Laju cahaya itu apa sih?

Laju cahaya atau kecepatan cahaya disimbolkan dengan  adalah sebuah konstanta fisika universal yang penting dalam banyak bidang fisika. Nilai presisinya adalah  (kira-kira ), karena panjang meter didefinisikan berdasarkan konstanta ini dan standar internasional waktu. Kelajuan ini merupakan kelajuan maksimum yang dapat dilajui oleh segala bentuk energi, materi, dan informasi dalam alam semesta. Kelajuan ini merupakan kelajuan segala partikel tak bermassa dan medan fisika, termasuk radiasi elektromagnetik dalam vakum. Kelajuan ini pula menurut teori modern adalah kelajuan gravitasi (kelajuan dari gelombang gravitasi). Partikel-partikel maupun gelombang-gelombang ini bergerak pada kelajuan  tanpa tergantung pada sumber gerak maupun kerangka acuan inersial pengamat. Dalam teori relativitas,  saling berkaitan dengan ruang waktu. Konstanta ini muncul pula pada persamaan fisika kesetaraan massa-energi .

Kelajuan cahaya yang merambat melalui bahan-bahan transparan seperti gelas ataupun udara lebih lambat dari . Rasio antara  dengan kelajuan  (kelajuan rambat cahaya dalam suatu materi) disebut sebagai indeks bias  material tersebut (). Sebagai contohnya, indeks refraksi gelas umumnya berkisar sekitar 1,5, berarti bahwa cahaya dalam gelas bergerak pada kelajuan ; indeks refraksi udara untuk cahaya tampak adalah sekitar 1,0003, sehingga kelajuan cahaya dalam udara adalah sekitar  (sekitar  lebih lambat daripada ).

Untuk berbagai tujuan praktis, cahaya dan gelombang elektromagnetik lainnya akan tampak untuk menyebar secara seketika, tetapi untuk jarak jauh dan pengukuran yang sangat sensitif, kelajuan terbatasnya memiliki efek yang nyata. Hal inilah yang menimbulkan dilatasi waktu dalam pengamatan. Seperti dalam berkomunikasi dengan wahana antariksa yang jauh, dapat dibutuhkan bermenit-menit sampai berjam-jam agar pesan dari Bumi dapat mencapai pesawat ruang angkasa, atau sebaliknya. Cahaya yang dilihat dari bintang, galaksi dan benda - benda angkasa meninggalkan sumbernya tersebut bertahun-tahun yang lalu, bahkan untuk benda terjauh yang dapat kita lihat dalam alam semesta teramati, apa yang kita lihat di bumi sekarang adalah apa yang terjadi saat ledakan dahsyat terjadi (13,8 miliar tahun yang lalu). Hal ini yang memungkinkan studi tentang sejarah alam semesta dengan melihat objek yang jauh. Kelajuan terbatas cahaya juga membatasi kecepatan maksimum teoretis komputer, karena informasi harus dikirim dalam komputer dari chip ke chip. Kecepatan cahaya dapat digunakan dengan pengukuran waktu terbang untuk mengukur jarak besar dengan presisi tinggi.

Ole Rømer pertama menunjukkan pada 1676 bahwa cahaya berjalan pada kecepatan yang terbatas (bukannya seketika) dengan mempelajari gerakan yang tampak dari bulan Jupiter Io. Pada tahun 1865, James Clerk Maxwell mengusulkan bahwa cahaya adalah gelombang elektromagnetik, dan karena itu bergerak dengan kecepatan  yang muncul dalam teori elektromagnetismenya. Pada tahun 1905, Albert Einstein mendalilkan bahwa laju cahaya sehubungan dengan kerangka inersia independen dari gerakan sumber cahaya, dan menjelajahi konsekuensi postulat dengan menurunkan teori relativitas khusus dan menunjukkan bahwa parameter  memiliki relevansi di luar konteks cahaya dan elektromagnetisme.

Setelah berabad-abad pengukuran semakin tepat, pada tahun 1975 kecepatan cahaya diketahui sebagai  dengan ketidakpastian pengukuran 4 bagian per miliar. Pada tahun 1983, meter didefinisikan kembali dalam Sistem Satuan Internasional (SI) sebagai jarak yang ditempuh oleh cahaya dalam ruang hampa di 1/ detik. Akibatnya, nilai numerik dari  dalam meter per detik sekarang tetap persis dengan definisi meter.

Nilai numerik, notasi, dan unit

Laju cahaya dalam ruang hampa biasanya dilambangkan dengan huruf kecil c, untuk "constant" atau bahasa Latin  (yang berarti "kecepatan"). Secara historis, simbol V pernah digunakan sebagai simbol alternatif untuk laju cahaya, yang diperkenalkan oleh James Clerk Maxwell pada tahun 1865. Pada tahun 1856, Wilhelm Eduard Weber dan Rudolf Kohlrausch telah menggunakan c untuk konstanta yang berbeda yang kemudian terbukti sama dengan  dikalikan laju cahaya dalam ruang hampa. Pada tahun 1894, Paul Drude mendefinisikan ulang c dengan makna modern. Einstein menggunakan V di makalah aslinya yang berbahasa Jerman tentang relativitas khusus pada tahun 1905, namun pada tahun 1907 ia beralih ke c, yang saat itu telah menjadi simbol standar untuk laju cahaya.

Kadang-kadang c digunakan untuk laju gelombang di medium bahan apapun, dan c0 untuk laju cahaya dalam ruang hampa. Notasi subscript ini, yang didukung dalam literatur SI resmi, memiliki bentuk yang sama sebagai konstanta terkait lainnya: yaitu, μ0 untuk permeabilitas vakum atau konstanta magnetik, ε0 untuk permitivitas vakum atau konstanta listrik, dan Z0 untuk impedansi ruang hampa. Artikel ini menggunakan c eksklusif untuk kecepatan cahaya dalam ruang hampa.

Sejak tahun 1983, meter telah didefinisikan dalam Sistem Satuan Internasional (SI) sebagai jarak perjalanan cahaya dalam ruang hampa dalam  detik. Definisi ini menetapkan laju cahaya dalam ruang hampa di persis . Sebagai sebuah konstanta fisika berdimensi, nilai numerik dari c berbeda untuk sistem unit yang berbeda.

Dalam cabang fisika di mana c sering muncul, seperti dalam relativitas, biasa digunakan sistem pengukuran satuan natural atau sistem satuan tergeometrisasi dengan . Menggunakan unit-unit ini, c tidak muncul secara eksplisit karena perkalian atau pembagian dengan 1 tidak memengaruhi hasil.