Untuk mengawali pembahasan kita tentang cahaya, mari kita bahas terlebih dahulu mengenai gelombang secara umum. Sebagai contoh, apa yang terjadi ketika sebuah kerikil dilemparkan ke dalam sebuah kolam?

700px-2006-01-14_Surface_wa
Gambar 3.1 : Gangguan pada permukaan air
Sumber Wikimedia

Seperti ditampilkan pada gambar di atas, ketika kerikil masuk kedalam air, air mulai bergerak naik dan turun. Bagian-bagian permukaan air yang tepat berada di sekitar saat kerikil masuk akan mengalami gerak naik dan turun hingga kemudian permukaan air akan kembali naik turun secara berulang-ulang. Gangguan yang terjadi pada permukaan air akan begerak keluar sebagaimana air mulai bergerak naik turun. Air di setiap tempat hanya akan bergerak naik turun, namun untuk sebuah gelombang – ia akan bergerak keluar dari tempat dimana kerikil masuk ke dalam air. Tidak ada air yang bergerak keluar menjauhi tempat jatuhnya kerikil melainkan yang bergerak keluar adalah gangguan pada permukaan kolam atau yang kita sebut dengan gelombang. Pergerakan keluar dari gangguan tersebut mengangkut energi dari satu tempat ke tempat lain yaitu dari tempat kerikil masuk ke dalam air ke seluruh tempat yang berada di sekitar lokasi masuknya kerikil. Jadi, gelombang merupakan suatu mekanisme yang energinya dapat diangkut dari satu lokasi ke lokasi yang lain.

Medan listrik dan medan magnet juga dapat terganggu dengan cara yang sama seperti pada permukaan kolam. Ketika partikel bermuatan mulai bergerak (atau pada umumnya jika ia dipercepat), medan listrik yang mengelilingi partikel menjadi terganggu. Berubahnya medan listrik yang mengelilingi partikel akan menciptakan medan magnet, sehingga sebuah muatan yang bergerak menciptakan gangguan pada medan listrik dan medan magnet pada daerah disekitar partikel bermuatan. Gangguan pergerakan keluar pada medan elektromagnet itulah yang kita sebut sebagai gelombang elektromagnet. Fenomena yang kita sebut sebagai “cahaya” sejatinya hanyalah salah sebuah gelombang elektromagnet.

Wave
Gambar 3.2: Cahaya yang terlihat sebagai gelombang
Sumber: Wikimedia

Cahaya (atau gelombang-gelombang yang lain) digolongkan sesuai panjang gelombang atau frekuensinya. Untuk beberapa gelombang, panjang gelombang adalah jarak antara dua puncak yang berurutan. Jika anda berdiri di satu titik tertentu dan menghitung berapa banyak puncak yang melewati anda dalam setiap detik maka jumlah dari banyaknya puncak yang melewati anda disebut dengan frekuensi.

Secara matematis, panjang gelombang cahaya biasanya dilambangkan dengan huruf l atau huruf Yunani yaitu lambda (λ). Frekuensi biasanya dilambangkan dengan huruf f atau huruf Yunani nu (ν). Karena frekuensi adalah banyaknya gelombang yang melewati titik dalam setiap detik, dan panjang gelombang adalah jarak antara dua puncak gelombang yang berurutan, maka kita dapat menentukan kecepatan gelombang dengan mengalikan kedua angka tersebut, yaitu: c = λν. Jika kita lihat kembali satuannya, panjang gelombang ditentukan dari satuan jarak, dan frekuensi ditentukan dari sebuah angka (banyaknya gelombang) per satuan waktu, jadi dengan mengalikan panjang gelombang dan frekuensi anda akan mendapatkan hasil jarak per waktu, yang mana jarak per waktu merupakan satuan untuk kecepatan.

Cahaya putih (misalnya, yang keluar dari lampu senter) sebenarnya tersusun dari banyak gelombang yang masing-masing memiliki warna berbeda (merah, oranye, kuning, hijau, biru, dan ungu). Perbedaan warna gelombang cahaya tersebut dikarenakan warna gelombang cahaya sangat bergantung pada panjang gelombangnya. Misalnya, panjang gelombang cahaya biru sekitar 450 nanometer, sedangkan panjang gelombang cahaya merah sekitar 700 nanometer. Sumber cahaya yang mengeluarkan cahaya putih sejatinya memancarkan beberapa gelombang cahaya dengan panjang gelombang mulai dari 450 sampai 700 nanometer. Seluruh gelombang ini bergerak pada kecepatan yang sama (yaitu kecepatan cahaya), sehingga dari pernyataan barusan anda juga dapat menentukan frekuensinya dengan sebuah percobaan dan mengetahui bahwa cahaya merah memiliki frekuensi yang lebih rendah dibandingkan dengan cahaya biru.

Cobalah!
Bagi anda yang ingin mempelajari seluk beluk cahaya, berikut ada sebuah animasi interaktif yang dibuat dalam situs hubblesite.org dimana animasi ini akan membantu anda untuk mengupas tentang gelombang cahaya. “Star-light, Star-bright”

Panjang gelombang cahaya dapat mencapai panjang hingga hitungan kilometer panjangnya atau ia dapat pula lebih pendek dari inti sebuah atom (yaitu sepersejuta nanometer!). Lantas bagaimana jika kita menyebut cahaya yang memiliki panjang gelombang lebih panjang atau lebih pendek dari cahaya tampak yang kita gunakan? Bagi cahaya yang memiliki panjang gelombang lebih panjang dari warna merah kita menyebutnya sebagai cahaya inframerah dan untuk gelombang cahaya yang memiliki panjang gelombang lebih pendek dari warna ungu, kita menyebutnya dengan cahaya ultraviolet. Seluruh rentang jenis cahaya, mulai dari panjang gelombang terpanjang (yaitu gelombang radio) hingga panjang gelombang terpendek (yaitu sinar gamma) disebut sebagai spektrum elektromagnet.

Anda mungkin telah belajar dilain pertemuan bahwa cahaya memiliki sifat istimewa yang dapat dijelaskan sebagai sebuah gelombang. Namun pada beberapa percobaan dari sifat cahaya itu sendiri, ternyata cahaya juga dapat dijelaskan sebagai sebuah partikel. Ketika menjelaskan cahaya sebagai partikel, kita akan mengarah pada sebuah “paket” sebagai kesatuan cahaya yang disebut sebagai foton. Sebagaimana yang anda ketahui bahwa cahaya juga disebut sebagai foton, anda saat ini masih dapat berasumsi bahwa foton memiliki panjang gelombang dan frekuensi dari sebuah foton itu sendiri, meskipun pada kenyataannya anda menganggapnya cahaya sebagai partikel daripada sebagai sebuah gelombang. Jika anda kembali pada diskusi pertama pada awal halaman, banyaknya energi tergantung pada panjang gelombang dan frekuensi fotonnya.

Persamaannya adalah:

E = E = hν; atau dapat ditulis: E = hc/λ
Pada persamaan ini, E adalah energi, h adalah tetapan Planck, dan c adalah kecepatan cahaya.