Energi dan Entropi : Agen Perubahan yang Sesungguhnya

Di alam semesta yang indah ini, hampir tidak ada sesuatu yang tetap. Segala sesuatu terus-menerus berubah, entah kita sadari ataupun tidak. Misalkan, dari tubuh kita yang mulanya kecil tak berdaya, kemudian tumbuh menjadi sebesar dan sekuat saat ini ; sampah yang kita bakar sesaat kemudian berubah menjadi abu ; mengalirnya air dari tempat tinggi ke tempat rendah ; mengalirnya panas dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah ; dan masih banyak lagi. Kebanyakan proses yang berlangsung secara alami tersebut cenderung berubah hanya ke satu arah, misalkan sampah yang terbakar pasti menjadi abu, namun mustahil abu bisa kembali lagi menjadi sampah secara spontan. Sebenarnya, apa yang membuat sesuatu di dunia ini dapat terjadi dan apa yang membuatnya menjadi tidak mungkin terjadi?

Pertanyaan tersebut terjawab  setelah ilmuan Amerika Serikat, Josiah Williard Gibbs menerangkannya secara gamblang di akhir abad kesembilan belas. Intinya bahwa di jagat raya ini, ada keseimbangan antara dua kualitas mendasar, yaitu energi dan entropi. Keseimbangan ini memadai untuk menentukan apakah sesuatu dapat terjadi atau tidak.

Sesungguhnya, beberapa peristiwa di alam ini dapat terjadi dengan sendirinya, akan tetapi semua itu tidak akan berlangsung berlawanan kecuali kita memaksanya dengan bantuan dari luar. Contohnya, secara alami air hanya bisa mengalir dari tempat tinggi ke tempat yang lebih rendah, tidak mungkin bergerak ke arah sebaliknya dengan sendirinya. Namun kita dapat memaksanya untuk mengalir dari ke tempat yang lebih tinggi dengan bantuan mesin pompa air. Bahkan, abu hasil pembakaran sampah dapat kita kembalikan lagi menjadi sampah, asalkan waktu dan peralatan yang digunakan telah tersedia.

Hanya saja, untuk mencapai hal tersebut kita butuh banyak sekali campur tangan dari pihak luar, dalam hal ini adalah energi. Banyak hal di dunia ini yang dapat berubah secara spontan, namun beberapa ada yang  sama sekali tidak bisa berubah dengan sendirinya meskipun kita begitu sabar menunggunya. Singkatnya, jika keseimbangan antara energi dan entropi tepat, sesuatu akan terjadi ; sebaliknya jika keseimbangan tersebut tidak tepat, sesuatu yang sama tidak akan terjadi.

Sebelum melangkah lebih jauh, pertama mari kita bahas mengenai energi. Seperti yang sudah kita ketahui, energi merupakan kemampuan melakukan usaha. Di alam semesta ini, berlaku ketentuan bahwa segala sesuatu cenderung mengurangi energinya. Sebagai contoh, air yang berada di bendungan tinggi selalu mencoba untuk melepas energi potensial gravitasinya dengan terjun ke bawah. Sesampainya di bawah, energi potensial gravitasi akan dibuang untuk menggerakan turbin dan akan menghasilkan listrik yang menerangi rumah kita.

Kemudian yang kedua yaitu entropi. Secara sederhana, entropi dapat diartikan sebagai ketidakteraturan, yakni suatu kondisi ketika segala sesuatu mengambil tatanan serba kacau, serba tidak teratur. Keadaan ini berlaku untuk setiap partikel yang menyusun zat, dalam hal ini atom-atom dan molekul-molekul. Pada saat tertentu, mereka dapat berada dalam keadaan teratur (entropinya rendah), namun pada keadaan yang lain mereka bisa berada pada keadaan yang serba kacau (entropinya tinggi). Jika faktor yang lain sama (misalnya saja energinya) maka berlaku ketentuan bahwa segala sesuatu cenderung meningkatkan entropinya.

Jadi, segala sesuatu bisa terjadi secara spontan jika mematuhi salah satu atau kedua ketentuan diatas, yaitu, harus mengurangi energi yang dia miliki, dan atau meningkatkan entropinya.

Kita ambil contoh pertama, air terjun. Air terjun yang jatuh tidak mengalami perubahan  entropi, susunan molekulnya saat di atas dan dibawah tidak berubah, namun disini dia melepas banyak energi, jadi dia telah memenuhi ketentuan pertama, melepas energi, sehingga proses ini dapat berlangsung spontan.

Contoh kedua, garam yang larut dalam air. Energi yang dimiliki garam sebelum dan sesudah dilarutkan sama, namun molekul garam makin tidak karuan, tersebar di antara molekul air sehingga entropinya meningkat. Proses ini berlangsung secara spontan, karena memenuhi ketentuan kedua, yaitu meningkatkan entropi.

Contoh ketiga, korek api yang dibakar. Abu hasil pembakaran memiliki energi yang lebih rendah dari korek api (mengalami penurunan energi), selain itu molekul korek api yang sudah terbakar juga makin kacau, tersebar dalam abu dan gas (entropi meningkat). Proses ini memenuhi ketentuan pertama dan kedua, sehingga sudah pasti berlangsung secara spontan.

Apabila suatu proses melanggar salah satu ketentuan alam diatas, apakah proses tersebut masih bisa berlangsung spontan? Tentu bisa. Hanya saja, salah satu proses harus berubah lebih besar daripada proses yang melanggar ketentuan tersebut. Misal jika suatu proses menyerap energi, maka agar berlangsung spontan proses tersebut harus meningkatkan entropinya jauh lebih banyak daripada energi yang dia serap.

Dan jika suatu proses tidak memenuhi salah satu atau kedua ketentuan tersebut, maka proses tersebut mustahil akan terjadi, kecuali jika kita sengaja melanggar kaidah dengan mendatangkan energi dari luar.


Sumber :

Wolke, Robert L. 2003. Einstein Aja Gak Tau! Jakarta : PT Gramedia Pustaka Utama

sabiq038mercubuana.blogspot.com