Cahaya bukan hanya sesuatu yang kita lihat. Ini adalah bahan bakar fundamental bagi kehidupan di Bumi dan pilar inti fisika modern. Tapi itu juga alasan pemindai supermarket Anda berfungsi, mengapa DVD ada, dan mengapa Anda bisa mengambil foto. Untuk memperingati Tahun Cahaya Internasional, kita perlu melihat dampak ekstrem dari fenomena ini. Seberapa terang benda paling terang di luar sana? Seberapa pendek flash terpendek yang pernah kita buat?
Tujuan dari perayaan ini sederhana: ingatlah bahwa cahaya itu penting. Itu membentuk alam semesta kita. Itu memungkinkan biologi. Ini mendorong budaya.
Tapi mari kita bicara tentang rekornya. Jumlahnya sangat mencengangkan.
Femtodetik dan Molekul
Denyut cahaya buatan terpendek yang pernah diciptakan hanya berlangsung sepermiliar miliar detik. Itu adalah femtodetik.
Laser memancarkan pulsa ini. Mereka tidak hanya cepat. Mereka fungsional. Para ilmuwan menggunakannya seperti rana kamera berkecepatan tinggi.
Apa yang mereka tangkap?
Pergerakan molekul. Tarian elektron.
Pergerakan ini terjadi terlalu cepat untuk kamera standar. Denyut nadi femtodetik membekukan mereka. Hal ini memungkinkan peneliti untuk menyaksikan proses kimia terjadi secara real-time. Beginilah cara kita melihat unsur-unsur penyusun pergeseran materi.
Bagaimana perbandingannya dengan sumber cahaya alami?
Alam semesta menyimpan benda-benda yang lebih terang. Bintang. Galaksi. Tapi mereka terbakar selama bertahun-tahun atau jutaan tahun. Kedipan buatan ini selesai sebelum Anda dapat mengedipkan mata.
Mengapa ini penting?
Karena jika Anda tidak bisa melihatnya, Anda tidak bisa memahaminya. Kami menggunakan kilatan ini untuk memetakan reaksi pada tingkat atom. Pengetahuan ini mendorong baterai yang lebih baik. Ini membantu merancang obat baru. Ini mengubah cara kita membuat material.
Apakah ada batasan seberapa pendek denyut nadinya?
Mungkin. Namun saat ini, pulsa femtodetik adalah yang paling unggul dalam hal singkatnya. Ini adalah peralihan tercepat yang kami miliki.
Namun, sumber paling terang masih menjadi pertanyaan bagi para astronom. Matahari cerah bagi kita. Namun di luar sana, dalam kegelapan pekat, cahaya lain lebih terang daripadanya triliunan kali lipat.
Kami tahu yang terpendek. Kami masih belajar yang paling cerdas. Keduanya mengingatkan kita bahwa cahaya tidaklah pasif. Ini aktif. Ini sangat kuat. Ini cepat.
Refleks Petir Alga
Tiga puluh mikrodetik. Hanya itu yang diperlukan Chlamydomonas, alga hijau biasa, untuk bereaksi terhadap cahaya.
Bandingkan dengan mata manusia. Jika dibandingkan, kami lamban. Visi kami bergantung pada rangkaian peristiwa kimia yang membutuhkan waktu milidetik—jauh terlalu lambat bagi strategi kelangsungan hidup alga. Chlamydomonas tidak menggunakan retina yang kompleks. Ia menggunakan molekul peka cahaya tunggal yang tertanam di membrannya.
Ketika foton mengenai molekul ini, ia tidak menunggu aliran sinyal. Ini membuka saluran secara langsung. Ion bermuatan positif masuk. Sel langsung terdepolarisasi. Kejutan elektrokimia ini memicu perubahan cepat pada arah berenang organisme, membantunya mencari kondisi cahaya optimal untuk fotosintesis atau menghindari semburan sinar UV yang berbahaya.
Ini adalah solusi yang elegan. Tidak ada otak. Tidak ada saraf. Hanya fisika dan biologi yang bekerja dengan kecepatan listrik.
Penundaan Delapan Menit Matahari
Sementara alga bereaksi dalam mikrodetik, kita menunggu matahari.
Merupakan suatu pemikiran yang melegakan bahwa kita melihat matahari seperti sekarang. Tapi kami tidak melakukannya. Cahaya bergerak dengan kecepatan sekitar 300.000 kilometer per detik. Ini adalah batas kecepatan universal. Padahal Bumi mengorbit Matahari pada jarak rata-rata 149,6 juta kilometer.
Lakukan perhitungan.
Dibutuhkan cahaya sekitar 8 menit 20 detik untuk melintasi kekosongan itu. Saat Anda melihat ke langit siang hari, Anda sedang melihat ke masa lalu. Anda melihat matahari sebagaimana adanya delapan menit yang lalu.
Penundaan ini penting bagi lebih dari sekedar hal-hal sepele astronomi. Ini mempengaruhi cara kita memahami fenomena matahari. Jika matahari tiba-tiba menjadi gelap, kita tidak akan mengetahuinya selama lebih dari delapan menit. Kita masih bisa merasakan panasnya (melalui radiasi infra merah dan konduksi dari atmosfer) dan melihat cahayanya. Tapi sumbernya akan hilang.
Dalam navigasi luar angkasa, latensi ini adalah variabel konstan. Perintah yang dikirim ke penjelajah di Mars harus memperhitungkan waktu yang dibutuhkan cahaya untuk melakukan perjalanan antar planet. Semakin jauh Anda pergi, semakin lama menunggu balasan. Hal ini mengingatkan bahwa komunikasi “real-time” hanyalah ilusi lokal.
Cahaya Tertua di Alam Semesta
Jika delapan menit terasa seperti selamanya, bayangkan 13,2 miliar tahun.
Pada tahun 2011, Teleskop Luar Angkasa Hubble menangkap sebuah galaksi bernama UDFj-39546284. Foton yang mengenai sensor Hubble telah bergerak tak lama setelah Big Bang. Mereka dipancarkan ketika alam semesta berumur kurang dari 600 juta tahun.
Cahaya ini lebih tua dari Bumi. Lebih tua dari matahari. Lebih tua dari tata surya.
Menemukan cahaya tertua yang dilihat manusia bukan hanya soal usia. Ini tentang melihat kembali fajar kosmik. Galaksi-galaksi ini termasuk galaksi pertama yang terbakar dan mengionisasi kembali zaman kegelapan alam semesta. Cahaya yang kita deteksi kini telah meregang, atau bergeser merah, akibat perluasan ruang itu sendiri. Panjang gelombangnya telah meluas dari cahaya tampak atau ultraviolet ke dalam spektrum inframerah, itulah sebabnya Hubble—dan kemudian Teleskop Luar Angkasa James Webb—harus dirancang untuk melihat dalam inframerah.
Mengapa hal ini penting bagi kami?
Karena itu menentukan timeline kita. Ini memberi tahu kita seberapa cepat alam semesta berkembang. Ini mengungkapkan bahan-bahan dari bintang-bintang pertama
Efisiensi Bioluminesensi vs. Kecerahan Kosmik
Kunang-kunang beroperasi dengan efisiensi yang membuat rekayasa manusia terlihat kikuk. Mereka mengubah 95 persen energinya menjadi cahaya. Tidak ada satu watt pun yang terbuang sebagai panas. Bandingkan dengan lampu pijar di masa lalu. Bola lampu tua itu hanya mengubah sekitar sepuluh persen listrik menjadi cahaya. Sisanya? Hanya membuang-buang panas. Bahkan lampu neon kompak modern pun tergolong biasa-biasa saja jika dibandingkan. Mereka hanya memancarkan seperempat dari masukannya sebagai cahaya tampak.
LED lebih baik dalam menghemat daya, ya. Namun efisiensinya masih tertinggal dibandingkan cahaya alam. Mereka duduk di antara sepuluh dan empat puluh persen. Kunang-kunang meninggalkan mereka di dalam debu.
Sekarang perkecil. Jalan keluar.
Jika menurut Anda kunang-kunang itu terang, lihat WISE J224607.57-052635.0. Ini adalah galaksi yang sangat jauh sehingga sulit untuk dipahami. Namun ia bersinar dengan kecerahan 300 triliun matahari. Itu bukan salah ketik. Triliun. Dengan dua angka nol setelah ‘b’.
Mengapa terangnya sangat menyilaukan?
Bukan hanya bintang yang membakar bahan bakar. Ini adalah lubang hitam supermasif di pusatnya. Monster gravitasi ini sedang makan. Ia menarik gas dan merobeknya. Gesekan tersebut menciptakan pusaran yang sangat panas. Massa yang berputar-putar itu memancarkan cahaya dengan intensitas sedemikian rupa sehingga melampaui sebagian besar gabungan keluaran bintang di alam semesta yang teramati.
Kunang-kunang itu efisien. Galaksi ini luar biasa. Salah satunya adalah keajaiban biologis. Yang lainnya adalah monster kosmik. Keduanya, dengan caranya masing-masing, menolak membuang energi untuk panas.
