Bagaimana Manusia Bisa Melihat Warna?

Warna itu sebetulnya tidak ada. Warna itu hanyalah persepsi visual dalam otak manusia saja. Lalu bagaimana manusia bisa melihat warna-warni yang berbeda? Ini penjelasan ilmiahnya.

Pernah nggak sih lo pas lagi bengong ngeliatin langit, tiba-tiba muncul pertanyaan di dalam benak lo. Kenapa ya langit berwarna biru? Kenapa api berwarna merah? Kenapa daun berwarna hijau? Kenapa pelangi bisa memiliki 7 warna? Kenapa pemimpinnya Power Rangers selalu ranger merah? Kenapa gebetan gue cuma nganggep gue temen?

Sebagai tutor Fisika Zenius yang paling tampan, gue bisa bantu lo ngejawab semua pertanyaan di atas kecuali pertanyaan tentang gebetan.

Oke, kali ini gua mau ngebahas tentang bagaimana manusia melihat WARNA dari sudut pandang ilmiah. Mungkin lo pikir topik ini kesannya iseng banget, kayak gua ga ada kerjaan lain aja (padahal emang bener). Tapi gua jamin pembahasan tentang warna ini akan membuka pikiran lo tentang bagaimana kita menalar dunia ini dari sudut pandang ilmiah yang seru. Yuk kita mulai ceritanya…

Ngomong-ngomong soal warna, lo pernah gak sih berpikir apakah warna biru yang kita lihat di mata kita itu sama dengan warna biru yang dilihat oleh orang lain? Apakah warna biru yang kita lihat sama dengan yang kucing pasar lihat? Sebetulnya warna biru itu apa sih? Apa definisi dari warna biru? Biru tuh apa ya… hmmm…

Secara empiris, manusia menjelaskan warna biru ke satu sama lain dengan memberi contoh, misalnya biru itu ya warna langit cerah pagi hari, biru itu ya warna lautan, biru itu warna kelopak bunga agaphantus, biru itu Persib Bandung, biru itu kalo jidat kejedot tiang listrik, dan sebagainya. Nah, itu penjelasan secara empiris, tapi dalam penalaran ilmiah, kita ga boleh ngasih penjelasan dengan contoh seperti itu. Dalam penalaran ilmiah, kita harus tarik mundur bagaimana manusia bisa melihat warna.

Apa Definisi dari Warna?

Definisi dari warna itu adalah persepsi visual manusia ketika mata kita menerima informasi berupa radiasi gelombang elektromagnetik (cahaya) pada panjang gelombang di antara 400-700 nanometer yang jatuh pada spektrum tertentu. Sederhananya, kita bisa melihat warna tertentu karena mata kita menerima informasi berupa cahaya yang dipantulkan oleh seluruh objek di sekitar kita yang terpapar oleh cahaya. Jadi, kalo kita melihat daun berwarna hijau itu karena cahaya matahari yang dipantulkan oleh daun tersebut jatuh pada panjang gelombang 534–545 nm lalu masuk ke mata kita dan diterjemahkan oleh otak kita sebagai persepsi visual warna hijau.

Di dalam retina manusia normal, terdapat sel yang membantu menginterpretasikan rangsangan dari luar (dalam hal ini cahaya). Sel yang pertama berbentuk batang (rod) dan sel kedua berbentuk cone. Terdapat tiga jenis sel berbentuk cone yang dapat membaca rangsangan cahaya, yaitu cone merah, cone hijau dan cone biru. Sehingga mata kita lebih mudah mendeteksi gelombang yang memiliki panjang gelombang atau frekuensi yang sesuai dengan spektrum warna hijau, merah dan biru. 

struktur sel receptor pada retina, terdapat 3 cone cell untuk menangkap warna merah, biru, dan hijau

So, ketika cahaya masuk dan difokuskan oleh mata, maka sel rod dan cone ini akan bekerja untuk meneruskan rangsangan cahaya tersebut ke otak untuk selanjutnya diterjemahkan sebagai warna. Dengan hanya bermodalkan 3 warna utama ini saja, perpaduannya bisa terdiri dari berbagai macam persepsi warna sesuai dengan intensitasnya. Makanya dalam istilah PC Gaming desain visual, kita sering dengar istilah RGB atau Red-Green-Blue. Itu dasar pertimbangannya ya dari aspek biologis mata manusia yang menerima informasi dari perpaduan antara 3 warna utama tersebut, perpaduan antara 3 warna utama (Red-Green-Blue) sudah bisa mencakup semua aspek warna yang bisa dilihat oleh mata manusia.

Sayangnya, terkadang ada orang yang terlahir dengan sel cone yang kurang baik. Orang yang terlahir berbeda itu sering kita sebut dengan orang yang buta warna. Pada umumnya orang yang mengalami buta warna tidak dapat membedakan warna yang merupakan campuran di antara merah, hijau atau biru. 

Aspek biologi ini tentunya juga terjadi dalam proses penglihatan makhluk hidup lainnya. Hanya organ yang digunakan untuk menangkap rangsangan cahaya itu berbeda-beda. Sebagai contoh, anjing, kucing, tikus dan kelinci tidak memiliki organ penglihatan seperti manusia. Di mata binatang-binatang ini, dunia ini hanyalah abu, biru, dan warna kuning. Jadi sekali lagi, warna itu adalah persepsi visual dalam otak yang sangat tergantung pada sejauh mana organ penglihatan bisa memproses radiasi gelombang elektromagnetik.

Sampai di sini, kira-kira paham ya apa itu warna? Ternyata menjelaskan warna dari sisi ilmiah itu gak secetek ngasih contoh-contoh doang ya. Warna itu persepsi mental manusia saja terhadap panjang gelombang cahaya yang dipantulkan oleh partikel-partikel yang melekat pada objek tersebut. Nah, berikutnya gua mau kita lebih memahami tentang bagaimana mekanisme cahaya ini bisa diterjemahkan menjadi warna.

 

Cahaya itu Apa sih?

Seperti yang gua jelaskan sebelumnya, cahaya itu merupakan radiasi gelombang elektromagnetik yang memiliki spektrum tertentu. Cahaya yang dapat kita lihat atau biasa disebut sebagai cahaya tampak, memiliki panjang gelombang di antara 400-700 nanometer. Jadi sebetulnya cahaya yang dapat kita lihat hanyalah sebagian kecil dari spektrum gelombang elektromagnetik.

Nah, kalo begitu apakah ada panjang gelombang cahaya yang tidak bisa ditangkap mata manusia tapi hewan lain bisa? Tentu ada, contohnya infra-red dan ultra-violet. Ilmuwan juga pernah meneliti spektrum warna yang kemungkinan ada, tapi tidak bisa dilihat mata manusia karena keterbatasan syaraf-syaraf neuron pada retina mata kita.

Ada beberapa sifat cahaya yang membuat kita dapat melihat spektrum warna. Sifat-sifat ini adalah salah satu faktor yang membuat kita bisa melihat warna:

Sifat 1: Cahaya itu merambat

Cahaya itu adalah partikel sekaligus gelombang yang merambat dengan kecepatan yang konstan (C) yaitu sekitar 300juta meter/detik. Sejauh ini, tidak diketahui ada partikel lain di alam semesta yang merambat lebih cepat daripada cahaya. Cahaya adalah penghantar informasi paling cepat yang manusia ketahui sampai saat ini.

Sifat 2: Cahaya dapat dipantulkan.

Cahaya dapat dipantulkan berdasarkan bentuk dari permukaan benda yang bertemu dengan cahaya, terdapat dua interaksi yang berbeda. Ketika cahaya bertemu dengan permukaan benda yang rata maka cahaya akan dipantulkan secara teratur. Sedangkan bila cahaya bertemu dengan permukaan benda yang bergelombang maka cahaya akan dipantulkan secara baur.  

Gambar pemantulan teratur bersampingan dengan pemantulan baur

Sifat 3: Cahaya dapat dibiaskan

Sifat cahaya berikutnya yang mengakibatkan kita dapat melihat spektrum warna adalah cahaya dapat dibiaskan. Karena cahaya merupakan gelombang, maka sudah pasti cahaya dapat merambat atau menjalar melalui suatu medium. Ketika cahaya tersebut merambat melalui dua benda yang memiliki kepadatan berbeda, maka akan terjadi peristiwa pembiasan atau pembelokan cahaya.

Apabila cahaya merambat hanya pada satu medium yang sama, maka cahaya akan merambat membentuk garis lurus. Namun ketika ia melalui dua medium dengan kerapatan yang berbeda, maka cahaya akan dibelokan. Contohnya seperti gambar ini:

Gambar pembiasan cahaya melalui dua medium berbeda

Terlihat pensilnya seperti patah kan? Padahal nggak patah tapi kok terlihat begitu? Jawabannya karena mata kita menerima informasi berupa cahaya tampak. Nah setengah bagian atas pensil tersebut kita lihat dari cahaya yang merambat melalui udara, sedangkan setengah bagian bawah pensil itu kita lihat dari cahaya yang merambat melalui air.

Sudut pembiasan yang terbentuk diantara garis normal dan pembelokkan cahaya ini akan menjadi semakin besar apabila kerapatan medium kedua lebih besar daripada kerapatan medium yang pertama. Karena cahaya dapat dibiaskan, maka cahaya juga dapat diuraikan melalui proses yang biasa kita sebut sebagai proses dispersi. Materi penjelasan tentang gelombang cahaya bisa kamu tonton di sini.

Let’s say ada sebuah cahaya polikromatik berwarna putih yang datang masuk kedalam sebuah prisma kaca bening. Cahaya polikromatik merupakan cahaya yang membawa lebih dari satu gelombang cahaya. Untuk cahaya berwarna putih seperti cahaya matahari, maka cahaya tersebut mengangkut semua spektrum warna.

Ketika cahaya putih ditembakkan ke dalam prisma, cahaya bias yang dihasilkan akan terurai sesuai dengan panjang gelombang masing-masing warna. Untuk cahaya putih maka cahaya yang dihasilkan akan terurai seperti warna pada pelangi yaitu merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila dan ungu. Setiap spektrum warna ini akan mengalami pembiasan dengan sudut bias yang berbeda-beda tergantung dari panjang gelombang setiap warna tersebut. Perbedaan deviasi atau pembelokan cahaya diantara warna-warna tersebutlah yang kita namakan sebagai peristiwa dispersi atau bahasa Inggrisnya disperse.

Prisma mendispersi cahaya. Pengennya gambar ini albumnya Pink Floyd, tapi gua takut dituntut copyright 🙁

 

Cahaya Menjadi Spektrum Warna

Waw keren yah bisa jadi terdispersi sedemikian rupa. Kalo gitu, apa sih bedanya antara warna merah dengan warna biru atau dengan warna lainnya? Hal yang membedakan warna-warna tersebut adalah panjang gelombang dan frekuensi gelombang cahaya yang merambat. Nilainya dapat kita ketahui berdasarkan spektrum warna berikut ini.

Gambar spektrum warna berdasarkan panjang gelombang dan frekuensinya

Walaupun berbeda panjang gelombang dan frekuensi, semua warna tersebut masih masuk ke dalam definisi cahaya tampak karena memiliki panjang gelombang antara 400-700 nm. Jadi warna-warna selain Me-Ji-Ku-Hi-Bi-Ni-U merupakan warna yang membawa lebih dari 1 panjang gelombang. Makanya warna-warna seperti burgundy, turqoise, magenta, ijo tosca, ijo telor asin, ijo telor busuk, dsb, sebenernya merupakan campuran lebih dari 1 spektrum warna.

 

Terus, Gimana Ceritanya Langit Berwarna Biru?

Sekarang lo pada tau yah kalo semuanya dimulai dengan cahaya putih polikromatik. Lo udah tau juga bahwa setiap warna memiliki karakteristik gelombang yang berbeda pula. Coba sekarang lo tebak apa sih cahaya putih polikromatik yang jadi sumber cahaya utama di bumi? Yes, cahaya dari wajah Chelsea Islan! Nggak deng, cahaya matahari dong yah.

Nah, untuk menjawab kenapa langit berwarna biru, maka kita perlu tahu bahwa ketika cahaya matahari masuk ke Bumi, maka cahaya tersebut akan mengalami pemantulan, pembiasan dan juga diserap gelombangnya oleh partikel benda yang ada di bumi. Misalkan cahaya tersebut bersentuhan dengan partikel oksigen dan debu di udara. Maka cahaya matahari sebagian akan diserap oleh partikel di udara. Sedangkan sebagian lagi akan dipantulkan ke Bumi dan masuk ke dalam mata kita.

Karena sudut datangnya matahari berbeda pada saat siang hari dan sore hari, warna yang dihasilkan dari peristiwa ini akan sedikit berbeda. Ketika siang hari, warna yang diteruskan ke Bumi akan didominasi oleh spektrum warna dengan panjang gelombang yang tinggi jatuh pada spektrum biru dan ungu. Sedangkan di sore hari, spektrum warna dengan frekuensi yang tinggi yang mendominasi adalah spektrum warna merah dan jingga.

Itulah mengapa kita dapat melihat langit berwarna biru di siang hari dan langit berwarna merah dan jingga di sore hari.

Namun proses pemantulan sumber cahaya ini terkadang tidak dibutuhkan ketika benda yang kita lihat dapat menghasilkan cahaya sendiri. Sebagai contohnya saja Api. Ngomong-ngomong kenapa api berwarna merah ya? Kok bukan putih seperti matahari? Padahal kan dia juga sumber cahaya seperti matahari.

 

Mengapa Api Berwarna Merah?

Api terbentuk ketika suhu yang tinggi mengakibatkan partikel yang terbakar mengemisikan cahaya. Suhu yang tinggi merupakan tanda bahwa ada energi yang diberikan pada benda yang terbakar.  Hal ini mengakibatkan elektron pada partikel benda tersebut mengalami proses eksitasi. Proses eksitasi elektron ini meradiasikan energi dan menghasilkan photon atau partikel cahaya. Ingat bahwa cahaya juga merupakan gelombang dan ketika suatu proses pembakaran menghasilkan cahaya, proses tersebut juga meradiasikan gelombang lain yang tidak dapat kita lihat.

Proses pembakaran tidak hanya menghasilkan api berwarna merah. Proses pembakaran terkait dengan suhu dan jumlah energi foton yang dihasilkan ketika elektron dari partikel tersebut mengalami proses eksitasi. Sehingga warna dari api yang dihasilkan dapat memberikan informasi mengenai bahan yang terbakar dan juga suhu dari api tersebut.

Misalkan untuk bahan-bahan padat organik seperti kayu, kita dapat mengukur suhu di antara 525°C sampai 1500°C. Dalam range suhu tersebut, kita dapat melihat api berwarna merah, oranye dan putih. Sedangkan api dengan bahan bakar gas dapat mencapai suhu antara 1500°C sampai 2600°C mengemisikan warna biru.  

warna api berbeda sesuai dengan proses radiasi eksitasi elektron

Bicara soal warna merah pada api, ada sisi menarik yang bisa kita telusuri dalam dunia psikologi persepsi. Dalam dunia modern sekarang, warna merah itu identik dengan warna yang garang, berani, macho, agresif, dan lain-lain. Persepsi mental manusia terhadap warna tertentu terinsipirasi dari impresi manusia terhadap spektrum warna tersebut. Hampir pasti, warna merah pertama yang dilihat oleh mata manusia adalah warna yang tercipta pada api. Lo bisa bayangin sendiri ketika pertama kali manusia mampu mengendalikan api, diduga kuat sifat-sifat dari api yang panas diterjemahkan pada persepsi mental yang agresif, garang, dan sebagainya.

 

Mengapa Warna Pelangi Warna-warni?

Selain warna dari api, fenomena menarik lainnya mengenai spektrum warna adalah terbentuknya pelangi. Kenapa sih pelangi cuma ada kalo abis hujan? Kalau hujan kan gue suka inget mantan mie rebus.No, no, no, Pelangi itu nggak harus turun hujan dulu. Namun ketika sehabis hujan, peluang munculnya pelangi jadi lebih besar. Nih gue ceritain deh proses terbentuknya pelangi.

Fenomena pelangi itu sebenernya karena adanya pembiasan cahaya. Jadi cahaya dari matahari dibiaskan masuk ke dalam butiran air hujan. Kemudian di dalam butiran tersebut, cahaya yang sudah terurai tersebut kemudian dipantulkan oleh bagian dalam butiran hujan. Berkas pantulan tersebut kemudian dibiaskan kembali dan kemudian masuk kedalam mata kita.

Ilustrasi pembiasan dan pemantulan cahaya

Coba bayangkan peristiwa tersebut terjadi pada begitu banyak butiran air hujan sehingga kita dapat melihat spektrum warna pelangi secara lengkap. Bentuk dari pelangi juga sebetulnya bukan hanya setengah lingkaran namun lingkaran penuh. Ini disebabkan oleh bentuk medium (butiran hujan) yang memantulkan cahaya tersebut.

Selain itu, sudut datangnya cahaya matahari juga harus spesifik agar kita dapat melihat fenomena ini. Sudut datang cahaya harus membentuk sudut 42° dibandingkan dengan posisi kita. Makanya, pelangi hanya dapat kita lihat apabila cahaya matahari posisinya berada di belakang kita. Karena syarat ini juga maka kita hampir pasti berada di pusat diameter dari pelangi dan hanya melihat pelangi sebagai setengah lingkaran.

Ilustrasi gambar hanya 42° | Source

Nah, sekarang lo paham kan bagaimana manusia bisa melihat warna pelangi yang warna-warni itu. Zaman dulu pelangi itu diintrepretasikan sebagai keajaiban alama dan mitos-mitos lucu, tapi sekarang kita bisa lihat fenomena ini dari sudut pandang ilmiah yang gak kalah menakjubkan!

 

Penutup: Kenapa Pemimpin Power Ranger Selalu Ranger Merah?

Demikianlah hasil bengong-bengong produktif kita untuk menyelidiki spektrum warna. Moga-moga pertanyaan iseng yang seolah ga penting dan ga ada kerjaan ini bisa jadi tambahan pengetahuan yang bermanfaat buat lo semua. Nah, di penghujung artikel ini, mari kita sama-sama menjawab pertanyaan paling penting dalam artikel ini yaitu kepemimpinan power ranger.

Berdasarkan penjelasan fisika di atas, kita paham bahwa warna merah merupakan warna yang memiliki panjang gelombang paling tinggi. Panjang gelombang yang tinggi berarti gelombang tersebut punya frekuensi yang rendah. Frekuensi yang rendah berarti gelombang tersebut mengandung energi yang rendah. Berarti ranger merah itu yang paling lemah dong ya? Hahahaha… Ehm jadi gini, barangkali Power Ranger ingin mengajarkan bahwa untuk jadi pemimpin, lo gak perlu jadi yang paling kuat. Asal ada kemauan lo pasti bisa mimpin., Mungkin itulah sebabnya Power Rangers selalu dipimpin oleh ranger merah!

sumber gambar: powerranger.wikia.com

Anyway, terimakasih udah membaca artikel tentang spektrum warna ini. Gue tunggu elo di post tentang Fisika berikutnya!

 

Referensi

https://en.wikipedia.org/wiki/Flame
http://maggiemaggio.com/color/2011/08/fire-ii-color-and-temperature/

 

—————————CATATAN EDITOR—————————

Jika ada di antara kamu yang ingin ngobrol atau diskusi dengan Kak Steve tentang warna dan cahaya, atau topik Fisika secara umum, jangan ragu untuk bertanya pada kolom komentar di bawah artikel ini yak.

Tertarik belajar dengan zenius.net? Kamu bisa pesan membership zenius.net di sini.