Keteraturan dan ketidakteraturan

Keteraturan dan ketidakteraturan (konsep entropi)

Konsep entropi diperkenalkan oleh Rudolf Clausius pada abad ke-19, seorang fisikawan dan matematikawan Jerman, untuk mengukur pelepasan energi menjadi panas dan friksi. Clausius mendefinisikan entropi yang muncul dalam proses termal sebagai energi yang dihamburkan dan dipisahkan oleh temperatur pada saat proses itu berlangsung. Menurut hukum kedua termodinamika, entropi itu terus meningkat seiring dengan berlanjutnya proses termal; energi yang dilepaskan tak pernah dapat dipulihkan.
Dimana letak sifat tak dapat dipulihkan itu? Seorang Fisikawan Austria Ludwig Boltzmann pada awal abad ke-20 memberi arti baru pada konsep entropi dan menetapkan hubungan antara entropi dan keteraturan. Boltzmann merancang eksperimen pemikiran yang kreatif untuk menguji konsep entropi pada tingkat molekular. Bayangkan kita mempunyai sebuah kotak dibagi menjadi dua ruang yang sama besar dengan sekat pembagi imajiner di tengah dan delapan molekul yang dapat dibedakan. Berapa banyak cara untuk mendistribusikanpartikel-partikel iniyang ada di dalam kotak sehingga nomor tertentu di antaranya berada pada sisi kiri bagian dan yang lainnya pada bagian kanan?
Pertama, marilah kita meletakkan delapan partikel pada sisi kir. Hanya ada satu cara untuk melakukannya. Akan tetapi jika kita menaruh tujuh partikel di kiri dan satu di kanan, ada delapan kemungkinan yang berbeda-beda karena kedelapan partikel itu masing-masing dapat menempati sisi kanan secara bergiliran. Karena molekul-molekul tersebut dapat dibeda-bedakan, kedelapan kemungkinan ini dianggap sebagai susunan yang berbeda-beda.
Jika N adalah jumlah total partikel, dan jika partikel-partikel N1 berada pada satu sisi dan N2 pada sisi lain, maka jumlah kemungkinan-kemungkinan perbedaannya adalah P=N!/N1!N2!.
Dari persamaan ini dapat ditunjukkan bahwa jumlah kemungkinan meningkat seiring dengan semakin kecilnya perbedaan antara jumlah partikel yang ada di sebelah kiri dan kanan. Pada contoh tersebut di atas, jika masing-masing sisi diisi empat partikel maka terdapat tujuhpuluh susunan maksimum yang berbeda.
Boltzmann menyebut susunan yang berbeda-beda corak ini dengan konsep keteraturan. Semakin kecil jumlah corak, semakin tinggi keteraturannya. Demikianlah, dalam contoh di atas, keadaan pertama di mana kedelapan partikel berada pada satu sisi memperlihatkan keraturan tertinggi, sedangkan jika partikel terdistribusi sama masing-masing empat partikel pada satu sisi memperlihatkan ketidakteraturan maksimum.
Konsep keteraturan yang diperkenalkan oleh Boltzmann adalah koonsep termodinamika, di mana molekul-molekulberada dalam gerak yang konstan. Dalam contoh di atas, pembagian kotak bersifat imajiner dan molekul-molekul dalam gerakan yang acak akan terus-menerus melintasinya. Dalam perjalanan waktu gas itu akan berada dalam keadaan berbeda, yaitu dengan jumlah molekul yang berbeda pada kedua sisi kotaknya dan jumlah corak pada masing-masing keadaan berkaitan dengan tingkat keteraturannya. Definisi keteraturan di dalam termodinamika berbeda sama sekali dengan pengertian-pengertian kaku mengenai keteraturan dan keseimbangan dalam mekanika Newtonian.

Sumber : disarikan dari Fritjof Capra, Jaring-jaring kehidupan