Cahaya

Newton

Cahaya sudah menggelitik rasa ingin tahu manusia selama berada-abad. Mula-mula secara teori cahaya dianggap sebagai suatu yang memancar dari mata. Kemudian disadari bahwa cahaya pastilah muncul objek-objek yang terlihat dan memasuki mata sehingga menyebabkan sensasi penglihatan. Pertanyaan tentang apakah cahaya terdiri dari sebuah sorotan dari partikel-partikel atau semacam gerakan gelomabng adalah yang paling menarik dalam sejarah sains.

Tokoh yang paling berpengaruh dalah teori partikel cahaya adalah Newton. Memakai teori teori tersebut, Newton dapat menjelaskan hukum-hukum refleksi dan refraksi. Newton menurunkan hukum refraksi berdasarkan asumsi bahwa cahaya berjalan dalam air atau gelas lebih cepat dari pada di udara, sebuah asumsi yang akhirnya terbukti salah. Tokoh-tokoh utama dari teori gelombang cahaya adalah Christian Huygens dan Robert Hooke.

Huygens

Memakai teori perambatan gelombang. Huygens dapat menjelaskan rekleksi dan refraksi dengan asumsi cahaya berjalan di gelas atau air lebih lambat daripada udara. Newton sudah mengerti ada baiknyTeori partikel-partikel Newton diterima selama lebih dari seabad kemudian, pada tahun 1801, Thomas Young menghidupkan kembali teori gelombang cahaya. Ia adalah salah seorang yang pertama kali memperkenalkan ide interferensi sebagai fenomena gelombang yang terjadi pada cahaya dan suara. Hasil pengamatannya tentang interferensi adalah penjelasan tentang sifat alami cahaya sebagai gelombang. Hasil kerja yang tidak diperhatkan oleh masyarakata ilmiah selama lebih dari satu decade. Mungkin yang paling berjasa dalam mengusahakan agar teori gelombang cahaya diterimah secara umum  dan berhasil adalah fisikawan Prancis Augustin Fresnel (1788 – 1827), yang melakukan eksperimen secara luas tentang interferensi dan difraksi serta meletakan teori gelombang dalam dasar matematis. Ia menjelaskna bahwa perambatan cahaya yang terlihat lurus itu adalah sebuah hasil dari cahaya tampak  yang meiliki panjang gelombang yang sangat pendek. Pada tahun 1850, Jean Foucault mengukur laju cahaya dalam air dan menunjukkan bahwa laju cahaya tersebut lebih kecil disbanding laju cahaya di udara, yeng berarti menyingkirkan teori partikel Newton. Pada tahun 1860 James Clerk Marxwell mempublikasikan teori matematisnya tentang elektromagnetisme, yang memprediksikan keberadaan gelombang-gelombang elektromagnetik yang merambat dengan laju yang setelah dihitung dari hukum-hukum kelistrikan dan kemagnetan bernilai 3 x 108 m/s, yang berarti sama dengan laju cahaya. 

Maxwell

a teori gelombang cahaya, terutama dalam menjelaskan warna-warna yang dibentuk oleh film-film tipis, seperti yang sudah dipelajarinya secara luas. Tetapi ia menolak teori tersebut berdasarkan kenyataan yang terlihat bahwa perambatan cahaya adalah garis lurus. Pada saat itu pembelokan cahaya disekitar penghalang; yang disebut difraksi, belum diamati. Karena reputasinya dari otoritasnya, penolakan Newton terhadap teori gelombang cahaya sangat mempengaruhi pengikutnya. Bahkan sesudah bukti dari difraksi tersedia, pengikut Newton mencari-cari penjelasannya seakan-akan difraksi adalah hamburan partikel-partikel cahaya dari tepi celah.

Teori Maxwell didukung oleh Hertz yang pada tahun 1887 dengan menggunakan sebuah sirkuit untuk mendeteksinya. Pada paruh kedua abad ke-19, Kirchhoff dan beberapa ilmuwan lainnya menerapkan persamaan Maxwell untuk menjelaskan interferensi dan difraksi cahaya dan gelombang-gelombang elektromagnetik lainnya dan meletakkan metode-metode konstruksi empirisnya Huygens pada kerangka matematika yang mantap.

Meskipun teori gelombang pada umumnya dapat mendeskripsikan cahaya (dan gelombang-gelombang elektromagnetik lainnya), namun teori tersebut gagal menjelaskan semua sifat-sifat cahaya, khususnya tentang interaksi cahaya dan materi. Dalam percobaan tahun 1887 yang terkenal mendukung teori gelombang Maxwell, Hertz juga menemukan efek fotolistrik, yang akan dibahas secara detik di bagian lainnya.