alat pendeteksi). Detektor yang digunakan oleh Davis di Homestake mines, South Dakota, mencatat bahwa energi neutrino yang datang sekitar 0.81 megaelektronvolt

Kenapa orang mempelajari neutrino yang berasal dari Matahari (solar neutrino) ini? Dengan mempelajari neutrino orang akan tahu berapa laju reaksi fusi yang terjadi dibintang-bintang. Hasil ini akan membantu menjelaskan bagaimana terjadinya evolusi bintang, berapa umur bintang dan bagaimana matahari itu bersinar? Disamping itu dengan meneliti neutrino ini maka kita bisa tahu apakah neutrino itu sungguh-sungguh tidak punya massa atau ada jenis neutrino yang mempunyai massa. Ini penting untuk menguji kebenaran dari teori fisika standard model yang memprediksi bahwa neutrino itu tidak bermassa.