Bab 15: Interferensi Cahaya

Pada layar di dinding seberang terdapat beberapa garis lurus paralel. Di tengahnya terdapat beberapa cermin pemantul, serta papan vertikal dengan celah sempit.

Mungkin cerminnya harus diputar agar sumber cahaya dapat diarahkan ke sana. Cahaya akan dipantulkan ke arah lain. Harus menemukan cermin lain untuk menangkap cahaya ini dan memantulkannya lagi. Jika cahaya hanya mengenai dinding, hanya akan ada bercak cahaya di dinding. Setelah beberapa kali pemantulan oleh cermin, cahaya diarahkan ke arah seberang. Pada akhirnya, cahaya dipandu ke layar, sehingga pintu keluar terbuka dan bisa masuk.

Ada sepuluh jenis sumber cahaya, dengan rentang panjang gelombang 500 hingga 700 meter. Ada sepuluh macam lebar celah: 0,5 mm, 0,6 mm, 0,7 mm, 0,8 mm, 0,9 mm, 1 mm, 1,1 mm, 1,2 mm, 1,3 mm, dan 1,4 mm. Jarak antara celah dan layar juga dapat diatur pada berbagai jarak.

Jika menoleh ke belakang, di atas tembok belakang juga ada layar dengan garis-garis paralel.

Ketika sebuah sumber cahaya diletakkan, sinarnya melewati celah dan membentuk pola garis-garis di layar, namun pola ini tidak sama dengan garis-garis di dinding.

He Xin bertanya, “Bagaimana caranya agar pintunya terbuka?”

Shun Pin berkata, “Tidak ada penerima? Hanya ada layar.”

Xiang Yu menjawab, “Mungkin layar ini adalah penerimanya.”

He Xin bertanya, “Lalu sinyal apa yang harus diterima?”

Xiang Yu berkata, “Cahaya dengan warna apa yang digunakan?”

Shun Pin berkata, “Tapi ada banyak garis di sini.”

He Xin berkata, “Apa harus pakai prisma penyebar?”

Xiang Yu menimpali, “Tapi pola garisnya juga tidak mirip.”

Shun Pin berkata, “Garis-garis ini tampak seperti pola interferensi.”

Gelombang cahaya mengikuti prinsip superposisi gelombang. Pada daerah di mana dua gelombang cahaya bertumpang tindih, beberapa titik akan selalu saling memperkuat getaran, sementara titik lain selalu saling melemahkan getaran. Fenomena terbentuknya distribusi intensitas cahaya yang stabil selama waktu pengamatan di daerah ini dikenal sebagai interferensi cahaya.

Namun, tidak semua gelombang cahaya yang saling bertumpang tindih dapat menghasilkan interferensi. Syarat koherensi gelombang cahaya adalah: (1) Frekuensi kedua gelombang harus sama, jika tidak perbedaan frekuensi akan menyebabkan perubahan perbedaan fase secara cepat seiring waktu. (2) Arah getaran sama. (3) Perbedaan fase tetap.

Tiga syarat tersebut—frekuensi sama, arah getaran sama, dan perbedaan fase konstan—merupakan syarat mutlak agar interferensi terjadi. Gelombang cahaya yang memenuhi syarat ini disebut cahaya koheren, dan sumbernya disebut sumber cahaya koheren.

Duan Zhu berkata, “Jadi, cukup menggunakan dua sumber cahaya yang sama, kan? Kita bisa menemukan dua sumber yang identik.”

Xiang Yu menyanggah, “Tidak bisa. Dua sumber cahaya biasa yang berdiri sendiri tidak dapat menghasilkan gelombang cahaya yang saling berinterferensi.”

Bahkan bagian berbeda dari satu sumber cahaya pun tidak dapat memenuhi syarat interferensi. Karena gelombang cahaya yang dipancarkan sumber nyata itu berupa deretan gelombang; deret gelombang yang dipancarkan atom pada suatu saat dengan saat berikutnya memiliki arah getaran dan fase yang acak. Ketika dua deret gelombang yang dipancarkan pada waktu berbeda bertemu, fase mereka tidak lagi tetap. Hanya deret gelombang yang dipancarkan oleh atom yang sama pada saat yang sama yang dapat koheren.

Untuk mendapatkan dua gelombang cahaya koheren, harus digunakan cahaya yang berasal dari titik pancar yang sama, lalu melalui alat interferensi khusus dibagi menjadi dua gelombang terkait. Ketika bertemu, kedua gelombang ini memiliki frekuensi, arah getaran, dan fase awal yang berubah serempak mengikuti gelombang asli; antar gelombang tetap ada perbedaan fase konstan sehingga dapat terjadi interferensi. Selain itu, saat bertemu, perbedaan lintasan optis kedua gelombang harus lebih kecil daripada panjang deret gelombang cahaya.

Setiap sumber cahaya memiliki panjang deret gelombang yang berbeda.

Syarat terjadinya interferensi cahaya adalah: arah getaran sama, frekuensi sama, perbedaan fase tetap, dan perbedaan lintasan optis kedua gelombang harus lebih kecil dari panjang deret gelombang. Pola interferensi pada layar terdiri dari deretan garis terang dan gelap yang sejajar dengan jarak yang sama, dengan distribusi intensitas mengikuti hukum kuadrat kosinus. Jarak antara dua garis terang atau dua garis gelap bertetangga disebut jarak antar garis.

Shun Pin berkata, “Di sini ada tiga robot, mereka juga sedang mengganti sumber cahaya, celah, dan cermin pemantul. Kita harus menyinari layar garis di seberang sebelum mereka selesai merakit.”

He Xin berkata, “Aku akan mengganti sumber cahaya, Xiang Yu mengganti celah, Shun Pin mengganti cermin pemantul.”

Setelah He Xin mengganti sumber cahaya, robot A1 di seberang juga mengganti sumber cahaya. Setelah Xiang Yu mengganti celah, robot A2 di seberang juga mengganti celah. Setelah Shun Pin mengganti cermin pemantul, robot A3 di seberang juga mengganti cermin.

Duan Zhu sedang mengatur jarak celah. Penyangga celah di seberang juga bergerak otomatis menyesuaikan jarak.

Di sini, cahaya dari sumber melewati celah, mengenai cermin pemantul, dipantulkan kembali, melewati celah lain, dan sampai ke layar di belakang. Di seberang, cahaya sumber juga melewati celah, mengenai cermin, dipantulkan, dan akhirnya sampai ke layar depan.

Bahkan tanpa gangguan dari robot, kombinasi sumber cahaya, celah, dan jarak di sini hampir ada seribu macam. Tidak diketahui kombinasi mana yang bisa membuat pola cahaya tepat sama dengan garis-garis di layar.

Ini seperti kunci kombinasi tiga digit. Apakah harus mencoba semua seribu kombinasi?

Shun Pin berkata, “Tidak, tidak perlu mencoba seribu kali. Ketika kita melihat pola garisnya tidak cocok, kita bisa memperkirakan bagaimana harus menyesuaikannya.”

Berdasarkan panjang gelombang, jarak, dan lebar celah, lebar garis bisa dihitung. Namun, jika lebar garis terlalu besar atau terlalu kecil, tidak jelas parameter mana yang harus diubah.

“Tapi, parameter yang diatur robot seberang bisa jadi memang bertujuan menghambat kita menyesuaikan ke arah yang benar,” kata Shun Pin. “Artinya, jika robot di seberang memperkecil panjang gelombang, kita harus memperbesar panjang gelombang.”

He Xin berkata, “Jadi, kita ikuti pola ini saja? Kita atur ketiga parameter berlawanan dengan robot di seberang, dan sesuaikan satu per satu.”

Ketika hampir mencapai nilai yang tepat, panjang gelombang terlalu besar, lalu dikurangi satu tingkat.

Selama proses penyesuaian, cahaya dari robot juga diproyeksikan ke atas dinding belakang. Jika garis-garis cocok, itu berarti kelompok kita kalah.

Maka kelompok ini harus menggunakan papan penghalang dan cermin pemantul untuk menghalangi atau memantulkan cahaya dari robot ke arah lain.

Shun Pin berkata, “Tunggu, lihat, jarak antar garis di atas belakang kita dan di seberang ternyata sama.”

Xiang Yu berkata, “Jadi robot di seberang menggunakan parameter standar.”

He Xin berkata, “Kita gunakan saja parameter itu untuk mengatur kombinasi sumber cahaya, celah, dan jarak.”

Akhirnya, dipilih panjang gelombang 589 nanometer, jarak antar celah 0,9 milimeter, dan jarak 1,1 meter, sehingga didapatkan lebar garis yang tepat dan sakelar fotoelektrik pun terpicu. Pintu pun terbuka.