CAHAYA (& BAYANG)

 

"Deskripsi terawal tentang cahaya adalah dalam bahasa matematik. Ia dihadirkan menerusi seorang Christian Huygens sekitar 1600. Nama ni kena la ingat, walaupun bukan soalan bocor untuk SPM.

Usaha mengenal sifat cahaya/realiti benda, dari segi metafizik dan juga fizik, sebenarnya sudah pun bermula lebih kurang 4000 tahun dahulu (atau 2500-2000 tahun sebelum Masihi). Sejarahnya panjang, bercabang dan multi-dimensi. Ini termasuklah beberapa peristiwa dan watak-watak utama dari 2500 tahun sebelum Masihi hingga sekarang. Penerokaannya bersimpang-siur. Pintunya banyak. 

Balik semula pada Christian Huygen. Dia mengutarakan pandangan bahawa cahaya bersifat gelombang. Tak kiralah dari mana sumber cahaya, ia akan bergema/berkembang ke seluruh arah dalam bentuk sfera (macam bebola cahaya 3D). Huygen menamakannya sebagai muka-gelombang sfera. Kalau nak dibayangkan dalam bentuk 2D, pergi ke tepi kolam atau sungai atau sumber air, lepaskan sebiji batu kecil atasnya, dan lihat muka-gelombang berbentuk bulatan bergema/kembang keluar dari lokasi pusat batu dijatuhkan. Jika kita jatuhkan satu lagi batu kecil berhampiran dengan lokasi jatuhnya batu pertama tadi (menyusul sejurus selepas batu pertama), ia mencetuskan gelombang kedua. Pertemuan riak kedua-dua gelombang ini akan membentuk corak interference - gelombang ketiga yang kompleks, yang merupakan hibrid atau hasil dari gabungan dua gelombang asal tadi. Proses ini boleh berterusan. Begitu jugalah bila dua sumber cahaya (lampu mentol misalnya) bergabung, membentuk corak gelombang cahaya yang baru.  Proses ini boleh berterusan hingga membentuk pelbagai corak gabungan gelombang yang infinit dan pelbagai. Ini interpretasi Huygen.  

Kita juga boleh melihat hukum yang sama diguna-pakai dalam beberapa contoh corak skimatik seni Islam (arabesque). Ini membuktikan bahawa seniman seni Islam tak minat meniru rupa kasar alam. Mereka memahami hukum fizik kuantum dan mengaplikasikannya dalam membina pelbagai corak visual yang rumit, kompleks dan infinit, seperti yang dapat dilihat pada sifat permukaan air.

Tapi Huygen ni tak pandai main politik, tak pandai main ayat seperti seorang lagi watak yang lebih dikenali - Sir Isaac Newton. Ni satu lagi watak yang kena ingat, walaupun bukan syarat dapat gelaran profesor. 

Nama pun berpangkalkan 'Sir', kira macam Dato' la di Malaysia sekarang. Ni saintis birokrat. Sekarang pun ramai, termasuk di Malaysia. Newton waktu tu guna teori 'corpuscular'. Nak sebut pun boleh terseliuh lidah tempoyak (atau kari). Interpretasi Newton terhadap cahaya, lain sikit. Pada dia, cahaya wujud sebagai partikel (zarah paling halus) atau corpuscles. Ia bersifat seperti bola billiard atas meja billiard. Sebab dia ada kabel politik yang kuat, pangkat Dato' pulak, teori Newton ni lebih dominan (bukan atas dasar saintifik). 

Dari sekitar 1600 hinggalah 1800 teori Newton ni dominan. Hanya selepas itu barulah muncul empat watak utama yang lain, yang kembali pada teori Huygen. Mereka bereksperimen, buat pengiraan dan membina teori yang menyokong teori cahaya sebagai gelombang. Hasilnya adalah apa yang kita panggil hari ini sebagai gelombang elektromagnetik. Empat manusia ini ialah Thomas Young, Augustin-Jean Fresnel, James Clerk Maxwell dan Heinrich Hertz. Yang empat ni, terpulangla nak ingat atau nak lupakan.

Young menghasilkan eksperimen yang pernah kita semua lakukan semasa di sekolah dulu (kalau jurusan sains la ya). Eksperimennya dipanggil double slit experiment. Kalau tak ingat, berkemungkinan anda gagal subjek fizik masa SPM dulu (lebih kurang yang menulis ni la). Dah lebih 200 tahun umur eksperimen mudah ni, sampai sekarang masih ada dalam silibus. 

Eksperimen Young menunjukkan bahawa cahaya bertindak seperti gelombang. Fresnel kemudiannya menggunakan hasil eksperimen Young untuk membina formula matematik yang menghuraikan bagaimana cahaya terpantul dari sebarang sumber cahaya dan bahan. Kedua-dua mereka mencipta model dan alat untuk menyukat fenomena cahaya menerusi bahasa matematik. Bahasa matematik adalah denai awal memaknakan (secara saintifik) cahaya. 

Sekitar lewat 1800, seorang lagi geek, James Clerk Maxwell mencipta satu set formula yang menggunakan gabungan gelombang medan elektrik dan gelombang medan magnetik untuk menerangkan sifat cahaya. Teori gelombang elektro-magnetik Maxwell yang lebih baru (ketika itu) menerangkan tentang cahaya, gelombang mikro, gelombang radio, dan pelbagai jenis gelombang yang lain. Pada tahun 1887, Heinrich Hertz mengesahkan formula Maxwell menerusi eksperimen. 

Cahaya adalah tenaga yang hadir dalam bentuk gelombang, sah!

Teori corpuscular Dato' Newton jadi nazak, kemudian mati (tapi dihidup kembali oleh Einstein kemudiannya). Kalau ikut hukum sains zaman tu (sempadan masuk ke abad ke 20) cahaya adalah gelombang. Masa ni la, fizik kuantum dilahirkan. Ia dilahirkan menerusi minda seorang Louis de Broglie."

Cukuplah setakat ni.

(Cahaya & Bayang di RumahTokMah. Simulasi 3D oleh Khabir Roslan , Pelatih Tamu program Inap-ilmu RumahTokMah.)

Lanjut ke instagram @rumahtokmah

Mgtf Usm .

#inapilmu

#rumahtokmah

#MGTFbe

#MGTFbelas

#BELASwarisanMGTFUSM