1. Agar pembaca dan pelaku pendidikan dapat memahami sejarah perkembangan fisika, secara khusus pada perkembangan ilmu iptrik dan mengenali
5.4 Perkembangan Optik Periode II (1550 M – 1800 M)
Berbeda dengan Periode I, di Periode II ini sudah banyak dilakukan eksperimen untuk mendukung kebenaran dari teori-teori yang telah dikemukakan. Penemuan-penemuan di Periode II ini dimulai ketika orang-orang mulai gemar mengamati pelangi, hingga akhirnya diketahui bahwa pelangi disebabkan oleh pembiasan cahaya oleh air. selain itu, di abad ke-16 ini juga sudah mulai dibuat mikroskop yang menggunakan lensa gabungan yaitu lensa objektif dan lensa okuler oleh Antony van Leuwenhoek (1632-1723) dari Belanda.
Satu abad berselang dengan tempat yang sama yaitu di Belanda, tepatnya pada abad ke-17 atau sekitar tahun 1608 M untuk pertama kalinya seseorang mengklaim bahwa dia adalah orang yang pertama menemukan teleskop. Orang tersebut adalah Hans Lippershey. Teleskop yang ditemukan Hans Lippershey ini hanya bisa memperbesar tiga kali lipat ukuraan semula. Awalnya Lippershey ini memegang sebuah lensa di depan lensa lain dan meletakkannya di sebuah tabung kayu dan teleskop Hns Lippershey pun tercipta.
Namun, satu tahun kemudian Galileo Galilei yaitu tahun 1609 M, Galileo mendengar bahwa seseorang telah menemukan teleskop di Belanda. Namun, berita itu masih samar-samar di telinganya. Akhirnya, berkat kecerdasannya, ia mampu mempelajarai perangkat teleskop Lippershey dan berhasil membuat teleskopnya sendiri yang lebih canggih pada masa itu karena dapat melakukan perbesaran hingga 20 kali lipat. Teropong yang ditemukan Galileo ini sekarang disebut teleskop panggung. Baik Lippershey maupun Galileo sama-sama mengkombinasikan lensa cekung dan lensa cembung.
92
Kemudian pada tahun 1611, Keppler menyempurnakan desain teleskop Galileo yaitu dengan menggunakan dua buah lensa cembung sehingga gambar yang dihasilkan terbalik. Desain Keppler ini masih menjadi desain utama refraktor masa kini hanya saja mungkin ada perbaikan dalam lensa dan kaca.
Selama abad ke-15 sampai abad ke-16, para ilmuwan berlomba-lomba untuk menghitung kecepatan cahaya dengan berbagai cara. Ada yang menggunakan cara yang hampir sama ketika menghitung kecepatan suara, yaitu dengan menyuruh seseorang berdiri di atas bukit yang sangat jauh kemudian menyalakan sebuah lentera. Selang waktu ketika cahaya lentera dinyalakan dengan cahaya yang dilihat oleh pengamat di bawah bukit itulah yang menjadi dasar perhitungan kecepatan cahaya. Ilmuwan yang menggunakan metode ini adalah Galileo Galilei. Namun Galileo tidak menemukan selang waktu tersebut, sehingga Galileo nenyatakan bahwa kecepatan cahaya sangat cepat bahkan tak berhingga.
Pada tahun 1670-an, Ole Romer (1644-1710), mengamati bulan-bulan di Planet Jupiter. Dia mengamati berapa lama waktu yang dibutuhkan bulan-bulan itu untuk bergerak ke belakang Jupiter. Namun, dia heran karena mendapati waktu bulan muncul dan menghilang berbeda-beda, terkadang lebih cepat dan terkadang lebih lambat dari waktu yang telah dihitung. Romer pun mengambil kesimpulan bahwa kecepatan cahaya mempunyai batas. Itu mengacu dari posisi Bumi saat dia melakukan pengamatan. Dan jeda waktu tadi diketemukan sebesar 16,7 menit. Romer menganggap bahwa jarak Bumi-Jupiter sebesar 2 AU. Dapat disimpulkan bahwa C = 2 AU/16,7 menit = 300,000 km/s.
Walaupun saat itu tetapan AU (Satuan Astronomi) masih belum ditetapkan, tetapi dari hasil pengamatan Romer tersebut membuktikan bahwa kecepatan cahaya sangat besar. Pantas saja Galileo gagal mengukurnya karena mungkin jarak pengamatan yang dilakukan Galileo kurang jauh.
93
Pada tahun 1675, Sir Isaac Newton dalam Hypothesis of Light menyatakan bahwa cahaya terdiri dari partikel halus yang memancar ke segala arah dari sumbernya. Jika partikel diamggap tidak bermassa, maka suatu benda bersinar tidak akan kehilangan massanya hanya karena memancarkan cahaya, dan cahaya itu sendiri tidak dipengaruhi oleh gravitasi. Teori Newton ini dikenal dengan nama Teori Emisi.
Pada tahun 1678, Christian Huygens mengatakan teori bahwa cahaya dipancarkan ke segala arah sebagai gelombang seperti bumi. Sehingga jike demikian cahaya akan memiliki frekuensi dan panjang gelombang. Pada zaman Newton dan Huygens hidup, orang-orang beranggapan bahwa cahaya selalu memerlukan energi dalam perambatannya. Namun, ruang antara bintang maupun planet di antariksa merupakan ruang hampa udara. Inilah yang membuat kebingungan, jika cahaya seperti yang dikatakan oleh Huygens maka medium apakah yang menghantarkan cahaya di ruang angkasa? Sehingga Huygens menjawab kritik ini dengan berhipotesis bahwa ada zat yang bernama eter sebagai perantara di ruang hampa. Zat ini sangat ringan, tembus pandang, dan memenuhi seluruh alam semesta. Eterlah yang ‗mengantarkan cahaya dari bintang-bintang sampai ke Bumi.
Newton menjelaskan cahaya bagaikan peluru yang melaju mengikuti lintasan lurus. Anehnya dilain tempat Newton malah mengusulkan teori getaran eter untuk menjelaskan sifat cahaya. Ini memperlihatkan ketidakkonsistenan Newton. Tapi Newton percaya bahwa eter terdiri dari partikel yang sangat halus yang membuatnya bersifat sangat renggang dan lenting. Alam tanpa eter tidak mungkin menghantar gelombang. Newton bersikukuh menolak ide Huygens bahwa cahaya bersifat gelombang. Menurut Newton gelombang akan melebar dan mengisi seluruh ruang seperti gelombang air mengisi ceruk kolam, padahal dalam praktik cahaya mengikuti garis lurus dan tidak mengisi ruang bayangan. Pada kesempatan lain Newton menyatakan lebih suka langit tetap kosong daripada diisi eter.
94
Bagaimanapun juga sekiranya ruang angkasa diisi eter maka perjalanan benda langit terhambat. Implikasi ini tidak teramati, ia tetap lebih suka alam tanpa eter, persis seperti ajaran atonomi yunani. Dari sini dapat disimpulkan bahwa Newton masih bimbang perihal cahaya, ia tidak dapat memilih antara model peluru dan getaran eter meski condong pada yang pertama. Dalam edisi kedua ‗Principia‘ (1713) Newton kembali menutup segala spekulasi dan menulis ―saya tidak mengakali hipotesa‖. Sampai pertengahan abad ke-18, tidak ada percobaan-percobaan yang mendukung kebenaran bahwa cahaya diumpamakan sebagai peluru di atas.
Tokoh-Tokoh Pada periode II dan Penemuannya PERIODE II
Nama Gambar Tokoh Hal Penting
Galileo Galilei (1564-1642)
-Sumbangannya dalam keilmuan antara lain adalah penyempurnaan teleskop
(dengan 32x pembesaran) dan berbagai observasi astronomi seperti menemukan satelit alami Jupiter -Io, Europa, Ganymede, dan Callisto- pada 7 Januari 1610. Buku karangannya adalah Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo yang kemudian diterbitkan di Florence pada 1632, dan Discorsi e dimostrazioni matematiche, intorno à due nuove scienze diterbitkan di Leiden pada 1638.
95 Johannes Kepler
(1571 - 1630)
-Dalam bukunya Iklan Vitellionem Paralipomena, Kepler menyatakan bahwa intensitas cahaya dari sumber titik berbanding terbalik dengan kuadrat jarak dari sumbernya, cahaya yang dapat diperbanyak melalui jarak jauh tanpa batas dan bahwa kecepatan propagasi adalah tak terbatas.
-Dalam Dioptrice, Kepler disajikan penjelasan tentang prinsip-prinsip yang terlibat dalam mikroskop lensa konvergen / divergen dan teleskop. Dalam risalah yang sama, ia menyarankan agar teleskop dapat dibangun menggunakan tujuan konvergen dan lensa mata konvergen dan menggambarkan kombinasi lensa yang kemudian akan menjadi dikenal sebagai lensa tele. Ia menemukan refleksi internal total, tetapi tidak dapat menemukan hubungan yang memuaskan antara sudut datang dan sudut bias.
Van Roijen Willebord Snell (1580-1626)
-Ia menemukan hukum refraksi, secara optik geometris modern, pada tahun 1621, ia tidak mempublikasikan hal itu. -Penemuan Snell tentang pembiasan tidak disebutkan dalam hal kecepatan cahaya. Kecepatan cahaya dalam ruang kosong tidak ditentukan sampai 1676, dan kecepatan di air tidak diukur sampai
1850. Dari pengamatannya,
96
bias sebagai rasio dari sinus dari sudut insiden ke sinus dari sudut pembiasan. Hubungan ini dikenal sebagai hukum Snell.
Rene Descartes (1596 - 1650)
-Para matematikawan dan filsuf Rene Descartes (Perancis, 1596-1650) menerbitkan karya Snell pada tahun 1637 di Dioptrique La nya. Descartes menentukan sudut refraksi dan menunjukkan hukum sinus dari refraksi optik yang Willebrord Snell sebelumnya berasal.
Francesco Maria Gimaldi
(1618-1663)
-Francesco Maria Grimaldi (Italia, 1618-1663). Dalam Physico-mathesis nya lumine de, coloribus et Iride, diterbitkan pada 1655, menggambarkan pengamatan difraksi ketika ia melewati cahaya putih melalui lubang kecil. Grimaldi menyimpulkan bahwa cahaya adalah cairan yang menunjukkan gelombang-seperti gerakan.
97 Robert Hooke
(1635-1703)
Pada 1655, Hooke menerbitkan risalahnya, Micrographia. Dalam buku itu, dijelaskan Hooke pengamatan dengan mikroskop senyawa yang memiliki lensa objektif dan lensa konvergen mata konvergen. Dalam buku yang sama, ia menggambarkan pengamatannya dari warna yang dihasilkan dalam serpihan dari mika, gelembung sabun dan film minyak di atas air. Dia mengakui bahwa warna diproduksi di mika serpih ini terkait dengan ketebalan mereka tetapi tidak mampu untuk membangun hubungan yang pasti antara ketebalan dan warna. Hooke diajukan sebuah teori gelombang untuk propagasi cahaya.
Isaac Newton (1642 - 1727)
-Newton menyimpulkan bahwa sinar matahari terdiri dari cahaya warna yang berbeda yang dibiaskan oleh kaca untuk luasan yang berbeda. Ini adalah awal dari optik fisik.
-Newton 's Opticks diterbitkan pada 1704. Dalam buku itu, Newton mengemukakan pandangannya bahwa cahaya adalah partikel tetapi bahwa partikel dapat merangsang gelombang di aether. Kepatuhan-Nya kepada sifat partikel cahaya didasarkan terutama pada anggapan bahwa perjalanan cahaya dalam garis lurus sedangkan gelombang bisa menekuk ke daerah bayangan. Newton juga membangun teleskop refraksi karena ia menduga bahwa
98
cahaya putih terdiri dari spektrum cahaya. Dia bereksperimene dengan menembakan cahaya putih menjadi warna pelangidi sekitar cerah objek astronoomi. Christian
Huygens
(Belanda , 1629 - 1695)
Peran Christian Huygens dalam bidang optik
Huygens dikenal dengan teori gelombang cahaya. ―Cahaya adalah suatu peristiwa gelombang seperti halnya dengan bunyi.
5.5 Perkembangan Optik Periode III (Periode singkat, 1800 M s.d. 1890 M) Periode III ini merupakan periode tersingkat dalam sejarah perkembangan optik. Periode III dimulai ketika ketika sekitar tahun 1801, Thomas Young dan Agustin Fresnell membuktikan bahwa cahaya dapat melentur (difraksi) dan dapat mengalami interferensi ketika dilewatkan pada dua celah sempit. Ternyata peristiwa ini tidak dapat diterangkan oleh teori emisi Newton. Selain tidak dapat menjelaskan peristiwa difraksi dan interferensi, teori emisi Newton pun tidak dapat menjelaskan bahwa kecepatan cahaya di dalam air lebih kecil dibandingkan kecepatan cahaya di udara. Sehingga anggapan bahwa cahaya merupakan gelombang semakin kuat.
Selanjutnya Maxwell (1831-1874) mengemukakan pendapatnya bahwa cahaya dibangkitkan oleh gejala kelistrikkan dan kemagnetan sehingga tergolong gelombang elektomagnetik. Sesuatu yang yang berbeda dengan gelombang bunyi yang tergolong gelombang mekanik. Gelombang elekromagnetik dapat merambat
99
dengan atau tanpa medium dan kecepatan rambatnyapun amat tinggi bila dibandingkan dengan gelombang bunyi. Gelombang elekromagnetik merambat dengan kecepatan 300.000 km/s, kecepatan ini hampir sama dengan kecepatan gelombang cahaya. Sehingga dapat dikatakan bahwa cahaya merupakan gelombang elektromagnetik.
Dua prediksi Maxwell diuji secara terpisah oleh Heinrich Rudolf Hertz ( 1857-1894 ) dan Hendrik Antoon Lorentz ( 1853-1928 ). Maxwell meramalkan bahwa gangguan di dalam medan magnetik dan listrik harus merambat secepat cahaya. Tapi gelombang elektromagnetik seperti itu belum pernah teramati.
Pada tahun 1887, Heartz menguji prediksi itu sampai dengan memercikkan bunga api listrik di antara dua kutub. Ia mengamati bahwa di antara dua kutub di tempat lain di dalam laboratoriumnya terjadi juga percikan bunga api yang sama.Tak pelak lagi, pengaruh bunga api yang petama harus dibawa sebagai gelombang melalui udara sehingga menimbulkan bunga api yang kedua. Ia membuktikan secara eksperimental bahwa gelombang mirip seperti cahaya, karena menunjukkan gejala pemantulan, pembiasan, difraksi, dan polarisasi.
100
Tokoh-Tokoh Pada periode III dan Penemuannya PERIODE III
Nama Gambar Tokoh Hal penting
Thomas Young (Inggris, 1773 - 1829)
-Peran Thomas Young dalam bidang optik. Beliau yang menghidupkan kembali teori gelombang cahaya Huygens. Ia mengatakan bahwa terpecahnya berkas cahaya di bidang batas antara dua medium, menjadi berkas cahaya refraksi. yang tidak dapat di jelaskn oleh teori emisi newton. Thomas Young mengusulkan prinsip interferensi dari dua gelombang sebagai keterangan dari cincin Newton dan warna dari plat-plat tipis
Etiene Louis Malus (Perancis, 1755 - 1812)
-Pada 1808, sebagai hasil pengamatan cahaya yang dipantulkan dari jendela Luxembourg Palais di Paris melalui kristal kalsit seperti yang diputar, Malus menemukan efek yang kemudian menyebabkan kesimpulan bahwa cahaya dapat terpolarisasi oleh refleksi.
David Brewster (Skotlandia, 1781 - 1868)
Dia mencatat terutama untuk penelitian ke dalam polarisasi cahaya. Pada tahun 1814, Brewster menunjukkan bahwa ada hubungan antara sudut kejadian di mana sinar cahaya yang dipantulkan dari sebuah interface benar-benar pesawat terpolarisasi: indeks bias adalah sama dengan persoalan dari sudut.
101 Augustin Jean
Fresnel
(1788 - 1827)
-Independen menemukan kembali interferensi dan mulai mempelajari teori gelombang cahaya.
-Difraksi efek, seperti tepi samar bayangan dan bayangan pinggiran, diketahui telah diamati pada awal abad ke-17. Namun, sebelum penemuan gangguan pada tahun 1801, baik teori gelombang maupun teori partikel bisa menawarkan penjelasan yang cocok untuk efek.
-Di tahun 1816, Fresnel menunjukkan bahwa fenomena difraksi berbagai sepenuhnya dijelaskan oleh interferensi gelombang cahaya.
Simeon Denis Poisson
(1781 – 1840)
-Pada tahun 1819, seorang ahli matematika dari peringkat pertama, adalah salah satu panel juri dari Akademi Ilmu Pengetahuan Perancis tentang esai terbaik meliputi teori gelombang cahaya pada tahun 1817. Dia juga kebetulan seorang mukmin sangat kuat dalam teori partikel cahaya Newton dan mampu, menggunakan matematika Fresnel, untuk memperoleh sebuah prediksi dia yakin akan menghancurkan teori gelombang cahaya . James Clerk
Maxwell (1831 – 1879)
-Maxwell menyimpulkan bahwa cahaya adalah bentuk dari gelombang elektromagnetik. Maxwell menyelidiki tentanghubungan antar warna dengan cara bagaimana warna terseut tertangkap oleh mataHasil penyelidikannya merupakan dasar dari fotografi berwarna dan menuntun Maxwell untuk membuat potret berwarna. Maxwell menyatakan bahwa cepat ranbat gelombang elektromagnetik
102
sama dengan cepat rambat cahaya yaitu 3𝑥108𝑚/𝑠 dan berkesimpulan bahwa cahaya merupakan gelombang elektromagnetik. Michael Faraday
(1845)
-Pada tahun 1845, Faraday mulai meneliti tali-temali cahaya dengan gejala elektromagnetik. Penelitian ini diusulkan oleh William Thomson ( belakangan terkenal sebagai Lord Kelvin ). Seberkas cahaya yang terpolarisasi oleh bidang ia lewatkan sejenis kaca berat yang terletak di antara kedua kutub magnet. Bidang polarisasi cahaya itu ternyata berputar. Faraday girang sekali. Kelihatannya bukan saja listrik yang tekait dengan kemagnetan, tapi keduanya berhubungan dengan cahaya.