Entrope

Dua minggu di rumah benar-benar waktu yang lama untuk merenung. Meski oleh dosen aku disarankan untuk tidak menyentuh hal-hal yang berkaitan dengan tugas akhir, lama-lama aku tidak tahan juga. Baru tiga hari, aku sudah asyik membuka-buka jurnal yang tersimpan dalam bentuk file. Setidaknya aku tidak menyentuh text book. Dilanjutkan dengan melahap ensiklopedi sains yang ada di rumah. Ketika aku membaca mengenai waktu, ternyata aku bertemu lagi dengan entropi.

Hukum kedua termodinamika menyatakan elemen dalam sistem tertutup akan terus menerus mencari cara berdistribusi yang memungkinkan; dalam sistem tertutup entropi selalu meningkat. Entropi sendiri berasal dari bahasa Yunani, entrope yang berarti berubah. Dari definisi yang aku peroleh dari wikipedia, entropi berarti derajat ketidakteraturan dari sebuah sistem. Artinya, dalam sebuah sistem tertutup, sistem akan mengarah pada ketidakteraturaan, seiring dengan meningkatnya entropi.

Dari buku Waktu keluaran pustaka Life yang aku baca, tubuh manusia yang merupakan sebuah sistem tertutup dengan entropi yang terus meningkat. Pertumbuhan manusia memang mengakibatkan entropi menurun, namun penghancuran makanan atau ‘disorganiasi’ struktur kimiawi makanan yang dimakanannya mengakibatkan peningkatan entropi sehingga secara keseluruhan tubuh manusia mengalami pertambahan entropi. Begitupula saat kita memandang sebuah sistem yang lebih besar seperti alam semesta.

Apakah alam semesta mempunyai akhir?(serupa untuk pertanyaan, apakah semesta memiliki awal?) Boltzmann(ahli fisika Austria) pernah menggambarkan akhir alam semesta sebagai keadaan setelah entropi maksimum tercapai oleh alam semsta secara keseluruhan. Pada saat kondisi maksimum itu terjadi, tak ada lagi perubahan. Dalam buku itu disebutkan bintang-bintang telah menghabiskan energinya, perputaran bumi dan planet-planet lain menjadi lambat karena pengaruh gesekan dengan debu dan gas kosmik.

Mungkin begitu pula saat manusia mengalami mengalami kematian, entropinya sudah maksimum. Kemiripan manusia dan semesta juga tampak dari masa lalu semesta yang memiliki ruang kosong yang dalam tubuh manusia dikenal dengan nama microtubul. Lebih jauh lagi, seperti manusia yang mengalami pertumbuhan, semesta pun mengalami pengembangan yang dipercepat. Percepatan ini diakibatkan adanya dark energy(kata dark sepertinya diasosiasikan dengan misteri, seperti dark matter yang menyusun 90% massa alam semesta namun belum jelas susunannya).

Dalam konteks tugas akhirku, kondisi entropi digunakan untuk memperoleh solusi yang berkorespondensi dengan keadaan fisis. Jika hal ini dikaitkan dengan hukum termodinamika yang kedua, maka peningkatan entropi berarti kondisi fisis memiliki keadaan yang tunggal dan ireversibel(tidak dapat kembali). Yang menjadikan bahan bacaanku dengan TA menjadi sedikit tidak nyambung adalah kondisi entropi yang aku miliki hanya dinotasikan dalam sebuah pertidaksamaan. Pertidaksamaan ini dibatasi oleh sebuah konstanta yang berbanding terbalik dengan waktu. Dalam pembuktian matematis yang aku lakukan, pertidaksamaan ini berarti banyak, namun dalam artian yang agak filosofis, seperti meningkatnya derajat ketidakteraturaan, aku sama sekali tidak memiliki gambaran.

Dari jurnal Oleinik, yang aku tangkap, peningkatan entropi dilambangkan dengan tanda lebih besar(mungkin di buku Smoller, hal inilah yang menyebabkan fluksnya konvek). Namun untuk membayangkan apa yang terjadi pada kondisi fisisnya, aku masih rada bingung. Hmm... coba kalau aku kaji dari definisi dan sejarah. Sekitar tahun 1850 Lord Kevin, Carnot dan Clausius mempelajari pertukaran energi panas dalam mesin menunjukkan bahwa terdapat hierarki diantara variasi bentuk energi dan ketidakseimbangan dalam transformasinya. Hierarki dan ketidakseimbangan ini merupakan landasan dari prinsip termodinamika yang kedua.

Kenyataannya, bahan fisis, bahan kimia serta energi elektrik bisa diubah sepenuhnya menjadi panas. Namun pembalikannya(panas menjadi energi fisis, misalnya) tidak bisa sepenuhnya dilakukan tanpa bantuan dari luar atau tanpa kehilangan energi yang digunakan untuk proses pembalikkan. Hal ini tidak berarti energi musnah; hal ini berarti ‘pembalikan’ tersebut tidak tersedia untuk menghasilkan kerja. Peningkatan yang tidak dapat diubah(/dibalik) dari energi yang tidak dapat dibuang dari semesta diukur dengan dimensi abstrak yang oleh Clasius pada tahun 1865 disebut entropi.

Konsep entropi sendiri sebenarnya abstrak, sehingga para ilmuwan hanya dapat mengamati fenomena yang ditimbulkannya, seperti dari ketidakteraturan, efisiensi. Namun bagaimana penurunan energi, hierarki atau proses degradasi tersebut dapat merepresentasikan keadaan sesungguhnya?

Ada yang bilang bahwa panas dan energi merupakan dua dimensi dari ruang yang sama; sedangkan yang lain berpendapat mereka tidak berasal dari ruang yang sama, energi potensial berdegradasi irreversibel pada tingkatan inferior dibandingkan dengan panas. Teori statistik menyajikan jawabannya. Panas merupakan energi; ia merupakan energi kinetik yang dihasilkan dari pergerakan molekul dalam gas atau getaran atom pada zat padat. Dalam bentuk panas, energi tereduksi dalam keadaan ketidakteraturan maksimum dimana tiap pergerakan molekul/atom ternetralisasi oleh hukum statistik.

Nah, dari definisi dan sejarah tersebut, aku menangkap entropi yang aku gunakan berkaitan dengan masalah ireversibilitas. Kata entropi sendiri berkaitan dengan molekul/atom pada bidang gas dinamik ataupun zat padat, yang dalam penerapannya di bidang matematika(hehe jadi kebalik, keadaan fisis merupakan keadaan abstrak, dan notasi matematika merupakan ranah terapan) dilambangkan dalam bentuk pertidaksamaan.

Dari buku aoerodinamik yang aku baca, gelombang kejut dapat ditemui pada aliran supersonic dengan sedikit gangguan dari parallel stream, dan dengan demikian mengarah pada kecepatan kontinu dan tekanan. Studi mengenai hubungan gas sebelum dan sesudah shock wave, pertama kali ditelaah oleh Riemann, yang kemudian dimatangkan konsep oleh Rankine-Hugoniot yang menyebutkan: kandungan total energi(enthalpy) tidak berubah, sedangkan entropy senantiasa meningkat.

Berdasarkan teori linierisasi Ackeret(?), pembelokan aliran dengan sudut konkaf menghasilkan peningkatan tekanan, sedangkan pembelokkan dengan sudut konvek menyebabkan penurunan tekanan. Aku belum yakin konvek disini sama ngga dengan konvek yang ada pada fluks. Hmm, tampaknya aku masih butuh banyak membaca....