Spektrum Warna dari Cahaya Putih

Kata "cahaya" biasanya memunculkan gambaran cahaya putih dari matahari atau cahaya kuning keemasan yang hangat dari lampu listrik. Tetapi jenis cahaya lain mungkin juga muncul dalam pikiran.

Seorang pengemudi kendaraan bermotor mungkin akan mengingat merah BERHENTI, kuning SIAP-SIAP dan hijau JALAN. Jadi, cahaya bukan hanya berwarna putih, tetapi juga warna-warna lain.

Hal ini sudah diketahui oleh para ilmuwan jauh sebelum Newton, namun sebelum Newton, bahkan tidak pernah terpikirkan oleh siapa pun bahwa sinar-sinar dari cahaya putih, cahaya matahari kita, adalah campuran dari sinar-sinar yang berwarna: merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, ungu, dan semua warna perantara.

Catatan:
Agar tidak menimbulkan kerancuan, maka kita menggunakan istilah "cahaya" untuk cahaya matahari atau cahaya putih yang belum terdispersi menjadi spektrum, sedangkan masing-masing spektrum hasil dispersi dengan warna yang berbeda-beda kita sebut "sinar."

Selain itu, diketahui bahwa prisma yang ditempatkan pada jalur sinar matahari menghasilkan pita berwarna pelangi yang cerah, tetapi tidak ada yang bisa menjelaskan fenomena ini.

Pada 1666,  Newton mengasah lensa optik yang tidak bulat, yaitu sebuah prisma segitiga, untuk bereksperimen dengan fenomena warna. Newton menggelapkan ruangan dan membuat lubang kecil pada kain penutup jendela, agar sejumlah cahaya matahari bisa masuk, lalu menempatkan prisma pada jalur masuk cahaya, sehingga bisa dibiaskan ke dinding yang berlawanan. Warna-warna cerah dan intens dihasilkan dari prisma itu."

Setiap dari kita bisa mengamati pita berwarna cerah yang dipantulkan oleh prisma ke dinding putih atau selembar kertas putih. Warna pita itu sangat indah, intens dan murni sehingga kita bisa menatapnya selama berjam-jam dengan senang hati, dan selalu melihat warna baru yang cemerlang.

Eksperimen ini mudah dilakukan, yang diperlukan hanyalah prisma dan bahkan tidak perlu terlalu menggelapkan ruangan, walaupun kemurnian, saturasi dan jumlah warna yang bisa dilihat akan jauh lebih rendah jika ruangan kurang gelap.

Newton melakukan eksperimennya dengan sinar matahari bukan hanya untuk kesenangan. Tujuan utamanya adalah untuk mengetahui mengapa prisma yang ditempatkan pada jalur sinar matahari mengubah sinar matahari putih menjadi spektrum atau rangkaian warna atau pita di mana semua warna mengikuti satu sama lain dalam urutan yang tidak berubah dan selalu berulang.

Newton harus melakukan sejumlah besar pekerjaan, dan jika kita mesti salut dengan Newton, mengingat bahwa semua itu dilakukan 300 tahun yang lalu hanya dengan bantuan beberapa prisma, lensa, dan alat yang paling sederhana.

Penemuan dan keterampilan Newton sebagai seorang peneliti sangat luar biasa. Berdasarkan eksperimen yang dia lakukan, Newton menemukan hukum cahaya yang pada masa itu tidak diketahui, dan merupakan orang pertama yang memberikan penjelasan ilmiah tentang cahaya.

Ketika sinar-sinar cahaya matahari jatuh pada 2 medium yang sifat optiknya berbeda  (misalnya udara dan kaca, atau udara dan air), sinar-sinar itu mengubah arah saat melewati medium yang satu ke medium yang lain (dibiaskan).

Semakin besar perbedaan sifat optik dari 2 medium yang dilalui cahaya, semakin besar pula pembiasannya. Fenomena ini sering kita jumpai dalam praktik sehari-hari. Ingat apa yang terjadi ketika kita memasukkan sendok ke dalam segelas air. Tampaknya sendok itu memiliki celah tajam tepat pada batas antara air dan udara.

Pembiasan cahaya diketahui sebelum Newton, tetapi tidak ada yang tahu bagaimana sinar-sinar dengan warna yang berbeda dibiaskan.

Dalam eksperimen pertamanya (secara keseluruhan Newton melakukan 33 eksperimen, berulang setiap kali), Newton menetapkan bahwa "sinar dengan yang warna berbeda juga berbeda dalam derajat pembiasannya."

Eksperimen ke-3 memungkinkan Newton menarik kesimpulan penting berikut ini:
"Cahaya matahari terdiri dari sinar-sinar dengan pengaturan ulang yang berbeda."

Dalam sebuah ruangan yang sangat gelap, pada sebuah lubang bundar yang lebarnya kira-kira 1/3 inci yang diletakkan pada jendela yang tertutup, Newton menempatkan sebuah prisma kaca, di mana berkas cahaya matahari yang masuk pada lubang itu bisa dibiaskan ke atas menuju dinding kamar di depannya, dan di sana membentuk citra matahari yang berwarna. Sumbu prisma (yaitu garis yang melalui bagian tengah prisma dari satu ujung ke ujung lain yang sejajar dengan tepi sudut bias) dalam eksperimen ini dan eksperimen berikutnya tegak lurus terhadap sinar datang.

Eksperiman Newton. Sumber: buku The Nine Colours of Rainbow, hlm. 15.

Eksperiman Newton mengenai cahaya. Saat melewati prisma pertama, cahaya matahari diubah menjadi spektrum. Bukaan pada layar yang ditempatkan antara prisma-prisma memungkinkan hanya 1 sinar berwarna lewat. Karena alasan ini, saat melewati prisma kedua, cahaya tidak lagi membentuk berkas sinar divergen.

Di dekat sumbu ini Newton memutar prisma perlahan, dan melihat cahaya yang dibiaskan di dinding atau gambar matahari yang berwarna pertama-tama turun dan kemudian naik. Antara turun dan naik ketika gambar tampak diam, prisma dihentikan sehingga berada dalam posisi tetap dan tidak dipindahkan lagi.

Cahaya dibiaskan jatuh tegak lurus pada selembar kertas putih pada dinding.  Gambar dan dimensi bayangan matahari yang terbentuk di atas kertas oleh cahaya itu diamati.

Catatan:
Penguraian cahaya putih menjadi spektrum sinar berwarna disebut dispersi.

Kepustakaan:
1. Steinhaus, A., The Nine Colours of Rainbow,  Sobolfy, D. (Transl.), MIR Publishers, Moskow, 1966.
2. Diary Johan Japardi.
3. Berbagai sumber daring.