Cahaya

Cahaya (Spektrum optik, atau spektrum terlihat atau spektrum tampak) adalah bagian dari spektrum elektromagnet yang tampak oleh mata manusia. Radiasi elektromagnetik dalam rentang panjang gelombang ini disebut sebagai cahaya tampak atau biasa disebut “cahaya” saja. 

Tidak ada batasan yang tepat dari spektrum optik ini. Mata normal manusia dapat menangkap gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang antara  400 sampai 700 nm, meskipun beberapa orang dapat menerima panjang gelombang dari 380 sampai 780 nm. Mata yang telah beradaptasi dengan cahaya biasanya memiliki sensitivitas maksimum di sekitar 555 nm, yaitu di wilayah kuning dari spektrum optik.

Pada bidang fisika, cahaya didefinisikan sebagai radiasi elektromagnetik, yang memiliki panjang gelombang kasat mata maupun yang tidak kasat mata. Cahaya pada dasarnya adalah suatu paket partikel yang disebut foton.

Kedua definisi di atas adalah sifat yang ditunjukkan cahaya secara bersamaan, sehingga disebut "dualisme gelombang-partikel". Paket cahaya, yang disebut spektrum, kemudian dipersepsikan secara visual oleh indera penglihatan sebagai warna. 

Tidak semua spektrum cahaya dapat ditangkap oleh indra penglihatan, karena itu kemudian timbul istilah spektrum terlihat (visible spectrum) yang range panjang gelombangnya cukup besar antara, 400 – 700nm, sebagaimana yang tersebut di atas. Range inilah yang menjadi penyebab kita dapat melihat beraneka ragam warna. 

Secara umum cahaya dipisahkan menjadi beberapa spektrum dasar yakni, merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila dan ungu atau biasa disingkat mejikuhibiniu. Semua spektrum dasar ini berasal dari satu warna yaitu putih. Dan terbukti, bila kesemua warna tersebut dicampur, maka warna yang terbentuk adalah warna putih.

Spektrum elektromagnetik dapat ditangkap oleh mata, karena spektrum tersebut dipantulkan oleh sesuatu benda, sedangkan spektrum yang lainnya di teruskan atau diserap. Spektrum yang dipantulkan oleh benda dan ditangkap oleh mata itulah yang menunjukkan warna suatu benda, sehingga orang tahu warna suatu benda.

Sebagai contoh, orang tahu warna daun itu hijau, karena cahaya yang datang pada daun itu, hanya cahaya atau spektrum warna hijau yang dipantulkan, sedangkan warna yang lain diteruskan atau diserap. Cahaya warna hijau yang dipantulkan daun tersebut kemudian ditangkap oleh mata, dan mata melihatnya sebagai daun yang berwarna hijau

Selain spektrum cahaya yang tampak, juga terdapat spektrum cahaya yang tidak nampak. Spektrum cahaya ini memiliki panjang gelombang di luar dari panjang gelombang tampak ( < 380 nm atau > 780 nm). Contoh sinar X, sinar Gamma, sinar Infra Red, sinar Ultra Violet dan lain-lain.

Bidang studi cahaya dikenal dengan sebutan optika, merupakan area riset yang penting pada fisika modern.

Studi mengenai cahaya dimulai dengan munculnya era optika klasik yang mempelajari besaran optik seperti: intensitas, frekuensi atau panjang gelombang, polarisasi, dan fasa cahaya. Sifat-sifat cahaya dan interaksinya terhadap sekitar dilakukan dengan pendekatan paraksial geometris seperti refleksi dan refraksi, dan pendekatan sifat optik fisisnya yaitu: interferensi, difraksi, dispersi, polarisasi. Masing-masing studi optika klasik ini disebut dengan optika geometris (en:geometrical optics) dan optika fisis (en:physical optics).

Pada puncak optika klasik, cahaya didefinisikan sebagai gelombang elektromagnetik dan  ini memicu serangkaian penemuan dan pemikiran. Sebagai contoh, tahun 1838, Michael Faraday menemukan sinar katoda; tahun 1859, Gustav Kirchhoff, menemukan teori radiasi massa hitam; tahun 1877, Ludwig Boltzmann mengatakan bahwa status energi sistem fisik dapat menjadi diskrit; teori kuantum sebagai model dari teori radiasi massa hitam dinyatakan oleh Max Planck, pada tahun 1899 dengan hipotesanya bahwa energi yang teradiasi dan terserap, dapat terbagi menjadi sejumlah diskrit yang disebut elemen energi. E. 

Pada tahun 1905, Albert Einstein membuat percobaan efek fotoelektrik, cahaya yang menyinari atom mengeksitasi elektron untuk melejit keluar dari orbitnya. Pada pada tahun 1924, percobaan oleh Louis de Broglie, menunjukkan elektron mempunyai sifat dualitas partikel-gelombang, hingga tercetus teori dualitas partikel gelombang. Albert Einstein kemudian pada tahun 1926 membuat postulat berdasarkanefek fotolistrik, bahwa cahaya tersusun dari kuanta yang disebut foton yang mempunyai sifat dualitas yang sama. 

Karya Albert Einstein dan Max Planck mendapatkan penghargaan Nobel masing-masing pada tahun 1921 dan 1918 dan menjadi dasar bagi teori kuantum mekanik yang dikembangkan oleh banyak ilmuwan, termasuk Werner Heisenberg, Niels Bohr, Erwin Schrodinger, Max Born, John von Neumann, Paul Dirac, Wolfgang Pauli, David Hilbert, Roy J. Glauber dan lain-lain.

Era ini kemudian disebut era optika modern dan cahaya didefinisikan sebagai dualisme gelombang transversal elektromagnetik dan aliran partikel yang disebut foton. Pengembangan lebih lanjut terjadi pada tahun 1953 dengan ditemukannya sinar maser dan sinar laser, pada tahun 1960.

Era optika modern tidak serta merta mengakhiri era optika klasik, tetapi memperkenalkan sifat-sifat cahaya yang lain yaitu difusi dan hamburan.