Bagaimana Mungkin Cahaya (Foton) Bergerak Selamanya?

“Selamanya” adalah konsep relativitas. Kita dapat menilai sesuatu sebagai selamanya karena waktu kita terbatas. Beribu, berjuta, bermilyar tahun terasa selamanya bagi kita, sedangkan bagi foton tidak demikian. Foton bergerak pada kecepatan cahaya. Pada kecepatan cahaya, berlaku konsep relativitas khusus-nya Einstein dan salah satu konsekuensinya adalah timbul dilatasi waktu (time dilation). Efeknya: waktu berhenti pada kecepatan cahaya. Jadi sebuah foton tidak bisa dikatakan bergerak selamanya karena konsep kita tentang waktu tidak berlaku pada mereka: foton tidak mengalami pergerakan waktu. Bagi foton, waktu berhenti (itu pun kalo mereka bisa berpikir/merasa).

Analoginya begini: bayangkan sebuah foton yang nyamperin kita dari Alpha Centauri yang jauhnya 4 tahun cahaya dari kita (ingat, tahun cahaya bukanlah besaran fisis yang menyatakan waktu, melainkan jarak). Kemudian kita sapa dia, “Assalamu’alaikum Foton, selamat datang di Bumi, kamu take-off dari Alpha Centauri pada 23 Februari 2014. Gimana perjalananmu selama 4 tahun ini?”

Dan secara kebetulan yang ajaib si Foton bisa ngomong (Bahasa Indonesia pula) lalu menjawab kaget, “Eh? Perasaan aku baru aja dari sana. Sekejap langsung nyampe sini. Sekedipan mata.”

Kita menganggap si Foton mengalami lompatan kuantum (quantum leap) dari Alpha C ke Bumi. Apa yang kita rasakan sebagai 4 tahun lamanya ternyata tidak lebih dari nol detik bagi si Foton. Dan ini tidak hanya berlaku untuk jangka waktu 4 tahun, melainkan ratusan, ribuan, bahkan jutaan tahun bagi kita, akan dirasa sebagai nol detik bagi seorang sebuah Foton.

Selamanya bagi kita tetaplah nol detik bagi foton.

Teori probabilitas kuantum tentang kecepatan dan posisi (yes, I’m talking about the so-called Heisenberg’s uncertainty principle) juga berbicara mengenai tingkah laku foton. Ingat apa yang dikatakan oleh prinsip ketidakpastian Heisenberg: kita tidak bisa memperkirakan kecepatan dan posisi partikel (dalam hal ini, foton) secara pasti. Kalo kita mau presisi dalam menghitung kecepatan foton, prinsip fisika kuantum mengatakan bahwa kita akan kehilangan kepresisian posisinya. Begitu juga sebaliknya. Kalo kita bisa memastikan posisinya, maka akan semakin tidak pasti hasil pengukuran kita tentang kecepatannya.

Kecepatan sebuah foton adalah tetap (yes, it’s the speed of light), yang berarti kita 100% yakin soal kecepatannya. Konsekuensinya adalah kita akan kehilangan pengetahuan tentang posisinya, atau dengan kata lain, kita 100% tidak bisa memastikan di mana si foton itu berada. Sebuah foton berkecepatan cahaya bisa berada di mana aja di seluruh alam semesta. Jadi si Foton teman kita yang datang dari Alpha C tadi bisa aja bersikeras kalo dia nggak meninggalkan rumahnya di Alpha C, melainkan kita yang moro-moro datang nyamperin dia. Puyeng? Ya gitulah kalo udah ngomongin kuantum 😛

Kenapa foton tidak kehilangan energinya dan berhenti? Capek, gitu?

Foton merupakan paket energi yang terkuantisasi. Setiap kuantisasi energi dari sebuah foton sebanding dengan frekuensinya. Adalah sebuah pemahaman yang keliru jika kita menganggap foton memiliki energi kinetik (dari pergerakannya) yang merupakan bentuk energi mekanik. Energi yang dimiliki foton adalah energi kuantum; mereka merupakan paket-paket energi kuantum. Karenanya, sebuah foton adalah mereka yang menganut prinsip “semuanya atau tidak sama sekali”.  Mereka eksis pada kecepatan cahaya atau tidak sama sekali. Ibarat dunia digital, foton itu cuma bisa nol atau satu tapi tidak bisa di antara keduanya. All or nothing at all.

Ketika foton berinteraksi, foton akan mentransformasikan semua paket energinya, nggak setengah-setengah. Foton itu makhluk yang totalitas banget lah. Fisika kuantum mengatakan bahwa absorpsi foton oleh sebuah atom akan menyebabkan energi kinetik atom tersebut meningkat atau menyebabkan lompatan kuantum dari elektron-elektronnya (sebuah fenomena yang disebut sebagai transisi elektron dari dan ke tingkatan energi tertentu, atau disebut juga proses eksitasi). Peristiwa ini terjadi setiap gelombang elektromagnetik – yang merupakan foton – (okay, now I’m talking about wave-particle duality) menumbuk/mengenai materi. Materi apa pun. Karenanya, ketika foton berinteraksi dengan materi, mereka memberikan SEMUA paket energi yang mereka miliki dan mereka HILANG. They are no more. Hilang ke ketiadaan. They cease to exist. Eksistensi mereka tak lagi ada. Sebagian foton terlahir kembali karena adanya transisi kuantum di dalam atom (ingat, elektron yang bertransisi dari tingkatan energi yang lebih tinggi ke tingkatan energi yang lebih rendah akan memancarkan foton). Sebagian lagi memberikan energinya ke elektron sebagai energi kinetik (ingat efek fotolistrik). But once photons interact, they stop existing.

Karenanya, foton tidak bisa diperlambat maupun melambat dengan sendirinya. Foton eksis pada kecepatan cahaya atau tidak sama sekali.

Lho, tapi, kenapa ada kecepatan cahaya pada vakum dan kecepatan cahaya pada medium tertentu? Artinya ketika cahaya merambat di medium, dia akan diperlambat kan?

ENGGAK. Aturan pertama: foton eksis pada kecepatan cahaya atau tidak sama sekali. Aturan kedua: ketika yang teramati tidaklah demikian, kembali ke aturan pertama. Jadi, foton dalam medium tidak mungkin melambat. Tidak boleh, lebih tepatnya. Kecepatan cahaya yang merambat melalui medium “terlihat melambat” karena adanya time delay. Ketika cahaya melalui sebuah medium, foton-fotonnya akan dihadang oleh atom-atom penyusun medium dan berinteraksi dengan mereka, kayak para demonstran yang berusaha menembus barikade angkatan bersenjata. Mereka bertumbukan. Sebagian foton akan diserap/diabsoprsi oleh atom penyusun medium tersebut. Foton yang diserap akan mati (hilang maksudnya), sebagai gantinya, elektron pada atom tersebut akan tereksitasi. (Ingat lagi bahwa elektron akan cenderung berada pada keadaan dasarnya, seperti kita yang merasa nyaman pada zona nyaman kita, elektron pun akan senantiasa mencari keadaan ternyamannya.) Setelah tereksitasi, si elektron akan “segera” balik lagi ke keadaan dasarnya dan memancarkan foton yang lain. Nah, “segera”-nya di sini memang terjadi secara instan, tapi, si elektron sempat leyeh-leyeh dulu di keadaan tereksitasinya. Waktu bersantainya si elektron inilah yang disebut time delay, yang lamanya macem-macem tergantung jenis atom/materialnya, mulai dari piko sampai nanosekon. “Segera”, tapi tetap butuh waktu (ini saya ngomongin foton ya, bukan yang lain, tidak perlu baper). Time delay yang sangat kecil inilah yang teramati oleh kita sebagai perlambatan kecepatan cahaya ketika melalui suatu medium.

Jadi, bukan karena cahaya melambat ya 🙂

As always, CMIIW~ 😀

Iklan

**Silakan Berkomentar~! ^.^

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout /  Ubah )

Foto Google

You are commenting using your Google account. Logout /  Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout /  Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout /  Ubah )

Connecting to %s