Latar belakang:
Seseorang menawarkan enam buah premis yang menunjukkan kelemahan argumen First Cause. Setelahnya, seseorang lainnya (sebut saja A) menawarkan hukum kekekalan energi sebagai bukti ilmiah dalam rangka mendukung lemahnya argumen First Cause (lihat gambar terlampir).
Dugaan saya:
Pemahaman A terhadap hukum kekekalan energi ini tidak utuh, ditambah penggunaannya telah keluar dari konteks yang dikehendaki oleh para ilmuwan pada umumnya.
Bila dugaan ini benar, maka hal ini berkonsekuensi pada ketidaktepatan penggunaan hukum tersebut dalam diskursus First Cause diatas – untuk tidak mengatakan bahwa penggunaan hukum kekekalan energi pada konteks semacam ini tampak dipaksakan.
Tujuan:
Memberikan penjelasan dalam rangka memahami maksud dan konteks hukum kekekalan energi sesuai pemahaman ilmuwan pada umumnya, dengan harapan dapat menunjukkan ketidaktepatan pemahaman A terhadap hukum kekekalan energi.
Inti seluruh argumen yang dipaparkan oleh A dapat disarikan pada dua buah poin; semuanya berasal dari pemahaman A sendiri mengenai hukum kekekalan energi. Kedua poin tersebut, beserta penjelasan ilmiah serta dimana kemungkinan kesalahpahaman dapat muncul, telah saya lampirkan dibawah. Saya sampaikan dalam bentuk tanya jawab agar lebih memudahkan.
Sebelum membaca lebih lanjut, untuk menyamakan persepsi, saya sajikan (salah satu) definisi energi dari Wikipedia sbb.:
Energy (from Ancient Greek ἐνέργεια (enérgeia) ‘activity’) is the quantitative property that is transferred to a body or to a physical system, recognizable in the performance of work and in the form of heat and light.
Disclaimer:
Koreksi dari para ilmuwan bidang terkait sangat diharapkan. Teriring permohonan maaf, apalagi karena terlalu berbelit.
Selamat membaca dan semoga bermanfaat.
—–
Poin pertama:
Energi tidak memiliki permulaan dan tidak memiliki akhiran. Ditunjukkan oleh kalimat “Di abad modern ini, ada sesuatu tanpa bermula dan tanpa berakhir, yaitu energi,” atau “Sains menyebut bahwa energi itu tanpa bermula dan tanpa berakhir,” juga “Sains menyebut bahwa energi itu tanpa bermula dan tanpa berakhir,” pun “Energi tidak disebabkan dan tidak berakhir”.
Pertanyaan:
Apakah pemahaman A bahwa energi tak memiliki permulaan dan tak memiliki akhiran dapat dibenarkan?
Jawaban:
Pemahaman yang demikian ini telah mendahului kesimpulan para ilmuwan pada umumnya.
Penjelasan:
Besar kemungkinan yang dimaksud A dalam hal ini ialah prinsip energi tak dapat diciptakan atau dihancurkan, ia hanya dapat beralih dari satu bentuk ke bentuk lainnya (contoh: energi kinetik berubah menjadi energi panas). Mesti diakui, pernyataan semacam ini dapat memberikan kesan bila energi bersifat kekal – dalam arti ia telah ada sejak dahulu kala dan akan senantiasa ada.
Yang perlu disadari, prinsip kekekalan energi tidaklah berdiri sendiri. Demi penyederhanaan perhitungan serta alasan-alasan praktis lainnya, ia wajib dibarengi dengan suatu syarat/asumsi/batasan/konteks tertentu, yaitu diterapkannya prinsip ini dalam suatu ruang dan waktu yang bersifat tertutup (closed system).
Sistem tertutup bermakna bahwa tidak ada energi (atau materi) yang masuk atau keluar dari sistem tersebut. Secara umum, pernyataan ini dapat diwakili dengan persamaan ΔE=0. Artinya, total energi dari sebuah sistem tertutup senantiasa tetap dari waktu ke waktu. Dapat juga diartikan bahwa tidak terjadi penambahan atau pengurangan energi di dalam sistem tertutup tersebut. Inilah makna ”kekal” yang dimaksud dalam konteks hukum kekekalan energi.
Dengan demikian, kita dapat melihat masalah pertama dari pemahaman A yang mengatakan energi telah ada sejak dahulu kala dan akan senantiasa ada: dari definisi ΔE=0 diatas, dapat kita simpulkan bahwa kata “kekal” dalam hukum kekekalan energi tidaklah sama dengan kata “kekal” yang dimaksud oleh A.
Lagipula, dalam bahasa Inggris, hukum ini menggunakan kata “conservation” yang lebih mencerminkan definisi diatas, bukan kata “eternity”, “eternal”, atau semacamnya. Dalam bahasa Arab, kata “conservation” ini saya duga lebih merujuk kepada “الحفظ” , bukan “بقاء” atau “قدام”.
Masalah kedua dari pemahaman A ialah kenyataan bahwa dalam dunia nyata, justru sistem yang terbuka (open system, sebagai lawan dari closed system) jauh lebih banyak kita temukan ketimbang sistem tertutup. Dalam kasus sistem terbuka, persamaan ΔE=0 tidak lagi berlaku, melainkan ΔE≠0. Artinya, energi total dalam sistem dapat berubah karena adanya energi (atau materi) yang masuk atau keluar dari sistem.
Dalam ranah fisika klasik, contoh terdekat dalam kehidupan sehari-hari ialah bagaimana sebuah mesin mobil/motor beroperasi. Memang betul ia merupakan sistem tertutup – jika kita hanya mempertimbangkan proses internalnya. Namun demikian, mesin tersebut lebih dekat kepada definisi sistem terbuka bila mempertimbangkan interaksi bahan bakar dengan udara yang berasal dari luar sistemnya (i.e., lingkungan). Ditambah lagi dengan panas yang dihasilkannya, yang terbuang secara percuma ke sekitarnya; bukti bahwa terdapat proses konversi energi yang berjalan tidak sempurna (konversi energi dari bahan bakar menjadi energi kinetik kurang dari 100%).
Bila kita bisa sepakat memandang hukum kekekalan energi dengan contoh diatas, maka dalam keadaan normal/natural, justru kita tak akan mengharapkan energi untuk muncul begitu saja (i.e., mesti ada sebab-akibat/hubungan kausalitas, akan dibahas lebih lanjut dalam pembahasan poin kedua).
Pemahaman A akan semakin bermasalah bila kita menggunakan contoh kasus dari ranah fisika modern: dark energy (energi gelap). Penemuan energi gelap sebagai faktor pemercepat laju ekspansi alam semesta menambah kerumitan dalam menerapkan konsep konservasi energi. Sebabnya, ketika alam semesta mengembang, jumlah energi gelap justru malah meningkat; sesuatu yang tampaknya berlawanan dengan gagasan klasik tentang kekekalan energi.
Tidak hanya bermasalah, melainkan sudah pada tahap absurd bila kita mempertimbangkan penerapan hukum kekekalan energi pada periode yang dikenal sebagai Planck Epoch, yaitu periode 10⁻⁴³ detik pertama setelah Big Bang terjadi. Dalam periode yang sangat singkat itu, alam semesta begitu panas dan padat. Menyebabkan suatu kondisi yang dikenal dengan istilah singularity, dimana kurva ruang-waktu diprediksi menjadi tak terhingga, sehingga semua hukum fisika yang kita kenal hari ini, termasuk hukum kekekalan energi, tidak berlaku lagi.
Kesimpulan:
Meskipun hukum kekekalan energi dapat berlaku dengan baik pada sistem tertutup di alam semesta, ilmuwan belum (untuk tidak mengatakan tidak) memiliki gambaran lengkap mengenai awal mula atau akhir dari energi. Jika diterapkan pada seluruh alam semesta, gagasan bahwa energi bersifat kekal masih bersifat spekulatif, terutama dengan mempertimbangkan hal-hal yang belum diketahui dalam skala kosmologis dan di sekitar peristiwa Big Bang.
Dengan demikian, pemahaman A bahwa energi tak memiliki permulaan dan tak memiliki akhiran telah mendahului kesimpulan para ilmuwan pada umumnya.
—–
Poin kedua:
Energi sebagai penyebab ke-ada-an dirinya sendiri. Ditunjukkan oleh kalimat “Bahwa dengan adanya energi, ia bisa ada, membentuk sesuatu bagi dirinya sendiri.”
Pertanyaan:
Apakah benar pemahaman A bahwa energi dapat menjadi penyebab ke-ada-an dirinya sendiri?
Jawaban:
Pemahaman yang demikian ini, selain tidak dapat ditemukan basisnya dari hukum kekekalan energi itu sendiri (ataupun hukum-hukum fisika yang diketahui), juga bertentangan dengan pemahaman A pada poin pertama.
Penjelasan:
Dalam kerangka mekanika klasik maupun kuantum, energi memang dapat bertransformasi dari satu bentuk ke bentuk lainnya, namun ia tidak pernah dapat mengadakan dirinya sendiri dari ketiadaan secara merdeka/independen. Energi senantiasa ada/melekat sebagai properti/sifat dari suatu sistem atau medan, seperti energi yang tersimpan dalam suatu materi, medan elektromagnetik, maupun medan gravitasi.
Kalaupun ada yang mengambil contoh dari ranah kuantum berupa “partikel” virtual untuk mendukung pemahaman A diatas, besar kemungkinan bila pemahamannya terhadap prinsip ketidakpastian Heisenberg, yang menjadi titik sentral dalam konsep ini, kurang tepat.
Saat menyoal energi, prinsip ketidakpastian Heisenberg dapat dinyatakan dengan persamaan ΔE⋅Δt ≥ h/4π. Persamaan (atau pertidaksamaan, agar saya tidak diprotes oleh para matematikawan) ini mengatakan bahwa untuk rentang waktu yang sangat pendek (Δt), dapat terjadi ketidakpastian jumlah energi (ΔE) yang signifikan.
Dengan kata lain, dalam waktu yang sangat singkat, energi dapat berfluktuasi tanpa melanggar hukum kekekalan energi dalam pengertian klasik. Fluktuasi jumlah energi inilah, yang dikenal dengan istilah fluktuasi kuantum, yang mengarahkan ilmuwan pada konsekuensi adanya “partikel” virtual.
Yang perlu dicatat, “partikel” virtual bukanlah partikel nyata dalam pengertian klasik/tradisional karena mereka tidak dapat diamati/diukur secara langsung. Alasannya, kemunculan “partikel” virtual senantiasa diiringi dengan “antipartikel” yang “muncul sementara” dan sekejap kemudian saling “memusnahkan”.
Semua ini diperbolehkan terjadi sambil tetap berada dalam batas-batas yang ditetapkan oleh ketidakpastian Heisenberg diatas: fluktuasi kuantum ini boleh terjadi hanya dalam satu ukuran waktu Planck, sekitar 10⁻⁴³ detik, saja (angka ini mungkin mengingatkan kita pada istilah Planck Epoch diatas).
Yang menarik, prinsip ketidakpastian Heisenberg diatas bukanlah batasan mendasar instrumen atau teknik pengukuran kita, melainkan sifat mendasar alam semesta kita. Prinsip ini muncul dari kenyataan bahwa materi dapat dilihat sebagai gelombang maupun partikel. Ditambah lagi dengan karakter inheren mekanika kuantum yang serba mungkin (probabilistic).
Dalam bentuknya yang lebih umum, prinsip ini menyatakan bahwa pasangan sifat/karakter tertentu dari sebuah partikel (paling sering digunakan sebagai contoh ialah posisi dan momentum dari suatu materi) tidak dapat diukur secara akurat dalam waktu yang bersamaan. Secara praktis, untuk mengukur posisi suatu materi dengan lebih akurat, kita mesti mengorbankan ketidakakuratan pengukuran momentumnya, atau sebaliknya.
Sejauh ini, saya kira para ilmuwan pada umumnya sepakat bahwa energi memainkan peran mendasar dalam ranah sebab-akibat (i.e., tidak muncul begitu saja), baik dalam ranah fisika klasik maupun kuantum. Mekanismenya dapat berupa transfer energi secara langsung (e.g., proses mekanis atau termal) atau melalui interaksi kuantum yang lebih halus; energi merupakan bagian tak terpisahkan dari hubungan sebab-akibat/kausalitas).
Bahkan di ranah kuantum sekalipun, dimana beberapa aspek sebab-akibat tampak lebih kompleks, energi tetap terikat pada struktur peristiwa fisik. Oleh karena itu, ilmuwan pada umumnya dapat dengan mudah mengatakan bahwa energi termasuk dalam ranah sebab-akibat, karena energi menjadi perantara munculnya berbagai efek pada berbagai fenomena fisis.
Kesimpulan:
Menurut hukum-hukum fisika yang diketahui, termasuk hukum kekekalan energi itu sendiri, energi tidak dapat menyebabkan ke-ada-an dirinya sendiri. Sebaliknya, energi adalah kuantitas yang terjaga (conserved) yang dapat bertransformasi dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Meski ranah mekanika kuantum memungkinkan terjadinya fluktuasi energi dalam jangka yang sangat pendek, ia bukanlah bukti bila energi dapat menghasilkan dirinya sendiri dengan cara yang berarti atau berkelanjutan (dapat diamati/diukur). Energi termasuk dalam ranah sebab-akibat/kausalitas.
Dengan demikian, pemahaman A bahwa energi dapat menyebabkan ke-ada-an dirinya sendiri, selain tidak dapat ditemukan basisnya dari hukum kekekalan energi itu sendiri (ataupun hukum-hukum fisika yang diketahui), juga bertentangan dengan pemahaman A pada poin pertama.
—–
Penutup sebagai bahan renungan bersama:
Stephen Hawking dalam bukunya, “Brief Answers to the Big Questions”, dalam bab “Is There A God?”, menulis, “I have no desire to tell anyone what to believe, but for me asking if God exists is a valid question for science. After all, it is hard to think of a more important, or fundamental, mystery than what, or who, created and controls the universe.”
