Teori Tentang Cahaya Menurut Para Ahli Fisika

13 Macam Teori Tentang Cahaya Menurut Para Ahli Fisika

Dari pengertian tentang cahaya di atas, kita ketahui bahwa cahaya dapat bertindak sebagai “gelombang” elektromagnetik dan juga sebagai “partikel” foton. Oleh karena itu, bermunculan teori-teori atau pendapat tentang cahaya. Ada yang beranggapan cahaya sebagai gelombang dan ada juga yang beranggapan cahaya sebagai partikel. Perbedaan dua pandangan tentang cahaya tersebut, kemudian dikenal sebagai dualisme gelombang-partikel.

Namun jauh sebelum lahirnya dualisme gelombang, para ahli fisika pada zaman dahulu telah merumuskan konsep atau hakekat tentang cahaya. Nah, pada kesempatan kali ini, kita akan belajar mengenai beberapa teori atau pendapat mengenai cahaya yang dikemukakan oleh para ahli fisika. Silahkan kalian simak penjelasan berikut ini. Selamat membaca.

#1 Pendapat Plato dan Euclides

Plato (429 – 348 SM) dan Euclides (287 – 212 SM) berasal dari Yunani, keduanya berpendapat bahwa kita dapat melihat benda di sekeliling kita karena dari mata kita memancarkan sinar-sinar pengelihatan yang berbentuk kumis-kumis peraba. Apabila kumis-kumis peraba menyentuh benda, maka kita akhirnya dapat melihat benda tersebut.

#2 Pendapat Aristoteles

Aristoteles (384 – 322 SM) juga berasal dari Yunani. Ia menentang adanya kumis-kumis peraba, karena pada kenyataannya kita tidak dapat melihat benda-benda yang berada di dalam ruangan gelap. Menurut Aristoteles, pengelihatan merupakan bentuk yang diterima mata dari objek yang sedang dilihat. Tetapi sayangnya, Aristoteles sendiri tidak dapat menjelaskan, mengapa mata dapat melihat benda. Akhirnya, teori kumis-kumis peraba ini dapat bertahan sampai abad pertengahan.

#3 Pendapat Al-Kindi

Al-Kindi (801 – 873 M) merupakan ilmuwan muslim pertama yang mencurahkan pikirannya udah mengkaji ilmu optik. Secara lugas, Al-Kindi menolak konsep pengelihatan yang dikemukakan oleh Aristoteles. Menurut Al-Kindi, pengelihatan justru ditimbulkan karena ada daya pencahayaan yang berjalan dari mata ke objek dalam bentuk kerucut radiasi yang padat.

#4 Pendapat Al-Haytham

Al-Haytham (965 – 1040 M) adalah ilmuwan muslim yang paling populer di bidang optik. Sang ilmuwan muslim ini meyakini bahwa sinar cahaya keluar dari garis lurus di setiap titik dari permukaan yang bercahaya. Ia juga menyatakan bahwa mata dapat melihat suatu benda karena benda tersebut mengeluarkan cahaya yang kemudian ditangkap mata.

Selain itu, Al-Haytham juga mencetuskan teori tentang berbagai macam fenomena fisik seperti banyangan, gerhana dan juga pelangi. Menurutnya, warna-warna pelangi terbentuk karena cahaya matahari dipantulkan awan sebelum mencapai mata.

#5 Pendapat Kamal Al-Din Al-Farisi

Salah satu bagian yang paling penting dalam karya Al-Farisi (1267 – 1319 M) adalah komentarnya tentang teori pelangi yang menyangkal pendapat Al-Haitham. Menurutnya, teori yang dicetuskan Ibnu Haitham dinilai mengandung kelemahan karena tidak melalui sebuah penelitian yang objektif.

Al-Farisi kemudian mengusulkan sebuah teori baru tentang pelangi. Menurut dia, pelangi terjadi karena sinar atau cahaya matahari dibiaskan dua kali dengan titik air hujan yang turun. Satu atau lebih pemantulan cahaya terjadi di antara dua pembiasan. Al-Farisi membuktikan teori pelanginya melalui eksperimen menggunakan sebuah lapisan transparan yang diisi dengan air dan sebuah kamera obscura.

#6 Pendapat Al-Hasan

Al-Hasan (965-1038 M) adalah seorang ilmuwan Mesir yang mengemukakan pendapat bahwa mata dapat melihat benda-benda di sekeliling karena adanya cahaya yang dipancarkan atau dipantulkan oleh benda-benda yang bersangkutan masuk ke dalam mata. Teori ini akhirnya dapat diterima oleh orang banyak sampai abad ke-20 ini.

#7 Teori Emisi Oleh Sir Isaac Newton

Sir Isaac Newton (1642 – 1727) adalah seorang ilmuwan berkebangsaan Inggris. Pada tahun 1672 ia berpendapat bahwa:

■ Cahaya adalah pancaran partikel-partikel yang sangat kecil dan ringan berupa garis lurus ke segala arah dengan kecepatan yang sangat besar. Bila partikel-partikel ini mengenai mata, maka kita mendapat kesan melihat sumber cahaya itu.

■ Kecepatan cahaya dalam medium rapat lebih besar daripada kecepatan cahaya dalam medium renggang.

Kelemahan teori emisi Newton adalah sebagai berikut:

■ Teori Newton mengenai kecepatan cahaya tidak sesuai dengan hasil percobaan Foucault di mana kecepatan cahaya dalam medium rapat ternyata lebih kecil dari pada kecepatan cahaya dalam medium renggang.

■ Teori Newton tidak dapat menerangkan terjadinya gejala difraksi (pelenturan) dan interferensi (perpaduan) pada celah sempit. Gejala ini telah dibuktikan kebenarannya oleh Thomas Young (1773 – 1829 M) dan Agustin Fresnel (1788 – 1827 M).

#8 Percobaan Jean Beon Foucault

Teori emisi Newton ternyata memiliki kelemahan setelah Jean Focault (1819 – 1868 M) melakukan percobaan tentang pengukuran kecepatan cahaya dalam berbagai medium pada tahun 1850. Dalam percobannya, Jean Focault mendapatkan kesimpulan bahwa kecepatan cahaya dalam air lebih kecil daripada kecepatan cahaya dalam udara.

Dengan demikian, teori Newton yang menyatakan bahwa kecepatan cahaya dalam medium rapat lebih besar daripada kecepatan cahaya dalam medium renggang tidak benar.

#9 Teori Gelombang Oleh Christian Huygens

Christian Huygens (1629 – 1695) adalah seorang Ilmuwan berkebangsaan Belanda yang menerangkan bahwa cahaya pada dasarnya sama dengan bunyi, yaitu berupa gelombang. Perbedaan cahaya dengan bunyi hanya terletak pada panjang gelombang dan frekuensinya. Karena cahaya sebagai gelombang, maka harus ada medium (zat perantara) agar dapat merambat dalam ruang hampa.

Medium gelombang cahaya dalam ruang hampa disebut zat eter yaitu zat ringan yang elastis, diam dan mengisi seluruh ruang alam semesta. Teori Huygens ini dapat dengan mudah menjelaskan gejala-gejala pemantulan (refleksi), pembiasan (refraksi), pelenturan (difraksi) dan perpaduan (interferensi) cahaya.

Kelemahan teori gelombang Huygens adalah sebagai berikut:

■ Teori Huygens tidak dapat menerangkan tentang sifat cahaya yang merambat lurus, hal ini dengan mudah dapat diterangkan oleh teori Newton.

■ Bukti-bukti eksperimen tentang adanya zat eter tidak pernah terbukti. Hal ini telah dibuktikan oleh Albert Abraham Michelson (1852 – 1931) dan Edward William Morley (1838 – 1923) dari Amerika.

#10 Teori Gelombang Elektromagnetik Oleh James Clark Maxwell

James Clerk Maxwell (1831 – 1879) adalah seorang ilmuwan asal Inggris (Skotlandia) yang menyatakan bahwa cahaya adalah gelombang elektromagnetik. Cepat rambat gelombang elektromagnetik sama dengan cepat rambat cahaya yaitu 3 × 10⁸ m/s. Kesimpulan Maxwel ini diperkuat oleh percobaan-percobaan para ilmuwan berikut ini.

■ Heinrich Rudolph Hertz (1857 – 1894), ilmuwan Jerman yang membuktikan bahwa gelombang elektromagnetik itu sebagai gelombang transversal. Hal ini sesuai dengan kenyataan bahwa cahaya dapat menunjukkan gejala polarisasi (ex. difraksi dan interferensi).

■ Pieter Zeeman (1852 – 1943), ilmuwan Belanda, Percobaan yang dilakukannya pada tahun 1896 menunjukkan bahwa adanya pengaruh medan magnet yang kuat terhadap berkas cahaya.

■ Johanes Stark (1874 – 1957), ilmuwan Jerman pada percobaan yang dilakukan pada tahun 1913 yang memberikan hasil bahwa medan listrik yang sangat kuat berpengaruh terhadap berkas cahaya.

#11 Teori Kuantum Oleh Max Karl Ernst Ludwig Planck

Teori kuantum pertama kali dicetuskan pada tahun 1900 oleh seorang ilmuwan berkebangsaan Jerman bernama Max Karl Ernst Ludwig Planck (1858 –1947). Dalam percobaannya, Planck mengamati sifat-sifat termodinamika radiasi benda-benda hitam sehingga ia berkesimpulan bahwa energi cahaya terkumpul dalam paket-paket energi yang disebut kuanta atau foton.

Kemudian pada tahun 1901, Planck mempublikasikan teori kuantum cahaya yang menyatakan bahwa cahaya terdiri dari paket-paket energi yang disebut kuanta atau foton. Akan tetapi dalam teori ini, paket-paket energi atau partikel penyusun cahaya yang dimaksud berbeda dengan partikel yang dikemukakan oleh Newton. Karena foton tidak bermassa sedangkan partikal pada teori Newton memiliki massa.

#12 Percobaan Efek Fotolistrik Albert Einstein

Pernyataan Planck ternyata mendapat dukungan dengan adanya percobaan Albert Einstein (1879 – 1955) pada tahun 1905 yang berhasil menerangkan gejala fotolistrik dengan menggunakan teori Planck. Fotolistrik adalah peristiwa terlepasnya elektron dari suatu logam yang disinari cahaya dengan panjang gelombang tertentu.

Akibatnya, percobaan Einstein justru bertentangan dengan pernyataan Huygens dengan teori gelombangnya. Pada efek fotolistrik, besarnya kecepatan elektron yang terlepas dari logam ternyata tidak bergantung pada besarnya intensitas cahaya yang digunakan untuk menyinari logam tersebut. Sedangkan menurut teori gelombang seharusnya energi kinetik (energi yang terjadi karena adanya kecepatan) elektron bergantung pada intensitas cahaya.

#13 Hipotesis Lous de Broglie

Louis de Broglie, seorang ahli fisika Perancis, mengemukakan gagasannya tentang gelombang materi pada tahun 1924. Gagasan ini merupakan penerapan yang lebih luas dari gagasan partikel cahaya yang dikemukakan oleh Max Planck dan Albert Einstein. Argumen de Broglie menghasilkan persamaan untuk menghitung panjang gelombang satu partikel, yaitu sebagai berikut.

λ = h/(mv)

Keterangan:

λ = panjang gelombang (m)

m = massa partikel (kg)

v = kecepatan partikel (m/s)

h = tetapan Planck (6,626 × 10^–34 Joule.s)

Broglie membuat suatu hipotesis bahwa apabila cahaya memiliki sifat partikel, maka partikel juga memiliki sifat gelombang. Dengan demikian, cahaya mempunyai sifat dualisme yaitu sebagai partikel dan gelombang.

Menurut de Broglie, gerakan partikel mempunyai ciri-ciri gelombang. Hipotesis de Broglie kemudian terbukti kebenarannya, ketika ditemukan bahwa elektron menunjukan sifat difraksi seperti halnya sinar X. Sifat gelombang dari elektron digunakan dalam mikroskop elektron. Hipotesis Louis de Broglie sebenarnya berlaku untuk setiap benda yang bergerak.

Namun demikian, jika diterapkan untuk benda-benda biasa, seperti bola golf atau peluru, yaitu benda yang mempunyai massa relatif besar, maka persamaan de Broglie akan menghasilkan panjang gelombang yang sangat kecil, tidak teramati.