Ledakan Besar (Big Bang) Hingga Sampah Besar: Entropi, Chaos, dan Alasan-alasan Lain Alam Semesta Ini Akan Melangkah Menuju Neraka

Entropi

Saya menawarkan untuk menyebut besaran S [energi yang tak tersedia untuk kerja] sebagai entropi dari tubuh, dari istilah Yunani [tropê], transformasi.... Energi dari alam semesta ini bersifat konstan---entropi dari alam semesta ini cenderung menuju (keadaan) yang maksimum.Rudolph J.E. Clausius, paper of 1865

Alam semesta ini mungkin telah dimulai dengan sebuah dentuman,

tapi ia akan berakhir dengan sebuah rengekan. Itulah poin tentang

entropi, setidaknya sebagaimana yang telah umum dipahami. Dan

sungguh, para pendukung awal dari konsep ini, seperti William

Thomson (Lord Kelvin) dan Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz,

telah memperingatkan bahwa alam semesta ini sedang mengarah

menuju “panas yang mematikan” (heat death), ketika segala

sesuatunya berada dalam temperatur yang sama dan tak ada satupun

hal menarik yang akan pernah terjadi.

Konsep ini dapat ditelusuri jejaknya pada kemajuan-kemajuan

yang terjadi pada abad ke sembilan belas mengenai termodinamika,

studi tentang hubungan-hubungan antara panas (oleh karena itu

thermo-) dan kerja atau gerak (jadi, dinamika). Para perintis dalam

disiplin ilmu ini---seorang Perancis Nicolas Léonard Sadi Carnot,

seorang Jerman Julius Robert von Mayer, dan orang Inggris James

Prescott Joule---mempunyai satu tujuan umum: menciptakan sebuah

mesin uap. Carnot, aktif pada tahun 1820-an, telah menemukan bahwa

kapan saja panas hilang, adalah mungkin untuk bekerja berdasarkan

pada proses ini. Joule, dua puluh tahun kemudian, menemukan bahwa

hal yang sebaliknya juga benar: kapan saja ada kerja, terdapat juga

panas ekstra. Joule dan von Mayer telah mendeduksi secara terpisah

tentang apa yang sekarang dikenal sebagai “Hukum Pertama

Thermodinamika”: energi tidak dapat diciptakan, tidak juga dapat

dihancurkan; ia hanya dapat diubah bentuknya---katakanlah, dari

energi potensial untuk bekerja untuk memanaskan dan kembali lagi.

Pada tahun 1850, warga Jerman lain, Rudolf Julius Emanuel

Clausius (nama panjangnya masih ditambah dengan de rigueur),

menambahkan hukum yang kedua: panas tidak pernah dapat melalui,

secara spontan, tubuh yang lebih dingin ke tubuh yang lebih hangat.

Hukum ini kelihatannya sangat sempurna---jika anda meletakkan air

dalam sebuah oven, ia tidak akan berubah menjadi es. Tapi, dari

perspektif para pakar sains yang sedang mencoba untuk bekerja

berdasarkan pada panas, ia mempunyai akibat-akibat yang penting.

Transfer panas dari satu tubuh ke tubuh lain adalah tidak mungkin

untuk dibalik: panas yang anda gunakan untuk memasak seekor

burung turkey, tidak pernah dapat diletakkan kembali ke dalam

sebuah oven, setidaknya, tidak oleh burung turkey itu. dari

eksperimen-eksperimen Carnot, Clausius tahu bahwa kerja terjadi

ketika energi (dalam bentuk panas) berlalu dari sebuah keadaan

dengan rangsangan (excitement) yang lebih besar hingga ke suatu

keadaan dengan rangsangan yang lebih kecil---yaitu, dari keadaan

yang lebih hangat menuju keadaan yang lebih dingin. Jadi, panas

hanya dapat digunakan untuk bekerja sebelum ia dimanfaatkan---

yaitu, dihilangkan ke dalam tubuh yang lebih dingin darimana ia tidak

dapat diperoleh kembali tanpa menambahkan lebih banyak energi

pada sistem.

Bahkan, anda harus menambah lebih banyak energi lagi pada

sistem daripada yang telah ada dalam energi panas untuk memulai. Ini

karena, sebagaimana yang telah diumumkan oleh Lord Kelvin pada

tahun 1851, selalu terjadi pemborosan dalam transfer panas ini. (Friksi

adalah satu sebab yang utama, tapi bukan penyebab satu-satunya,

dari pemborosan ini). Begitu banyak energi yang dibutuhkan untuk

pelaksanaan ide tentang sebuah gerak mesin secara terus-menerus---

untuk tetap menjaga agar mesin dapat terus bekerja, anda harus terus

memompakan energi ke dalamnya, karena tidak ada proses mekanis

yang 100 persen efisien. Setiap kali energi dikonversi dari satu bentuk

(katakanlah panas) menjadi yang lain (katakanlah listrik), akan ada

sedikit energi yang terbuang. Prinsip ini pada umumnya dikenal

sebagai “pemborosan [lenyapnya]energi”: meskipun energi ini tidak

dapat diciptakan atau dihancurkan, ia cenderung untuk lenyap, atau

berproses dari suatu bentuk yang lebih berguna menjadi ke suatu

bentuk yang kurang berguna.

Untuk memvisualisasikan mengapa terjadi yang sedemikian ini,

bayangkanlah sebuah kamar yang diisolasi, dimana temperatur di

salah satu sudutnya adalah 80° dan pada sudut lainnya sebesar 20°.

Mudah dipahami bahwa panas akan cenderung untuk mengalir dari

sudut yang panas ke sudut lain yang lebih dingin hingga keseluruhan

kamar itu berada dalam satu temperatur (katakanlah 50°). Yang

sedang terjadi adalah bahwa molekul-molekul udara pada sudut yang

panas, yang sedang bergerak ke sekitar dengan sangat cepat, mulai

memantul menjadi molekul-molekul yang bergerak-lebih lambat pada

sudut yang lebih dingin, dengan hasil bersih bahwa molekul-molekul

yang penuh energi ini melepas dan mengirim energi ke pihak yang

lambat dan tidak aktif, dan keduanya memantul-mantul pada tingkat

kecepatan yang sedang. Dengan cukup waktu yang tersedia,

kecepatan dari semua molekul ini akan membagi sama banyak, yang

berarti bahwa keseluruhan dari kamar itu akan mempunyai temperatur

yang sama.

Jika anda pintar, anda akan menemukan sebuah cara untuk

menggunakan energi saat ia mengalir, melalui panas, satu sudut

menuju sudut yang lain. Tapi, begitu semua molekul sedang bergerak

pada kecepatan yang sama---begitu temperatur telah merata---anda

dapat melupakannya. Ini karena gerak molekul-molekul akan menjadi

sepenuhnya acak. Ketika satu sudut dari kamar itu panas sedangkan

sudut lain dingin, terdapat “tatanan” (order) tertentu pada keadaan

peristiwa ini (kebanyakan dari molekul-molekul yang penuh energi ada

disini, kebanyakan dari molekul-molekul yang lambat dan tidak aktif

ada disebelah sana), dan lebih jauh lagi, terdapat sebuah tatanan

tentang bagaimana energi ini ditransfer (ia bergerak dalam satu arah).

Ketika temperaturnya sama secara menyeluruh, tidak ada lagi tatanan

apapun (molekul-molekul yang penuh energi dan molekul-molekul

yang lamban dan tidak aktif, semuanya saling bercampur), dan tidak

ada transfer energi yang diperintahkan ke arah manapun. Dan untuk

mengembalikan temperatur kamar pada keadaannya yang semula---

katakanlah dengan memanaskan satu sudutnya dan mendinginkan

sudut yang lain---akan membutuhkan lebih banyak energi daripada

yang dapat anda peroleh kembali darinya, jika anda melakukan yang

demikian ini.

Dengan tersedianya Hukum Pertama Termodinamika, ini semua

menunjuk pada kesimpulan-kesimpulan yang membuat depresi:

sejumlah energi yang berguna di alam ini perlahan tapi pasti melenyap

menjadi energi yang tak berguna. Ini menarik, misalnya, bahwa

matahari mentransfer energinya kepada bumi sehingga tanaman-

tanaman dapat bertumbuh dan mempertahankan kehidupan, tapi

cepat atau lambat, matahari ini akan lenyap secara perlahan-lahan.

Dunia ini, tata surya, dan akhirnya, alam semesta ini, pada akhirnya,

semuanya mencapai bahkan temperatur yang sama. Ketika tidak ada

perbedaan dalam temperatur (tidak ada organisasi panas), tidak ada

kerja atau apapun yang membuat energi dapat terjadi.

Entropi adalah istilah Carnot untuk sejumlah energi yang tak

berguna dalam sebuah sistem---sejumlah energi yang “dilenyapkan”,

yang mengalami kekacauan, atau temperatur yang konstan, yang

tidak dapat dikonversi untuk kerja. Dan ketika dia begitu getir

menyatakannya sebagai, “Entropi dari alam semesta ini cenderung

menuju keadaan yang maksimum.”

Tapi, jangan berputus asa—panas yang mematikan adalah

sebuah jalan panjang yang harus dilalui, jika sungguh ia mungkin

terjadi. Kelvin dan Carnot berasumsi bahwa alam semesta ini adalah

sebuah sistem tertutup, tapi, dalam kenyataan, banyak dari teori-teori

mutakhir yang menggambarkannya sebagai berekspansi dan

mendinginkan. Ini tidak harus merupakan berita gembira dalam dirinya

sendiri, tapi, ia merumitkan gambaran tentang panas-yang mematikan

(heat-death) ini.

Selanjutnya, pakar fisika Austria Ludwig Boltzmann (1844-1906)

telah menunjukkan bahwa Hukum Kedua Termodinamika adalah tidak

bersifat kaku, tidak seperti pemikiran Carnot tentang hukum fisika

yang deterministik. Sebagaimana telah dia nyatakan, keadaan

menyeluruh dari suatu gas (seperti udara bertemperatur 80° di dalam

kamar kita), diukur oleh temperatur dan volume, ia tidak ditentukan

secara tunggal oleh pola khusus apapun dari aktivitas molekuler. Yaitu,

molekul-molekul dalam kamar kita yang dapat bergerak cepat ke

sekitar dengan banyak cara yang berbeda-beda dan kita masih akan

memperoleh temperatur yang sama.

Boltzmann menyebut skenario-skenario ini—pola-pola dari

molekul-molekul yang bergerak sangat cepat ---sebagai keadaan mikro

(“micro states”), dan mendefinisikan suatu “keadaan makro”

(“macrostate”) [temperatur dan volume] bahwa semakin bersifat

“mungkin” (“probable”), semakin keadaan-keadaan mikro dapat

menghasilkannya (semakin ia cenderung, pada akhirnya, untuk

menampak secara alami). Entropi, berdasarkan definisi ini, mengukur

probabilitas dari suatu keadaan makro, dan Hukum Kedua

Termodinamika, dengan demikian, menegaskan bahwa sistem-sistem

cenderung menuju suatu keadaan probabilitas yang maksimum.

Tentu saja, ini masih menyisakan kepada kita dengan

ketidakteraturan yang meningkat, jika tidak dengan panas yang

mematikan, karena keadaan-keadaan yang tidak teratur ini adalah

jauh lebih mungkin (lebih mudah untuk menghasilkan) daripada

keadaan-keadaan yang teratur. Jika anda mengocok sebungkus kartu

dalam waktu yang cukup, maka kartu-kartu itu akan kembali lagi

secara teratur, tapi dengan melakukan yang demikian sebelum hari

kiamat, ini tidak begitu menjanjikan. Demikian pula, adalah sangat

sulit untuk membuat utuh kembali sebuah telor. Tapi, apa yang

diizinkan oleh teori Boltzmann adalah sebuah peningkatan peluang

tentang energi yang berguna tanpa seseorang harus melakukan

sesuatu, sama sekali---alam akan mengurangi secara bertahap entropi

dari sebuah sistem.

Apapun yang terjadi, bahkan jika alam semesta ini sebagai suatu

keseluruhan sedang mengarah menuju chaos, ia akan selalu mungkin

untuk mengurangi entropi secara lokal. Setiap kali anda membersihkan

sampah di ruang kantor anda, anda sedang menghasilkan keteraturan

(order) dan mengurangi entropi, dan hal yang sama akan terjadi pula

setiap kali suatu tanaman berbunga. Keteraturan semacam ini

mungkin muncul sebagai biaya yang harus dikeluarkan dari

ketidakteraturan yang terjadi dimana saja, dan tentu saja, energi yang

berguna ini dimanfaatkan (dihabiskan) dalam prosesnya. Tapi,

sebagaimana halnya dengan matahari yang tidak akan membakar apa

saja dengan segera, anda boleh bersorak, dan mengambil apa yang

dapat anda peroleh.

Sibernetika

(Cybernetics)

merupakan tesis dari buku ini bahwa masyarakat hanya dapat

dimengerti melalui sebuah studi tentang pesan-pesan dan fasilitas-

fasilitas komunikasi yang menyertainya; dan bahwa dalam

perkembangan di masa depan tentang pesan-pesan dan fasilitas-

fasilitas komunikasi ini, pesan-pesan antara manusia dan mesin-mesin,

antara mesin-mesin dan manusia, dan antara mesin dan mesin, telah

ditakdirkan untuk memainkan suatu peran yang semakin meningkat.

Norbert Wiener, The Human Use of Human Beings: Cybernetics

and Society (1950)

“Cyber” adalah suatu awalan (prefix) yang sangat nge-trend dewasa

ini, ucapan terima kasih (layak ditujukan kepada) novelis sains-fiksi,

William Gibson, yang telah menemukan istilah “ruang maya” (cyber

space) di pertengahan tahun 1980-an. Ruang maya adalah lebih dari

sekadar tetangga baru dalam ruang yang biasa ini; ia adalah kuasi-

realitas (quasi = seperti), yang dihasilkan oleh komunikasi jarak jauh

melalui komputer, dimana masyarakat dan data saling berinteraksi

dalam cara-cara baru yang aneh.

Dengan munculnya istilah cyber- untuk menamakan

orang/hubungan-hubungan melalui komputer ini, anda mungkin sangat

kaget menemukan bahwa akarnya berasal dari istilah Yunani untuk

“manusia yang membimbing” (“steerman”), kybernêtês (juga akar dari

kata “governor” = pemerintah). Dan dalam kenyataan, penggunaan

pertama kalinya dapat ditelusuri hingga tahun 1940-an, bukan tahun

1980-an, ketika seorang pakar matematika Amerika di M.I.T., Norbert

Wiener (1894-1964), telah menemukan istilah “cybernetics” untuk

menggambarkan pengetahuan tentang pengontrolan atau

“mengarahkan” (steerting) persenjataan otomatis dan mesin-mesin

lain.

Wiener terutama sangat tertarik dengan kemiripan-kemiripan

antara instruksi-instruksi mesin dengan bahasa dan perilaku manusia.

Sebagai langkah pertamanya, dia mulai menggunakan kata “feedback”

(umpan balik) pada mesin-mesin otomatis. (Penemuannya tentang

istilah “cybernetics” sebagiannya diilhami oleh esai penting pertama

tentang feedback dari James Clerk Maxwell “On Governors”). Feedback

adalah, secara singkat, apa yang anda peroleh ketika anda

“mengumpan kembali” hasil-hasil dari operasi-operasi mesin ke dalam

mesin. Misalnya, ketika suara yang dihasilkan melalui sebuah mikrofon

dihubungkan kembali melalui mikrofon itu, kita mengalami keceriaan

dari umpan balik audio.

Tapi, dalam banyak kasus lain dimana feedback itu diharapkan,

ketika ia memungkinkan mesin-mesin untuk beradaptasi daripada

hanya sekadar mengandalkan pada instruksi-instruksi baku.

Pemanasan sentral, misalnya, bekerja berdasarkan prinsip feedback

ini. Daripada memompa panas secara kaku melalui rumah anda pada

interval-interval preset, pemanas-pemanas termostat-yang terkontrol

dapat merespon perubahan-perubahan temperatur, dengan

menyalakan (turn on) dan mematikan (turn off) sebagaimana yang

dibutuhkan.

Feedback adalah salah satu elemen penting dari argumen

Wiener yang lebih umum bahwa mesin dan manusia menangani

pesan-pesan dengan cara-cara yang mirip. Sistem syarat pusat,

misalnya, mungkin dapat dipahami dengan cara suatu mesin feedback.

Otak kita mengirim impuls-impuls, atau “pesan-pesan”, kepada otot-

otot di tangan, yang menjelaskan kepadanya untuk menempuh cara ini

atau itu setelah menerima “feedback” dari syaraf di tangan. (Otak

memberitahu tangan untuk menggenggam sebuah gelas; tangan

memberitahu otak bahwa gelas ini panas; otak memberitahu tangan

untuk melepas gelas itu; dan seterusnya). Proses melingkar secara

terus-menerus ini adalah basis dari refleks-refleks dan proses

pembelajaran.

Kemiripan kunci antara manusia dan mesin, bagi Wiener, adalah

bahwa keduanya (setidaknya jika mesin-mesin itu pintar, maksudnya,

yang dapat menyalurkan feedback) mampu untuk mengorganisir

berbagai hal dan menghasilkan informasi. Dia menggunakan istilah

“informasi” dalam pengertian yang sangat luas, untuk memaksudkan

sesuatu yang seperti “keteraturan” (order). Hukum Kedua

Termodinamika menyatakan bahwa sistem-sistem cenderung untuk

menjadi tidak teratur, statis, dan dapat diprediksi---mereka bersifat

“entropik” [lihat hal...]. jika informasi adalah keteraturan, maka ia

berlawanan dengan entropi; semakin tidak teratur atau semakin dapat

diprediksi suatu pesan, semakin kurang informatif ia. “Klise-klise,” dia

menjelaskan dengan contoh, “bersifat kurang memancar

(mencerahkan) dibandingkan dengan puisi-puisi hebat.”

Yang diperoleh Wiener adalah bahwa terdapat suatu unit

pengetahuan tentang informasi dan kontrol---sibernetika---yang

menerapkan secara setara terhadap komunikasi manusia dan mesin.

Tapi, bagi pengetahuan ini untuk dapat mempunyai aturan-aturan

umum, seseorang harus meminimalkan perbedaan kualitas antara

manusia dan mesin. Jeleknya, Wiener mencoba untuk menyingkirkan

konsep-konsep seperti “kehidupan”, “jiwa”, dan “vitalitas” sebagai

semantik murni---“julukan-julukan yang meminta pertanyaan”, dia

menyatakan demikian. Untuk tujuan-tujuan studi tentang pesan-pesan,

pikirnya, yang terbaik adalah menghindari konsep-konsep semacam ini

dan “hanya sekadar mengatakan dalam keterhubungan dengan mesin-

mesin bahwa tidak ada alasan mereka ini tidak menyerupai manusia

dalam menghadirkan kembali kantong-kantong yang mengurangi

entropi dalam suatu kerangka dimana entropi secara keseluruhan

cenderung untuk meningkat.” Bahkan, adalah mungkin bagi mesin-

mesin, ketika feedback berakumulasi, untuk “belajar”---satu contoh

bagus adalah pesan dari komputer pad (bantalan lembut) yang secara

bertahap dapat mengenali tulisan tangan pemiliknya.

Doktrin sibernetika adalah basis bagi studi-studi yang lebih

mutakhir tentang kecerdasan buatan atau “AI” (Artificial Intelligence).

AI dapat dimungkinkan hingga kadar pemikiran manusia dapat ditiru

secara formal---yaitu, sebagai suatu perangkat dari intruksi-instruksi

yang jelas untuk memproses informasi. Jika pikiran dapat sepenuhnya

direduksi pada instruksi-instruksi yang demikian ini, maka tidak ada

alasan untuk mengatakan bahwa sebuah mesin yang diprogram secara

penuh itu tidak mempunyai “pikiran” (mind). Banyak pihak yang

mendapati ide ini ditolak, yang mendesak bahwa pemikiran tidak

dapat direduksi pada perilaku mekanistik. Tapi, tak seorang pun yang

sejauh ini dapat membuktikan bahwa fenomena mental---bahkan

beberapa hal seperti cinta dan penderitaan---adalah sesuatu yang

lebih dari impuls-impuls syaraf yang diprogram. Beberapa pihak

melihat sebuah solusi dalam Teorema Godel yang Tidak Lengkap

[hal. ...], tapi, tak seorang pun yang dapat diyakinkan.

Teori Big Bang

Banyak pakar sains yang sangat skeptis mengenai mitos bibel tentang

penciptaan. Tapi penjelasan mereka yang mendukung tentang dari

mana surga dan bumi itu berasal, di permukaan, juga cukup sulit untuk

dipercaya. Bahkan, ketika pakar sains Fred Hoyle menemukan nama

“big bang”, terkait hal ini, dia pikir bahwa dia sedang melawak.

Teori ini membayangkan sebuah masa sekitar lima belas milyar

tahun yang telah lewat ketika semua materi dan energi di alam

semesta ini---keseluruhan “alam semesta” itu sendiri---telah

dikonsentrasikan dalam suatu poin tunggal dari dimensi nol dan

kepadatan tak terhingga. Dalam suatu momen yang sangat tiba-tiba,

di mana konsep-konsep seperti “sebelum” dan “momen” tidak

bermakna apa-apa, inti ini meledak, mengeluarkan semua isinya

dalam sekejap mata menjadi ruang dan waktu sebagaimana kita

mengenalnya sekarang. Selanjutnya, alam semesta ini terus-menerus

mengembang dan mendingin, mengizinkan unsur-unsur dan

selanjutnya obyek-obyek konkret untuk membentuk. Ia terus-menerus

mengembang dan mendingin sejak saat itu.

Logika dibalik teori “big bang” ini adalah sesuatu yang seperti

logika dibalik teori “Penggerak Utama” yang sekarang ini telah

diragukan dan ditolak [lihat hal. ...]. Kisah ini bermula dari Arbert

Einstein, yang teori umumnya tentang relativitas (1916) mendesak

bahwa alam semesta ini dalam keadaan mengembang atau mengerut

(berkontraksi). Pada mulanya, Einstein merasa malu oleh dalil ini,

ketika dia, seperti semua para pakar astronomi di masanya, telah

beranggapan bahwa ukuran dan bentuk dari alam semeta ini telah

baku atau stabil. Jadi, Einstein mencoba memberi “kosmetik” agar

dapat mengukuhkan (fix) teorinya, sebuah langkah yang dia sesali

kemudian.

Dalam kenyataan, hanya satu tahun setelah Einstein

mempublikasikan teori umum relativitas, seorang pakar astronomi

Amerika, Vesto Slipher mempublikasikan penemuannya yang luar

biasa dimana setiap obyek yang terpisah yang dia cermati, tampak

bergerak menjauh dari bumi. Bukti yang tersimpan dalam apa yang

disebut dengan “redshift” dalam sepktrum sinar yang dipancarkan

oleh obyek-obyek itu—warna mereka sebagaimana yang dicermati

disini di permukaan bumi ini tampak lebih merah daripada sinar yang

harus dipancarkan oleh obyek-obyek ini. Redshift ini dapat dijelaskan

melalui analogi suara sirine yang sedang lewat. Setiap orang tahu

bahwa raungan dari sebuah mobil ambulans tampak lebih nyaring

dalam nada tertentu (pitch) saat mobil ambulans sedang mendekat

dan bunyi sirine yang lebih rendah dalam nada tertentu saat ia

bergerak menjauh. (Pitch [tinggi rendahnya nada], ditentukan oleh

frekuensi dari suatu gelombang suara---yaitu, jumlah tempo per detik

ia mencapai intensitasnya yang terbesar). Ini disebut dengan Efek

Doppler” [Doppler effect], yang mengikuti dari fakta bahwa

gelombang-gelombang suara itu “merentang” jika sumber suara

bergerak menjauh. Hal yang sama berlaku juga bagi sinar: jika sumber

sinar bergerak menjauh dari orang yang memandang, maka sinar itu

akan tampak menjadi lebih rendah frekuensinya, yaitu berwarna lebih

merah, daripada seandainya sumber cahaya itu diam tak bergerak.

Slipher tidak cukup tahu apa yang harus dilakukan dengan

penemuan ini, tapi ia menjadi jauh lebih dipahami ketika, pada tahun

1929, pakar astronomi Edwin Hubble mengumumkan suatu korelasi

antara jarak (distance) dari suatu obyek dari bumi dan kecepatan

(speed) dimana ia bergerak menjauh dari kita. Dua kuantitas ini,

demikian penemuan Hubble, ada dalam hubungan yang langsung: jika

obyek B dua kali jauhnya dari A, maka obyek B bergerak menjauh dua

kali kecepatan obyek A.

Kesimpulan logis yang dapat ditarik---jika anda memikirkan

logika relativitas—adalah bahwa alam semesta ini terus-menerus

mengembang. Untuk sebuah gambaran sederhana tentang mengapa,

bayangkan permukaan sebuah balon ketika seseorang meniupnya.

Baik observasi dan geometri menunjukkan poin-poin ini pada

permukaan balon bergerak menjauh lebih cepat jika ia berjarak lebih

jauh. Dalam kenyataan, jika titik B aslinya satu inci jaraknya dari titik

A, dan titik C berjarak dua inci dari A, maka C akan tampak “menjauh”

dari A dua kali lebih cepat daripada yang dilakukan B.

Hal yang sama juga terjadi dengan alam semesta ini, kecuali ia

bukan sebuah balon tiga-dimensi, tapi lebih berupa ruang-waktu

kontinum empat-dimensi. Penemuan dari Einstein ini telah dikaitkan

dengan observasi-observasi Slipher oleh seorang pendeta Belgia dan

guru matematika yang bernama Georges Lemaître yang mencoba

pertama kali untuk menelusuri dan merunut ke belakang tentang

pengembangan kosmik. Sebagaimana halnya dengan Aristoteles dan

para pengikutnya yang menelusuri ke belakang ke tahun-tahun

kemunculan pertama kali dari “sebab yang tak disebabkan”, Lemaître

menelusuri jejak proses mengembangnya alam semesta ke belakang

menuju ke asal-usul penciptaannya.

Dengan tersedianya informasi tentang alam semesta ini yang

terus-menerus mengembang sementara total energi masih tetap

sama, semakin jauh kita merunut ke belakang menembus waktu-

waktu, semakin padat alam semesta ini harusnya. Baik materi dan

energi---yang berdasarkan pada teori Einstein adalah saling berubah-

ubah---harusnya terkonsentrasi dalam suatu ruang yang lebih kecil.

Semakin awal keadaan dari alam semesta ini, semakin padat dan lebih

panas ia harusnya, ketika panas mengukur rata-rata energi yang

terkandung dalam suatu ruang yang tersedia. Dengan membawa

proses ini menuju kesimpulan logisnya, kita mendapati semua materi

dan energi terkonsentrasi dalam sebuah titik sangat panas yang

tunggal, yang oleh Lemaître disebut dengan “atom zaman purba”

(primeval atom). Dan dia menyebut saat dimana atom mulai

mengembangkan “suara yang sangat gaduh”---nama yang untuk

waktu selanjutnya “diperbaiki” oleh Hoyle.

Ini tentu saja sulit, jika tidak mustahil, untuk membayangkan

sebuah permulaan semacam ini, karena istila-istilah seperti

“kepadatan tak terbatas” dan “titik tunggal” menentang segala

sesuatu yang kita alami. Dengan mencoba untuk membayangkan

suatu periode waktu sebelum waktu itu eksis tampaknya larut ke

dalam paradoks-paradoks. Tapi, barangkali ini bersifat membantu

untuk memikirkan kesimpulan Einstein, dalam teori umum relativitas,

bahwa gravitasi hanyalah pembelokan dari kerangka ruang-waktu.

Semakin padat sebuah obyek, semakin ia “melengkungkan” (curve)

ruang di sekitarnya, seperti halnya obyek-obyek yang lebih berat,

ketika dijatuhkan di atas permukaan karet yang ketat, lebih

melenturkan permukaan karet ini daripada permukaan karet yang

lebih ringan. Pada tahap yang paling awal, alam semesta yang

terbungkus padat tidak “mengandung” semua ruang sebanyak ia

membungkus ruang di sekitarnya menjadi sebuah titik dari

pelengkungan yang tak terbatas. (Semakin kecil sebuah bola, semakin

besar pelengkungan dari permukaannya).

Tak satupun dari ini yang menjelaskan mengapa terdapat suatu

dentuman besar (big bang); ia hanya menegaskan bahwa ia harus

terjadi. Dan apa yang terjadi beberapa detik setelah setelah dentuman

besar adalah murni spekulasi kosmologis, meskipun bukti-bukti

semakin menumpuk setiap harinya (tidak semua darinya konsisten

sepenuhnya dengan teori). Dikembangkan dari gambar yang diajukan

oleh pakar sains Rusia-Amerika, George Gamow di akhir tahun 1940-

an, deskripsi standar dari dentuman akan berlangsung seperti ini:

Pada saat terjadinya dentuman besar, hanya ada satu jenis

materi, yang disebut dengan “partikel-partikel super”, di alam semesta

yang sangat kecil. Partikel-partikel ini saling berbenturan secara keras

untuk selama kira-kira 10ˉ⁴₃detik setelah dentuman---

yaitu .000000000000000000000000000000000000000000000000000

0000001 dari satu detik. Namun, kali ini, alam semesta telah

mengembang dan oleh karena itu mendingin hingga pada titik dimana

partikel-partikel lain dapat menampakkan diri dan menjadi cukup stabil

untuk menolak benturan-benturan partikel yang kurang keras

sekarang ini. Partikel-partikel baru ini adalah elektron-elektron, photon-

photon, dan quarks1 yang tidak menggumpal secara efektif. Di waktu

alam semesta ini mengalami perwujudan keduanya (secon old), dan

masih cukup panas---kira-kira 10.000.000.000 derajat Kelvin—

beberapa pihak yang lain berpendapat, lebih besar dari itu, partikel-

partikel yang lebih substansial sedang membentuk dan bertahan:

neutrinos, proton-proton, dan neutron-neutron.

Kira-kira dalam 90 detik berikutnya, proton-proton dan neutron-

neutron mulai membentuk nuclei atom, yang berkembang menjadi

unsur-unsur yang paling awal: deuterium pertama, kemudian helium, 1 Quarks = partikel terkecil yang membentuk atom.

kemudian lithium dan beryllium. Dalam pergerakan mereka ke depan,

semua unsur-unsur lain yang telah diketahui telah dibentuk, tapi ini

akan membutuhkan waktu sekitar satu juta tahun. Namun, apa yang

hilang dari gambar ini adalah nasib dari neutrinos ini (dan apa yang

disebut dengan “anti-neutrinos”, yang lahir bersama mereka) yang

dihasilkan pertama kali dalam perwujudan alam semesta yang kedua

ini. Berdasarkan pada teori ini, mereka harusnya masih berada di

suatu tempat di latar belakang dari alam semesta ini, meskipun radiasi

mereka akan menjadi dingin sekarang menuju temperatur yang sangat

rendah---kira-kira 2.7° Kelvin. Ini yang disebut dengan “radiasi latar

belakang” (background radiation) yang telah diprediksi oleh teori ini,

dalam kenyataannya telah dideteksi pada tahun 1965 oleh dua peneliti

dari Bell Telephone, Arno Penzias dan Robert Wilson.

Penemuan ini adalah konfirmasi eksperimental yang pertama

dari teori big bang secara umum, dan masih terdapat banyak

penemuan lain yang menegaskan tentang hal ini yang melengkapinya

dengan beberapa perincian. Misalnya, pada tahun 1992, pakar sains

Amerika George Smoot dengan cara mengukur radiasi di Antartika,

telah menunjukkan bahwa “gumpalan” atau bentuk yang tak teratur

dari alam semesta ini telah eksis dalam “benih” selama satu juga

setengah tahun dari de4ntuman besar ini. Ini sulit untuk dimengerti,

tapi cukuplah untuk mengatakan bahwa mereka mengizinkan kita

untuk menjelaskan bentuk yang dihasilkan dari alam semesta

sekarang ini dalam istilah tentang gravitasi, dan mereka menunjukkan

bahwa teori big bang ini, jelasnya, berada pada jalan yang benar.

Chaos

Chaos, yang berasal dari bahaya Yunani yang berarti “membuka lebar-

lebar kekosongan”, tidak harus merupakan sesuatu yang buruk. Ketika

dalam ketidakteraturan yang murni, terkandung sedikit sesuatu untuk

direkomendasikan; tapi, apa yang dimaksudkan oleh pakar

matematika James Yorke ketika dia meminjam istilah ini pada tahun

1975 adalah ketidakteraturan yang di-pola (dirancang untuk mengikuti

sebuah pola)---sebuah bentuk yang mendasari ke-acak-an yang

tampak. Dan ini adalah sesuatu yang sangat bagus.

“Teori Chaos”---studi dari semacam ketidakteraturan yang

teratur---menjadi nge-trend hanya di tahun 1980-an, tapi, ia berasal-

usul di dalam mikroorganisme (terutama yang bersifat pathogen) di

tahun 1960, ketika pakar meteorologi M.I.T. Edward Lorenz

mengembangkan model-model komputer yang beradarkan pada pola-

pola cuaca. Sebagaimana telah diketahui oleh setiap orang, cuaca itu

sangat sulit diprediksi dalam jangka panjang, meskipun demikian, kita

dapat mengisolasi banyak dari faktor-faktor yang menyebabkannya.

Lorenz, seperti halnya pakar-pakar lain, telah memikirkan semua yang

diperlukan demi berlangsungnya prediksi yang lebih baik adalah

sebuah model yang lebih komprehensif. Lalu, dia menulis sebuah

program yang berbasis pada dua belas ekuasi-ekuasi sederhana yang

secara kasar mengkonstruk faktor-faktor utama yang mempengaruhi

cuaca.

Lorenz telah menemukan sesuatu yang mengejutkan:

perubahan-perubahan kecil atau kesalahan-kesalahan (errors) dalam

sepasang dari variasi-variasi yang menghasilkan efek-efek yang

janggal dan liar. Selama beberapa hari, mereka hampir tidak

membuat suatu perbedaan; tapi ber-ekstrapolasi (menarik kesimpulan

[informasi yang belum diketahui] dari informasi yang telah diketahui)

setelah berlangsung sebulan atau lebih, perubahan-perubahan yang

menghasilkan pola-pola yang berbeda sepenuhnya.

Lorenz menyebut penemuannya ini dengan “Efek Kupu-kupu”

(“Butterfly Effect), yang diambil dari judul sebuah paper yang dia

publikasikan pada tahun 1979: “Predictability: Does the Flap of a

Butterfly’s Wings in Brazil Set Off a Tornado in Texas?” Dengan kata

lain, dapatkah faktor-faktor menit pada akhirnya menghasilkan hasil-

hasil yang tak dapat diprediksi, rentang yang luas (far-flung), dan

bencana hebat (katastropik)? Lorenz memanjakan keinginannya

dengan sedikit hiperbol karena dia ingin mendramatisir inti

pandangannya. Praktis, seluruh ilmu fisika sebelum tahun 1970-an,

memfokuskan perhatian pada apa yang disebut dengan proses

“linier”2---proses-proses dimana perubahan-perubahan kecil 2 Linear = Menyerupai sebuah garis lurus, hanya mempunyai satu dimensi (penerjemah).

menghasilkan hasil-hasil kecil yang sama. Bahkan sejumlah besar

fenomena---bukan hanya dalam disiplin ilmu meteorologi dan fisika,

tapi juga dalam ilmu biologi, ekologi, ekonomi, dan lain-lain---tidak

mengikuti hukum-hukum linier atau mengikuti formula-formula yang

bersifat linier. Proses-proses “non-linier” adalah yang ekuasi-ekuasinya

melibatkan variabel daripada laju perubahan yang bersifat stabil,

dimana perubahan-perubahan di-ganda-kan daripada ditambahkan,

dan dimana deviasi-deviasi kecil dapat mempunyai efek-efek yang

sangat besar.

Langkah selanjutnya menuju sebuah teori tentang chaos, muncul

pada tahun tujuh puluhan ketika Yorke dan rekannya, seorang pakar

biologi Robert May, mulai menguji properti-properti dari apa yang

disebut dengan “ekuasi logistik”, yang menyediakan suatu model

sederhana bagi pertumbuhan populasi, diantara hal-hal lain. (Untuk

detail-detail yang sangat kompleks, lihat EKUASI-EKUASI, hal. ....). Cara

ekuasi ini bekerja adalah bahwa hasil-hasil terus dalam keadaan

terhubung kembali guna memperoleh hasil-hasil yang baru, dimana

diri mereka sendiri juga terhubung, dan lain-lain. Yang membuat ini

sangat menarik adalah bahwa bergantung pada bagaimana cara anda

memluntir3 sebuah faktor tertentu, apakah hasil-hasil menjadi semakin

dapat diprediksi atau semakin bertambah chaos.

Tapi, bahkan situasi chaos dari ekuasi logistik mempunyai jenis

polanya sendiri yang khas. Sementara anda tidak pernah dapat 3 Tweak = Menarik sesuatu disertai gerak memutar.

memprediksi apa hasil khusus dari menampilkan ekuasi itu jadinya,

anda tahu bahwa ia akan jatuh ke dalam suatu range khusus yang

tertentu. (Jika anda membuat grafik tentang hasil-hasil ini, anda akan

melihat suatu bentuk yang stabil dan mantap atau munculnya pola).

Banyak ekuasi-ekuasi lain yang berperilaku serupa, yang menghasilkan

chaos dengan sebuah bentuk---diantaranya adalah ekuasi-ekuasi yang

memperagakan turbulensi cair atau naik turunnya harga kapas.

Ekuasi-ekuasi semacam ini adalah celah (flipside) dari formula

cuaca Lorenz: ke arah mana harga kapas akan menuju di suatu hari

yang tertentu adalah tidak dapat diprediksi (atau kita semua dapat

menjadi kaya dengan memainkan pasar di masa depan); tapi sejarah

dari harga-harga kapas menunjukkan suatu keteraturan tertentu.

Nama yang diberikan pada keteraturan ini adalah “fractal”4: jika anda

mem-plot sebuah diagram tentang fluktuasi-fluktuasi harga dari menit

ke menit, jam ke jam, hari ke hari, minggu ke minggu, bulan ke bulan,

dan tahun ke tahun, bentuk dari diagram-diagram yang paling kasar

pola jaringannya (peta dari tahun-ke-tahun) akan tergambar dalam

diagram-diagram yang mencerminkan pola jaringan yang lebih halus.

Sebuah diagram fractal dapat diperbesar sesuai yang anda kehendaki,

dan ia akan sangat menyerupai, dan kadang-kadang mereproduksi

secara persis, bentuk dari gambaran yang lebih luas.

4 Fractal = Suatu pola geometris yang diulang-ulang pada skala yang paling kecil guna menghasilkan bentuk-bentuk yang tak teratur, yang tak dapat digambarkan oleh geometri klasik.

Perilaku semacma ini tentang kurva harga kapas telah

ditemukan pada awal tahun 1960-an oleh seorang kelahiran Lithuania,

yang mengenyam pendidikan di Perancis dan Amerika serta seorang

polymath (orang yang mempelajari banyak disiplin keilmuan), Benoît

Mandelbrot. Saat bekerja untuk IBM, dia menemukan bahwa fenomena

lain telah berbagi kualitas fractal dari harga-harga kapas---misalnya,

distrusi dari “suara berisik” (error) dalam transmisi elektronik. Secara

bertahap, Mandelbrot menemukan contoh-contoh lain dari perilaku

yang sama, dengan mengalihkan contoh ke geografi untuk paper-nya

yang sangat orisinal “How Long Is the Coast of Britain?” Ide dasar dari

paper ini adalah bahwa semua jenis dari obyek-obyek alami, seperti

pantai Inggris, mempunyai suatu tingkat kekasaran (roughness) yang

terlihat sama, tak peduli seberapa dekat anda mendekati mereka.

Dilihat dari suatu titik yang jauh, atau dilihat melalui sebuah

mikroskop, suatu pantai akan terlihat tidak teratur---sehingga, tanpa

satu indikator pun yang menandai seberapa jauh sebuah gambar dari

pantai telah diambil, ia akan menjadi sulit, jika tidak mustahil, untuk

menjelaskannya.

Untuk menggambarkan kembali tulisan (rekursif) ini,

ketidakteraturan yang mencerminkan-diri (self-reflecting) atau

kekasaran, Mandelbrot memperluas gagasan tentang dimensi

matematika. Kita terbiasa berpikir dalam istilah-istilah tentang

dimensi-dimensi integral---satu garis dari dimensi I, suatu ranah dari

dimensi 2, suatu kubus dari dimensi 3. tapi, Mandelbrot

memperkenalkan konsep tentang dimensi-dimensi fractional---1.3, 2.7,

12.2---untuk menggambarkan pengulangan kembali atau kekasaran

(tidak rata) yang dia lihat di garis-garis pantai dan kurva-kurva harga.

(Pikirkan tentang suatu dimensi fraksional sebagai suatu ukuran

tentang seberapa banyak yang dikonsumsi oleh suatu dimensi total

dari sebuah garis atau bentuk. Semakin kasar sebuah bentuk, semakin

banyak ruang yang ia konsumsi). Pada tahun 1975, dia menemukan

istilah “fractal” untuk menamakan geometri dimensional-fraksional.

Geometri fraktal dan chaos telah menjadi pijakan dan batu

loncatan bagi penemuan selanjutnya oleh pakar fisika Mitchell

Feigenbaum di pertengahan tahun tujuh puluhan, bahwa banyak

sistem yang bersifat non-linier yang tampaknya tidak saling

berhubungan, berperilaku dengan cara-cara yang sangat serupa. Ini

mensugestikan bahwa mungkin terdapat sebuah teori yang

menyatukan, yang menjelaskan perilaku chaotic dari sistem-sistem

dan ekuasi-ekuasi dalam seluruh rentang disiplin-disiplin keilmuan.

Dan itulah yang terjadi ketika para pakar sains benar-benar mulai

menaruh perhatian.

Chaos masih belum lama kemunculannya, dan ia masih sedang

diperhalus; aplikasi-aplikasi baru telah diteliti atau ditemukan, paper-

paper terus dipublikasikan, keraguan dan demonstrasi [ilmiah]

ditampilkan secara bergantian dan yang berlangsung sangat cepat.

Masih saja, teori chaos memancarkan cahaya pada sistem-sistem

perilaku, sistem-sistem paling murni dari cairan-cairan yang mengalir,

yang cenderung pada perubahan secara cepat dari kondisi yang stabil

menuju apa yang tampak sebagai perilaku chaotic, cara yang

ditempuh oleh air dari keadaan sebelum berubah hingga menjadi

mendidih saat temperaturnya naik sedikit. (Pada temperatur 99.5° c,

air baru saja panas; pada temperatur 100.5°, keadaan air sedang

berubah, menjadi gas). Jargon ini dapat mengintimidasi---hal-hal

sedemikian ini yang menjadi “penarik-penarik asing” (strange

attractor) adalah sulit untuk dijelaskan. (Mereka, pada dasarnya,

adalah bentuk-bentuk yang membatasi kurva-kurva yang tidak

mengekspresikan diri dengan cara yang sama, jika itu adalah

bantuan). Dan ide-ide semacam ini sebagai “dimensi fraksional”

adalah cenderung untuk terlihat sangat tidak konvensional atau

abstraksi yang tidak ada gunanya---tapi dalam kenyataan, geometri

fractal mempunyai banyak aplikasi-aplikasi praktis. Sebagaimana

dijelaskan oleh James Gleick dalam buku populernya tentang chaos,

dengan mengukur dimensi fractal dari permukaan logam, akan

memberitahu anda tentang kekuatannya. Permukaan bumi ini

mempunyai suatu dimensi fractal, sebagaimana halnya dengan

pembuluh-pembuluh darah dalam tubuh anda. Bahkan, otak manusia

dan kesadarannya, sangat mungkin mempunyai bentuk-bentuk fractal.

Geometri fractal telah diadopsi di tempat-tempat seperti General

Electric, Exxon, dan studio-studio Hollywood, bukan kelompok yang

dikenal karena memanjakan teori yang murni.