Wikipedia

Laju cahaya

laju di mana semua partikel tak bermassa dan medan yang terkait bergerak dalam ruang hampa
Revisi sejak 7 Januari 2016 00.19 oleh 112.215.44.193 (bicara)

Laju cahaya (kelajuan cahaya dalam ruang vakum; kecepatan cahaya), disimbolkan dengan c, adalah sebuah konstanta fisika universal yang penting dalam banyak bidang fisika. Nilai presisinya adalah 299.792.458 meter per detik (kira-kira 3,00×108 m/s), karena panjang meter didefinisikan berdasarkan konstanta ini dan standar internasional waktu.[1] Kelajuan ini merupakan kelajuan maksimum yang dapat dilajui oleh segala bentuk energi, materi, dan informasi dalam alam semesta. Kelajuan ini merupakan kelajuan segala partikel tak bermassa dan medan fisika, termasuk radiasi elektromagnetik dalam vakum. Kelajuan ini pula menurut teori modern adalah kelajuan gravitasi (kelajuan dari gelombang gravitasi). Partikel-partikel maupun gelombang-gelombang ini bergerak pada kelajuan c tanpa tergantung pada sumber gerak maupun kerangka acuan inersial pengamat. Dalam teori relativitas, c saling berkaitan dengan ruang dan waktu. Konstanta ini muncul pula pada persamaan fisika kesetaraan massa-energi E = mc2.[2]

Laju cahaya
The distance from the Sun to the Earth is shown as 150 million kilometers, an approximate average. Sizes to scale.
Cahaya matahari memerlukan sekitar 8 menit 17 detik untuk melalui jarak rata-rata dari permukaan Matahari ke Bumi.
Nilai eksak
meter per detik299.792.458
panjang Planck per waktu Planck
(yaitu, satuan Planck)		1
Nilai kira-kira (sampai tiga angka penting)
kilometer per jam1080 juta (1,08×109)
mil per detik186.000
mil per jam671 million (6,71×108)
satuan astronomi per hari173[Note 1]
Perkiraan waktu tempuh cahaya
JarakWaktu
satu kaki1.0 ns
satu meter3.3 ns
dari orbit geostasioner ke Bumi119 ms
panjang khatulistiwa Bumi134 ms
dari Bulan ke Bumi1.3 s
dari Matahari ke Bumi (1 SA)8.3 menit
satu tahun cahaya1.0 tahun
satu parsec3.26 tahun
dari bintang terdekat ke Matahari (1.3 pc)4.2 tahun
dari galaksi terdekat (Canis Major Dwarf Galaxy) ke Bumi25.000 yr
menyeberangi Bima Sakti100.000 yr
dari Galaksi Andromeda ke Bumi2.5 juta tahun
dari Bumi ke batas alam semesta teramati46.5 miliar tahun

Kelajuan cahaya yang merambat melalui bahan-bahan transparan seperti gelas ataupun udara lebih lambat dari c. Rasio antara c dengan kecepatan v(kecepatan rambat cahaya dalam suatu materi) disebut sebagai indeks refraksi n material tersebut (n = c / v). Sebagai contohnya, indeks refraksi gelas umumnya berkisar sekitar 1,5, berarti bahwa cahaya dalam gelas bergerak pada kelajuan c / 1,5 ≈ 200.000 m/s; indeks refraksi udara untuk cahaya tampak adalah sekitar 1,0003, sehingga kelajuan cahaya dalam udara adala sekitar 299.700 m/s (sekitar 90 m/s lebih lambat daripada c).

Untuk berbagai tujuan praktis, cahaya dan gelombang elektromagnetik lainnya akan tampak untuk menyebar secara seketika, tapi untuk jarak jauh dan pengukuran yang sangat sensitif, kecepatan terbatas mereka memiliki efek yang nyata. Dalam berkomunikasi dengan probe ruang angkasa yang jauh, dapat membutuhkan bermenit-menit sampai berjam-jam untuk pesan untuk mencapai dari Bumi ke pesawat ruang angkasa, atau sebaliknya. Cahaya dilihat dari bintang meninggalkan mereka bertahun-tahun yang lalu, yang memungkinkan studi tentang sejarah alam semesta dengan melihat obyek yang jauh. Kecepatan terbatas cahaya juga membatasi kecepatan maksimum teoretis komputer, karena informasi harus dikirim dalam komputer dari chip ke chip. Kecepatan cahaya dapat digunakan dengan pengukuran waktu penerbangan untuk mengukur jarak besar dengan presisi tinggi.

Ole Rømer pertama menunjukkan pada 1676 bahwa cahaya berjalan pada kecepatan yang terbatas (bukannya seketika) dengan mempelajari gerakan yang tampak dari bulan Jupiter Io. Pada tahun 1865, James Clerk Maxwell mengusulkan bahwa cahaya adalah gelombang elektromagnetik, dan karena itu bergerak dengan kecepatan c yang muncul dalam teori elektromagnetismenya.[3] Pada tahun 1905, Albert Einstein mendalilkan bahwa kecepatan cahaya sehubungan dengan kerangka inersia independen dari gerakan sumber cahaya,[4] dan menjelajahi konsekuensi postulat dengan menurunkan teori relativitas khusus dan menunjukkan bahwa parameter c memiliki relevansi di luar konteks cahaya dan elektromagnetisme.

Setelah berabad-abad pengukuran semakin tepat, pada tahun 1975 kecepatan cahaya diketahui sebagai 299.792.458 m/s dengan ketidakpastian pengukuran 4 bagian per miliar. Pada tahun 1983, meter didefinisikan kembali dalam Sistem Satuan Internasional (SI) sebagai jarak yang ditempuh oleh cahaya dalam ruang hampa di 1/299.792.458 detik. Akibatnya, nilai numerik dari c dalam meter per detik sekarang tetap persis dengan definisi meter.[5]

Observasi Rømer dengan mengamati gerakan planet Jupiter dan menghitung pergeseran periode orbit dari salah satu bulan satelitnya yang bernama Io, dan kemudian Rømer dapat memperkirakan jarak tempuh cahaya dari garis tengah orbit bumi

Kronologis

Beragam ilmuwan sepanjang sejarah telah mencoba untuk mengukur laju cahaya.

  • Pada tahun 1638, Galileo Galilei berusaha untuk mengukur laju cahaya dari waktu tunda antara sebuah cahaya lentera dengan persepsi dari jarak cukup jauh.
  • Pada tahun 1667, percobaan Galileo Galilei diteliti oleh Accademia del Cimento of Florence, dengan rentang 1 mil, tetapi tidak terdapat waktu tunda yang dapat diamati. Berdasarkan perhitungan modern, waktu tunda pada percobaan itu seharusnya adalah 11 mikrodetik. Dan Galileo Galilei mengatakan bahwa pengamatan itu tidak menunjukkan bahwa cahaya mempunyai kecepatan yang tidak terhingga, tetapi hanya menunjukkan bahwa cahaya mempunyai laju yang sangat tinggi.[6][7]
  • Pada tahun 1676, sebuah percobaan awal untuk mengukur laju cahaya dilakukan oleh Ole Christensen Rømer, seorang ahli fisika Denmark dan anggota grup astronomi dari French Royal Academy of Sciences. Dengan menggunakan teleskop, Ole Christensen Rømer mengamati gerakan planet Jupiter dan salah satu bulan satelitnya, bernama Io.[8][9] Dengan menghitung pergeseran periode orbit Io, Rømer memperkirakan jarak tempuh cahaya pada diameter orbit bumi sekitar 22 menit.[10] Jika pada saat itu Rømer mengetahui angka diameter orbit bumi, perhitungan laju cahaya yang dibuatnya akan mendapatkan angka 227×106 meter/detik. Dengan data Rømer ini, Christiaan Huygens mendapatkan estimasi kecepatan cahaya pada sekitar 220×106 meter/detik.
Penemuan awal penemuan grup ini diumumkan oleh Giovanni Domenico Cassini pada tahun 1675, periode Io, bulan satelit planet Jupiter dengan orbit terpendek, nampak lebih pendek pada saat Bumi bergerak mendekati Jupiter daripada pada saat menjauhinya. Rømer mengatakan hal ini terjadi karena cahaya bergerak pada kecepatan yang konstan.
  • Pada bulan September 1676, berdasarkan asumsi ini, Rømer memperkirakan bahwa pada tanggal 9 November 1676, Io akan muncul dari bayang-bayang Jupiter 10 menit lebih lambat daripada kalkulasi berdasarkan rata-rata kecepatannya yang diamati pada bulan Agustus 1676.[11] Setelah perkiraan Rømer terbukti,[12] dia diundang oleh French Academy of Sciences[13] untuk menjelaskan metode yang digunakan untuk hal tersebut.[14] Diagram di samping adalah replika diagram yang digunakan Rømer dalam penjelasan tersebut.[15]
  • Pada tahun 1704, Isaac Newton juga menyatakan bahwa cahaya bergerak pada laju konstan. Dalam bukunya berjudul Opticks, Newton menyatakan besaran laju cahaya senilai 16,6 x diamater Bumi per detik (210.000 kilometer/detik).
 
Teori James Bradley
 
Diagram Hippolyte Fizeau
  • Pada tahun 1725, James Bradley mengatakan, cahaya bintang yang tiba di Bumi akan nampak seakan-akan berasal dari sudut yang kecil, dan dapat dikalkulasi dengan membandingkan kecepatan Bumi pada orbitnya dengan kecepatan cahaya. Kalkulasi laju cahaya oleh Bradley adalah sekitar 298.000 kilometer/detik (186.000 mil/detik). Teori Bradley dikenal sebagai stellar aberration.[16] Sinar cahaya yang datang bintang 1 membutuhkan waktu untuk mencapai bumi, dan pada saat sinar tersebut tiba, bumi telah bergeser pada orbitnya, sehingga seolah-olah kita melihat sinar cahaya tersebut datang dari bintang di lokasi 2.
  • Pada tahun 1849, pengukuran laju cahaya, yang lebih akurat, dilakukan di Eropa oleh Hippolyte Fizeau. Fizeau menggunakan roda sprocket yang berputar untuk meneruskan cahaya dari sumbernya ke sebuah cermin yang diletakkan sejauh beberapa kilometer. Pada kecepatan rotasi tertentu, cahaya sumber akan melalui sebuah kisi, menempuh jarak menuju cermin, memantul kembali dan tiba pada kisi berikutnya. Dengan mengetahui jarak cermin, jumlah kisi, kecepatan putar roda, Fizeau mendapatkan kalkulasi laju cahaya pada 313×106 meter/detik.
  • Pada tahun 1862, Léon Foucault bereksperimen dengan penggunaan cermin rotasi dan mendapatkan angka 298×106 meter/detik.
  • Albert Abraham Michelson melakukan percobaan-percobaan dari tahun 1877 hingga tahun 1926 untuk menyempurnakan metode yang digunakan Foucault dengan penggunaan cermin rotasi untuk mengukur waktu yang dibutuhkan cahaya pada 2 x jarak tempuh antara Gunung Wilson dan Gunung San Antonio, di California. Hasil pengukuran menunjukkan 299.796.000 meter/detik. Dia wafat lima tahun kemudian pada tahun 1931.
  • Pada tahun 1946, saat pengembangan cavity resonance wavemeter untuk penggunaan pada radar, Louis Essen dan A. C. Gordon-Smith menggunakan gelombang mikro dan teori elektromagnetik untuk menghitung laju cahaya. Angka yang didapat adalah 299.792±3 kilometer/detik.
  • Pada tahun 1950, Essen mengulangi pengukuran tersebut dan mendapatkan angka 299.792,5±1 kilometer/detik, yang menjadi acuan bagi 12th General Assembly of the Radio-Scientific Union pada tahun 1957.

Angka yang paling akurat ditemukan di Cambridge pada pengukuran melalui kondensat Bose-Einstein dengan elemen Rubidium. Tim pertama dipimpin oleh Dr. Lene Vestergaard Hau dari Harvard University and the Rowland Institute for Science. Tim yang kedua dipimpin oleh Dr. Ronald L. Walsworth, dan, Dr. Mikhail D. Lukin dari the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

Notasi laju cahaya (c) mempunyai makna "konstan" atau tetap[17] yang digunakan sebagai notasi laju cahaya dalam ruang hampa udara, namun terdapat juga penggunaan notasi c untuk laju cahaya dalam medium material sedangkan c0 untuk kecepatan cahaya dalam ruang hampa udara.[18] Notasi subskrip ini dimaklumkan karena dalam literatur SI [19] sebagai bentuk standar notasi pada suatu konstanta, ada juga berbentuk seperti: konstanta magnetik µ0, konstanta elektrik e0, impedansi ruang kamar Z0.

Menurut Albert Einstein dalam teori relativitas, c adalah konstanta penting yang menghubungkan ruang dan waktu dalam satu kesatuan struktur dimensi ruang waktu. Di dalamnya, c mendefinisikan konversi antara materi dan energi[2] E=mc2.[20], dan batas tercepat waktu tempuh materi dan energi tersebut.[21][22] c juga merupakan kecepatan tempuh semua radiasi elektromagnetik dalam ruang kamar[23] dan diduga juga merupakan kecepatan gelombang gravitasi.[24][25] Dalam teori ini, sering digunakan satuan natural units di mana c=1,[26][27] sehingga notasi c tidak lagi digunakan.


Lihat pula

Catatan

  1. ^ Exact value:
    (299.792.458     × 60 × 60 × 24 / 149.597.870.700) AU/day

Referensi

  1. ^ Penrose, R (2004). The Road to Reality: A Complete Guide to the Laws of the Universe. Vintage Books. hlm. 410–1. ISBN 9780679776314. ... the most accurate standard for the metre is conveniently defined so that there are exactly 299,792,458 of them to the distance travelled by light in a standard second, giving a value for the metre that very accurately matches the now inadequately precise standard metre rule in Paris. 
  2. ^ a b Uzan, J-P; Leclercq, B (2008). The Natural Laws of the Universe: Understanding Fundamental Constants. Springer. hlm. 43–4. ISBN 0387734546.  Kesalahan pengutipan: Tanda <ref> tidak sah; nama "LeClerq" didefinisikan berulang dengan isi berbeda
  3. ^ "How is the speed of light measured?". 
  4. ^ Stachel, JJ (2002). Einstein from "B" to "Z" – Volume 9 of Einstein studies. Springer. hlm. 226. ISBN 0-8176-4143-2. 
  5. ^ Biro Internasional untuk Ukuran dan Timbangan (2006), Sistem Satuan Internasional [Le Système international d'unités; The International System of Units] (PDF) (dalam bahasa Prancis and Inggris) (edisi ke-8), hlm. 112, ISBN 92-822-2213-6, diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2017-08-14 
  6. ^ Boyer, CB (1941). "Early Estimates of the Velocity of Light". Isis. 33 (1): 24. doi:10.1086/358523. 
  7. ^ Galilei, G (1954) [1638]. Dialogues Concerning Two New Sciences. translated by Henry Crew and Alfonso de Salvio. Dover Publications. hlm. 43. ISBN 486-60099-8 Periksa nilai: length |isbn= (bantuan). 
  8. ^ Cohen, IB (1940). "Roemer and the first determination of the velocity of light (1676)". Isis. 31 (2): 327–379. doi:10.1086/347594. 
  9. ^ Rømer, O (1676). "Touchant le mouvement de la lumiere trouvé par M. Romer de l'Académie Royale des Sciences" (PDF). Journal des Sçavans: 233–236. 
    Although Rømer read a report on his work to the French Academy of Sciences in November 1676 (Cohen, 1940, p.346), he does not appear to have written the published account. An electronic copy of the latter (Prancis) and one of a 1677 English translation are available online.
  10. ^ Scientific Method, Statistical Method and the Speed of Light. Statistical Science 2000, Vol. 15, No. 3, 254–278
  11. ^ Cohen (1940, pp.328, 351–52); Rømer (1676, p.235). The term "eclipse", with which Cohen refers to these emersions, is used by him to refer to both the moons' immersions into, and their emersions out of, Jupiter's shadow
  12. ^ Cohen (1940, p.353). Cohen raises some doubt about whether the predicted emersion did occur precisely when Rømer claimed. He cites a historical record by a later astronomer, Pierre Charles le Monnier, which placed the event two minutes later.
  13. ^ On the 21st of November (Cohen, 1940, p.346).
  14. ^ Rømer (1676).
  15. ^ Rømer (1676, p.234). The label on the point F was missing from the original copy. Also, the diagram illustrates only a simple special case. In general, neither the points D, K and L, nor the points C, G and F, would be collinear.
  16. ^ Hirschfeld, A (2001). Parallax:The Race to Measure the Cosmos. Henry Holt. ISBN 0-8050-7133-4. 
  17. ^ Gibbs, P (1997). "Why Is c the Symbol For the Speed of Light?". University of California, Riverside. Diakses tanggal 2008-08-20. 
  18. ^ See for example:
  19. ^ Bureau International des Poids et Mesures The International System of Units (SI
  20. ^ Harrison, DM (1999). "The Special Theory of Relativity". University of Toronto, Department of Physics. Diakses tanggal 2008-12-08. 
  21. ^ Greene, G (2003). The Elegant Universe. W. W. Norton & Co. hlm. 55–56. ISBN 0393058581. 
  22. ^ Davies, PCW (1979). The Forces of Nature. Cambridge University Press. hlm. 127–28. ISBN 052122523X. 
  23. ^ Duke, PJ (2000). "Electromagnetic waves in free space – no electric charges or currents". Synchrotron Radiation: Production and Properties. Oxford University Press. hlm. 53. ISBN 0198517580. 
  24. ^ Schwinger, JS (2002) [1986]. "Gravitational waves". Einstein's Legacy: The Unity of Space and Time (edisi ke-Reprint). Courier Dover. hlm. 223. ISBN 0486419746. 
  25. ^ Wei-Tou Ni (2005). "Empirical foundation of the relativistic gravity" (PDF). International Journal of Modern Physics D. 14: 901–21. doi:10.1142/S0218271805007139. 
  26. ^ Lawrie, ID (2002). "Appendix C: Natural units". A unified grand tour of theoretical physics (edisi ke-2nd). CRC Press. hlm. 540. ISBN 0750306041. 
  27. ^ Hsu, L (2006). "Appendix A: Systems of units and the development of relativity theories". A broader view of relativity: general implications of Lorentz and Poincaré invariance (edisi ke-2nd). World Scientific. hlm. 427–428. ISBN 9812566511. 

Bacaan lebih lanjut

Referensi bersejarah

Referensi modern

Pranala luar

 
Wikiquote memiliki koleksi kutipan yang berkaitan dengan: Laju cahaya.
Diperoleh dari "https://wiki-indonesia.club/w/index.php?title=Laju_cahaya&oldid=10498289"