1. AL-KINDI
Seorang Ilmuwan Muslim 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. Buah pikir Al-Kindi
tentang optik terekam dalam kitab berjudul “De Radiis Stellarum”. Buku
yang ditulisnya itu sangat berpengaruh bagi sarjana Barat seperti Robert
Grosseteste dan Roger Bacon.
Tak heran, bila teori-teori yang
dicetuskan Al-Kindi tentang ilmu optik telah menjadi hukum-hukum
perspektif di era Renaisans Eropa. 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.
2. TEORI PARTIKEL/ZARAH
Sir Isaac Newton (1642-1727) merupakan ilmuwan berkebangsaan Inggris yang mengemukakan pendapat bahwa,
“Dari sumber cahaya dipancarkan
partikel-partikel yang sangat kecil dan ringan ke segala arah dengan
kecepatan yang sangat besar. Bila partikel-partikel ini mengenai mata,
maka manusia akan mendapat kesan melihat benda tersebut.”
Alasan dikemukakanya teori ini adalah sebagai berikut:
• Karena partikel cahaya sangat ringan
dan berkecepatan tinggi maka cahaya dapat merambat lurus tanpa
terpengaruh gaya gravitasi bumi.
• Ketika cahaya mengenai permukaan yang
halus maka cahaya akan akan dipantulkan dengan sudut sinar datang sama
dengan sudut sinar pantul sehingga sesuai dengan hukum pemantulan
Snellius. Peristiwa pemantulan ini dijelaskan oleh Newton dengan
menggunakan bantuan sebuah bola yang dipantulkan di atas bidang pantul.
• Alasan berikutnya adalah pada
peristiwa pembiasan cahaya yang disamakan dengan peristiwa
menggelindingnya sebuah bola pada papan yang berbeda ketinggian yang
dihubungkan dengan sebuah bidang miring. Dari permukaan yang lebih
tinggi bola digelindingkan dan akan terus menggelinding melalui bidang
miring sampai akhirnya bola akan menggelinding di permukaan yang lebih
rendah. Jika diamati perjalanan bola, maka sebelum melewati bidang
miring lintasan bola akan membentuk sudut α terhadap garis tegak lurus
pada bidang miring. Setelah melewati bidang miring lintasan bola akan
membentuk sudut β terhadap garis tegak lurus pada bidang miring. Jika
permukaan atas dianggap sebagai udara dan permukaan bawah dianggap
sebagai air serta bidang miring merupakan batas antara udara dan air,
gerak bola dianggap sebagai jalannya pembiasan cahaya dari udara ke air,
maka Newton menganggap bahwa kecepatan cahaya dalam air lebih besar
dari pada kecepatan cahaya dalam udara.
Pendapat ini masih bertahan hingga
akhirnya seorang ahli fisika Prancis, Jean Focault (1819 - 1868)
melakukan percobaan tentang pengukuran kecepatan cahaya dalam berbagai
medium. Dalam percobaannya Jeans Focault mendapatkan kesimpulan bahwa
kecepatan cahaya dalam air lebih kecil dari pada kecepatan cahaya dalam
udara.
3. TEORI KUANTUM
Adalah Max Planck (1858-1947), ilmuwan
fisika teori Jerman, yang mencetuskan gagasan awal tentang teori
kuantum. Ini lahir dari upayanya untuk menjelaskan teka-teki fisika yang
berkaitan dengan pancaran tenaga (energi) gelombang elektromagnet oleh
benda (hitam) panas. Pemecahannya ia temukan pada 1901 dengan anggapan
bahwa “tenaga gelombang elektromagnet dipancarkan dan diserap bahan
dalam bentuk catu-catu tenaga (diskrit) yang sebanding dengan frekuensi
gelombang elektromagnet”.
Catu tenaga ini disebutnya kuanta
(latin: sekian banyak: kuantum, bentuk tunggalnya). Dengan demikian,
tahun 1901 dicatat sebagai awal bergilirnya bola teori kuantum. Namun,
para fisikawan seangkatannya memandang gagasan Planck ini tidak
mempunyai makna fisika yang jauh melainkan sekadar sebagai suatu kiat
matematika belaka.
Empat tahun kemudian, pemuda Albert
Einstein (1879-1955) mencatat dirinya sebagai orang pertama yang
menerapkan gagasan Planck lebih jauh dalam fisika. Salah satunya,
berkaitan dengan “efek fotolistrik”, yaitu teka-teki terbebaskannya
elektron-elektron dari permukaan logam bila disinari cahaya (gelombang
elektromagnet).
Penjelasannya, karena elektron-elektron
itu ditumbuk dan ditendang keluar oleh kuanta-kuanta cahaya yang
berperilaku sebagai partikel (zarah). Kuanta cahaya ini disebut
Einstein, foton. Dengan demikian, cahaya (gelombang elektromagnet) yang
mulanya dipandang sebagai gelombang, kini diperlakukan pula sebagai
partikel oleh Einstein.
Bahwa foton menumbuk elektron, seperti
halnya tumbukan dua bola bilyard, kemudian dibuktikan dengan percobaan
oleh Arthur H. Compton (1892-1962) dari Amerika Serikat pada 1923, yang
mengabadikan namanya dengan peristiwa itu.
Gelombang partikel
Gagasan foton Einstein kemudian
diterapkan Louis de Broglie pada 1922, sebelum Compton membuktikannya,
untuk menurunkan Hukum Wien (1896). Ini menyatakan bahwa “bagian tenaga
elektromagnet yang paling banyak dipancarkan benda (hitam) panas adalah
yang frekuensinya sekitar 100 milyar kali suhu mutlak (273 + suhu
Celsius) benda itu”. Pekerjaan ini ternyata memberi dampak yang berkesan
bagi de Broglie.
Pada musim panas 1923, de Broglie
menyatakan, “secara tiba-tiba muncul gagasan untuk memperluas perilaku
rangkap (dual) cahaya mencangkup pula alam partikel”. Ia kemudian
memberanikan diri dengan mengemukakan bahwa “partikel, seperti elektron
juga berperilaku sebagai gelombang”. Gagasannya ini ia tuangkan dalam
tiga makalah ringkas yang diterbitkan pada 1924; salah satunya dalam
jurnal vak fisika Perancis, Comptes Rendus.
Penyajiannya secara terinci dan lebih
luas kemudian menjadi bahan tesis doktoralnya yang ia pertahankan pada
November 1924 di Sorbonne, Paris. Tesis ini berangkat dari dua persamaan
yang telah dirumuskan Einstein untuk foton, E=hf dan p=h/. Dalam kedua
persamaan ini, perilaku yang “berkaitan” dengan partikel (energi E dan
momentum p) muncul di ruas kiri, sedangkan ruas kanan dengan gelombang
(frekuensi f dan panjang gelombang , baca: lambda). Besaran h adalah
tetapan alam yang ditemukan Planck, tetapan Planck.
Secara tegas, de Broglie mengatakan
bahwa hubungan di atas juga berlaku untuk partikel. Ini merupakan
maklumat teori yang melahirkan gelombang partikel atau de Broglie. Untuk
partikel, seperti elektron, momentum p adalah hasilkali massa
(sebanding dengan berat) dan lajunya. Karena itu, panjang gelombang de
Broglie berbanding terbalik dengan massa dan laju partikel. Sebagai
contoh, elektron dengan laju 100 cm per detik, panjang gelombangnya
sekitar 0,7 mm.
4. TEORI GELOMBANG ROBERT HOOKE
Tidak berlebihan bila kita menyebutkan
bahwa Ilmu Kekuatan Material (Strength of Material), dibangun di atas
hukum Hooke. Oleh karenanya nama Robert Hooke sangat familiar bagi siapa
saja yang menggeluti dunia mekanika material. Hukum Hooke itu
berbunyi,perubahan panjang suatu benda berbanding lurus dengan beban
yang diterimanya. Material yang memenuhi syarat ini terkenal dengan
namaHookean Material.Sedangkan yang tidak, seperti karet dan sebagian
besar polimer yang superelastis, disebut Non-Hookean Material.
Hooke adalah seorang genius yang
memiliki keahlian di banyak bidang, antara lain biologi, arsitektur,
filsafat, mekanika, bahkan astronomi. Tapi sayang Robert Hooke tidak
mendapatkan penghargaan yang setimpal dengan karyanya dari sejarah.
Salah satu penyebabnya adalah, dia menjadi rival berat Isaac Newton dan
menjadi salah satu penentang sengit teori-teori Newton. Pada akhirnya
sejarah lebih berpihak kepada Newton, dan menenggelamkan nama Robert
Hooke.
Lahir tahun 1635, di Pulau White, dekat
kota Portsmouth Inggris bagian selatan. Putera kedua seorang asisten
gereja. Setelah lulus dari Oxford University, Hooke memulai karirnya
sebagai peneliti dengan menjadi asisten Professor Robert Boyle (perumus
hukum termodinamika Boyle). Setelah itu Hooke menjadi sekjen Asosiasi
Peneliti London (New Royal Society) yang didirikan oleh ratu Inggris.
Pada tahun 1672, Newton yang baru saja menjadi anggota asosiasi tersebut
mengeluarkan teorinya bahwa cahaya terdiri dari partikel (corpuscular
theory). Terhadap hipotesa ini Hooke menentang dengan sangat sengit dan
menguatkan teori bahwa,
“cahaya adalah gelombang (wave theory)..
Pada sains modern akhirnya terbukti bahwa cahaya memiliki dualisme
antara sifat partikel dan gelombang.”
Pada tahun 1687, Newton menulis buku
fenomenalnya The Principiadan di dalamnya ada hukum mengenai gravitasi
universal, yang besarnya berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara
dua benda. Hukum ini bisa menjelaskan postulat-postulat sebelumnya dari
Kepler dan lainnya. Hooke mengklaim bahwa ide besar tersebut berasal
darinya dan Newton mengambilnya dari korespondensi mereka berdua.
Setelah Hooke meninggal tahun 1703,
Newton terpilih menjadi presiden Royal Society. Diceritakan bahwa ketika
gedung Royal Society dipindah, Newton melenyapkan semua gambar dan
paper Hooke yang ada di dalam gedung lama. Karena itu Hooke terkadang
disebut sebagai, “Manusia Yang Dihapus Oleh Newton”. Mungkin karena
temperamennya yang dikenal tidak stabil, Hooke meski menyandang julukan
Da Vinci abad ke-17 tidak mendapat popularitas yang selevel dengan
karya-karyanya.
5. TEORI EUCLID DAN PTOLEMY
Teori tentang penglihatan dicetuskan oleh Ptolomeus dan Euclid. Menurut mereka,
“ penglihatan dihasilkan oleh pancaran cahaya dari mata.”
Namun, teori ini tidak bisa memberikan
penjelasan yang masuk akal. Teori ini juga tidak bisa menjelaskan
mengapa ukuran objek bergantung dari jarak objek dengan orang yang
melihatnya.
6. TEORI ELEKTROMAGNETIK FARADAY
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
khususmenggantikan 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 olehAlbert Einstein.
7. TEORI DUALITAS 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
olehAlbert Einstein pada awal abad 20, 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.
Pada pada tahun 1924 eksperimen oleh
Louis de Brogliemenunjukanelektron juga mempunyai sifat dualitas
partikel-gelombang. Einstein mendapatkan penghargaan Nobel pada tahun
1921 atas karyanya tentang dualitas partikel-gelombang pada foton, dan
de Broglie mengikuti jejaknya pada tahun 1929 untuk partikel-partikel
yang lain.
8. TEORI ABAD KE 10
Ilmuwan 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.
9. TEORI GELOMBANG/RAY
Teori gelombang berjalan merupakan suatu
model matematika yangpenting di dalam ilmu fisika. Banyak fenomena
alamyang nampaknyatidaksaling berkaitandapat diterangkanmenggunakan
solusi persamaan gelombang, yakni persamaan dasar teori gelombang.
Teorigelombang adalah satu bagian yang fundamentaldari teori kuantum
modern dan solusi-solusipersamaan gelombang digunakan untuk menjelaskan
sejumlah gejala-gejala klasik.Pemahaman yang baik mengenaiteori
gelombang dikembangkandalam konsep cahaya akanmembantu di dalam memahami
gejala phisik yang berbeda-beda seperti gelombang padapermukaan air,
getaran pada dawai dan pegas, dan gelombang seismic.
Persaman matematika yang biasa digunakan
dalam teori gelombang adalah persamaan diferensial orde kedua dan
persamaan diferensial parsial.
Christian Huygens (1629-1695)
mengembangkan teori gelombang cahaya . tahun 1678. Isaac Newton
(1642-1727) mengusulkan satu teori berdasarkan pada partikel dari cahaya
tampak.Ilmuwan newton memicu perselisihan pendapat dari beberapa
ilmuwansepanjang abad 18th, sebagai contoh Leonard Euler (1707-1783) dan
Benyamin Franklin(1706-1790), menerima teori gelombang dan menolak
teori partikel dari Newton. Pada tahun1801 Thomas Young (1773-1829) dan
pada tahun 1814 Augustin Jean Fresnel (1788-1827)melakukan
percobaan-percobaanuntuk menunjukkan difraksi dan interferens cahaya
danmemberikan penjelasan teoritis dari percobaan-percobaan melalui
penggunaan teori gelombang. Fresnel bisa menjelaskan perambatan lurus
menggunakan teori gelombang, dengan demikian dia dapat menjelaskan dari
kelemahan utama Newton tentang teori gelombang. Teori gelombang ini
menyatakan bahwa,
“gelombang cahaya akan berinterferensi
dengan gelombang cahaya yang lain seperti gelombang bunyi (seperti yang
disebut oleh Thomas Youngpada kurun ke-18), dan cahaya dapat
dipolarisasikan.”
Kelemahan teori ini adalah gelombang
cahaya seperti gelombang bunyi, memerlukan medium untuk dihantar. Suatu
hipotesis yang disebutluminiferous aether telah diusulkan, tetapi
hipotesis itu tidak disetujui.
10. TEORI ELEKTROMAGNETIK MAX WELL
Percobaan James Clerk Maxwell (1831 -
1879) seorang ilmuwan berkebangsaan Inggris (Scotlandia) menyatakan
bahwa cepat rambat gelombang elektromagnetik sama dengan cepat rambat
cahaya yaitu 3×108 m/s, oleh karena itu Maxwell berkesimpulan bahwa
cahaya merupakan gelombang elektromagnetik. Kesimpulan Maxwell ini di
dukung oleh:
Seorang ilmuwan berkebangsaan Jerman,
Heinrich Rudolph Hertz (1857 - 1894) yang membuktikan bahwa gelombang
elektromagnetik merupakan gelombang tranversal. Hal ini sesuai dengan
kenyataan bahwa cahaya dapat menunjukkan gejala polarisasi.
Percobaan seorang ilmuwan berkebangsaan
Belanda, Peter Zeeman (1852 - 1943) yang menyatakan bahwa medan magnet
yang sangat kuat dapat berpengaruh terhadap berkas cahaya.
0 komentar:
Posting Komentar