.webp)
Ilmu fisika menjadi bidang yang sangat menarik dalam memahami alam semesta dan seisinya. Salah satunya adalah fenomena cahaya yang melambat saat melewati material seperti kaca atau udara.
Menurut ilmuwan, cahaya yang melambat melibatkan interaksi kompleks antara cahaya dan material. Setidaknya, ada tiga cara atau penjelasan untuk melihat situasi yang sama, dan masing-masing menggunakan pemahaman fisika yang berbeda.
Semua penjelasan tersebut memiliki kekuatan dan kelemahan, tetapi semuanya adalah alat yang ampuh untuk memahami interaksi pada fenomena cahaya yang melambat. Berikut penjelasannya dikutip dari Space.
SCROLL TO CONTINUE WITH CONTENT
1. Semuanya adalah Gelombang
Perspektif pertama datang dari James Clerk Maxwell, fisikawan Skotlandia abad ke-19. Jenius serba bisa ini menemukan teori terpadu listrik dan magnet dan juga menemukan bahwa cahaya terbuat dari gelombang listrik dan magnet.
Ketika gelombang ini bertemu dengan bahan seperti kaca atau air, mereka melihat sekumpulan partikel bermuatan. Seperti molekul dalam materi terbuat dari atom, yang memiliki proton dan elektron.
Kemudian partikel bermuatan merespons gelombang elektromagnetik yang melewatinya dengan bergoyang bersama mereka. Tetapi partikel bermuatan yang bergerak juga menciptakan gelombang elektromagnetiknya sendiri.
Hasilnya adalah kekacauan besar, dengan gelombang elektromagnetik asli mengganggu semua gelombang yang dihasilkan oleh semua partikel bermuatan dalam materi (dan jumlahnya banyak).
Sebagian besar gelombang itu, kecuali gelombang yang bergerak ke arah asal cahaya, saling meniadakan. Tetapi karena gelombang yang dihasilkan oleh partikel sedikit tertunda, seluruh ansambel bergerak lebih lambat. Perspektif ini menghasilkan kesimpulan bahwa cahaya bergerak lebih lambat.
2. Semuanya adalah Partikel
Teori Maxwell adalah gambaran klasik tentang radiasi. Tapi saat ini, terdapat pandangan yang jauh lebih canggih berdasarkan mekanika kuantum, di mana cahaya terbuat dari partikel kecil yang tak terhitung jumlahnya yang dikenal sebagai foton.
Foton dapat bertindak secara individual, tetapi ketika cukup banyak dari mereka berkumpul, mereka menampilkan semua sifat yang sama seperti gelombang elektromagnetik.
Perlakuan foton kuantum sepenuhnya yang berinteraksi dengan materi bisa menjadi sangat buruk. Fisikawan terkenal Richard Feynman memiliki pendekatan yang dikembangkan untuk melihat kondisi tersebut.
Semua foton dari cahaya yang masuk menghantam materi, mulai berinteraksi dengan semua partikel bermuatan. Kemudian partikel bermuatan itu dapat menyerap foton itu dan memancarkannya sendiri. Tapi foton ini sedikit berbeda. Dalam fisika, mereka dikenal sebagai foton virtual.
Jadi semua partikel bermuatan ini mulai memancarkan partikel virtual dalam jumlah yang berlebihan, dan sekali lagi, terjadi kekacauan yang sangat besar dan membingungkan.
Feynman mengembangkan teknik merata-ratakan semua kemungkinan jalur yang dapat diambil oleh foton tersebut. Proses rata-rata itu menghilangkan semua foton yang menyimpang, hanya menyisakan foton yang bergerak ke arah asal cahaya.
Tetapi semua interaksi itu membutuhkan waktu bagi elektron untuk menyerap dan memancarkan kembali foton, dan penundaan itu bertambah. Hasil pendekatan ini menjelaskan bahwa cahaya bergerak lebih lambat.
3. Semuanya adalah Polariton
Secara khusus, semua bahan dapat mendukung getaran yang kecil, yang besar, yang bertahan lama, yang memudar dengan cepat. Semua materi terus bergerak dan gerakan itu memengaruhi bagaimana materi itu berinteraksi dengan yang lainnya.
Untuk membantu fisikawan bergulat dengan kerumitan semua jenis getaran yang terus berpacu melalui materi, mereka mengusulkan sebuah entitas yang dikenal sebagai fonon.
Fonon adalah jenis lain dari partikel palsu, tetapi seperti foton virtual, ini sangat berguna. Ini memungkinkan fisikawan menggunakan bahasa mekanika kuantum untuk menggambarkan getaran dalam suatu material. Bahasa baru ini berguna saat cahaya, yang terbuat dari foton, memasuki materi tersebut.
Ketika foton dan fonon berkumpul, mereka menciptakan sesuatu yang baru yakni sebuah polariton. Dalam pandangan ini, ketika cahaya memasuki suatu materi, ia menghilang. Begitu juga fonon dalam materi itu sendiri.
Sebaliknya, mereka digantikan oleh polaritons. Polariton ini berbagi banyak sifat dengan induknya, tetapi mereka memiliki satu sifat penting yakni mereka bergerak lebih lambat daripada kecepatan cahaya.
Kecepatan itu tergantung pada sifat-sifat material (fonon). Dalam pandangan ini, bukan cahaya yang melewati suatu materi, dengan materi yang meresponsnya, tetapi sebuah objek baru, sebuah polariton, yang melewatinya.
Pandangan ini sangat berguna, karena dalam banyak situasi, sangat mudah untuk membuang semua matematika rumit dari gelombang yang saling bertentangan atau foton yang memantul.
Singkatnya, pandangan ini membantu menjelaskan ketika cahaya masuk, polariton bergerak dan cahaya padam. Hasil akhirnya adalah cahaya bergerak lebih lambat.
(faz/nwk)
