Evolusi Foton: Dari Cara Planck 1900 sampai Transisi Terstimulasi Einstein 1916 – Suatu bahan pendukung kuliah Fisika Dasar

Abstract

Bahan kuliah tentang evolusi konsep foton ini, dipandang bermanfaat untuk melatih kekritisan berpikir siswa/mahasiswa. Titik tolak yang berguna adalah Wikipedia, ensiklopedia digital yang mudah diakses, dan cukup sederhana uraiannya. Judul “Planck’s law” menyediakan titik tolak berpikir yang sederhana. Hipotesis Planck Desember tahun 1900, tentang asumsi bahwa energi radiasi perlu berupa kelipatan gugus energi h f, membukakan langkah teknis perhitungan, yang menghasilkan rumusan rapat energi radiasi benda hitam. Rumusan Planck ini mencakup perilaku rumusan Rayleigh-Jeans untuk frekuensi rendah, sampai ke rumusan Wien untuk frekuensi tinggi. Rumusan ini konsisten dengan hasil pengukuran intensitas radiasi itu, yang masa itu mulai makin teliti kemampuan mengukurnya, meskipun masih di rentang visual dan inframerah saja. Tahun 1905, Einstein menampilkan asumsi gugusan energi h f itu sebagai realitas bagi radiasi, untuk menjelaskan hasil pengukuran tentang gejala fotolistrik. Tahun 1916, Einstein lalu menyajikan konsekuensi perilaku gugusan energi itu, akibat interaksi radiasi dengan bahan bermateri, yang memiliki tingkat energi tertentu selaras dengan model atom yang digagas Bohr tahun 1913. Satu konsekuensi adalah adanya transisi terstimulasi, yang baru berhasil dimanfaatkan tahun 1950an, untuk proses maser dan laser, yang sejak itu berkembang pesat, mengembangkan cabang ilmu optika modern, dan peran laser masa kini. Menelusuri proses berpikir dari rumusan empiris ke konsep teoretis, dengan tetap menjaga kesesuaian dengan kenyataan, dapat menggunakan materi makalah ini sebagai bacaan pemicu.