chaos, keteraturan dalam keacakan (1)

Alam semesta kita bersifat dinamis, dan karenanya merupakan tempat yang ideal bagi riset ilmiah yang bertujuan untuk mengamati berbagai perubahannya. Sampai belum lama ini, dipercaya bahwa karena sifatnya yang acak, mustahil untuk bisa memprediksi dinamika alam semesta. Karenanya, para ilmuwan berkesimpulan bahwa apabila pengaruh kejadian-kejadian acak itu bisa dieliminasi, maka sifat-sifat sistem alam semesta yang teramati bisa diprediksi tanpa batasan. Sekarang kita tahu bahwa banyak sistem yang menunjukkan tingkat ketidakpastian, bahkan tanpa dipengaruhi faktor eksternal yang bersifat acak. Para ilmuwan menyebut keacakan semacam ini sebagai chaos, sementara sistem yang mengalami chaos disebut sistem chaotik.

Teori Chaos adalah teori yang menjelaskan gerakan atau dinamika yang kompleks dan tak terduga dari sebuah sistem, tergantung dari kondisi awalnya. Walaupun berlangsung secara acak, sistem yang chaotik nyatanya dapat ditentukan secara matematis. Ini karena sistem yang chaotik juga mengikuti hukum-hukum yang berlaku di alam. Hanya saja, karena sifatnya yang tidak teratur maka pengamat akan melihatnya sebagai peristiwa yang acak. Dalam terminologi matematis, sebuah sistem nonlinear (sistem yang tidak bisa diprediksi berdasarkan perilaku terdahulunya) yang memiliki cukup variabel (besaran yang tidak diketahui), dapat dinyatakan sebagai sebuah sistem yang chaotik.

Sifat chaotik ditemukan pada berbagai sistem yang umum, mulai dari sistem yang sederhana seperti gerak pendulum sampai pada sistem yang kompleks semacam sirkuit elektronik, irama detak jantung, aktifitas listrik pada otak, serta aliran benda cair dan reaksi kimia. Bahkan diduga kuat bahwa sistem ekonomi seperti pergerakan harga di bursa saham, kurs mata uang, sampai harga minyak mentah, merupakan sistem yang chaotik pula. Dengan demikian, chaos juga mulai beranjak dari semata-mata teoritis menjadi ilmu terapan.

Ketidakpastian dari sistem yang chaotik timbul akibat kepekaannya terhadap kondisi awal — seperti posisi atau kecepatan. Dua sistem chaos yang identik yang mulai bekerja dengan kondisi awal yang sedikit berlainan akan memunculkan perilaku yang sangat berbeda antara keduanya. Adalalah Henri Poincaré (1854-1912), seorang ahli matematika Prancis, yang pernah berkesimpulan bahwa ia tidak menemukan bukti bahwa sistem tata surya betul-betul bekerja secara teratur dan dapat diprediksi. Ia adalah orang pertama yang merumuskan apa yang sekarang dikenal sebagai chaos: “Dapat terjadi adanya perbedaan kecil pada kondisi awal menghasilkan peristiwa yang sangat besar pada akhirnya. Sebuah kesalahan kecil pada permulaan, belakangan akan menghasilkan penyimpangan yang lebih besar. Prediksi akan menjadi hal yang mustahil…”

Semula gagasan Poincaré ini tidak terlalu dihargai oleh para ilmuwan, hingga penemuan komputer memungkinkan mereka untuk membuat model dan memvisualkan sistem chaotik. Namun sebelumnya, hasil kerja Poincaré telah dipakai oleh para ilmuwan dan insinyur perintis di Badan Antariksa AS, NASA, untuk mengirimkan manusia maupun satelit ke orbit. Berikutnya, pada 1960, Edwad Lorenz, seorang ahli meteorologi AS, menemukan bahwa sebuah model komputer sederhana tentang sensitifitas yang ekstrem dari cuaca terhadap kondisi awalnya. Ia mendemonstrasikan secara visual sebuah struktur cuaca yang chaotik, yang apabila digambarkan dalam tiga dimensi akan membentuk sebuah pola fraktal, mirip gambar kupu-kupu, yang kini dikenal sebagai atraktor asing (strange attractor). Dengan demikian, Lorentz menemukan kembali prinsip chaos, sekaligus membuktikan bahwa adalah mustahil untuk membuat prakiraan cuaca untuk jangka panjang.

Pada awal dekade 1980-an, beberapa eksperimen secara teratur menunjukkan bahwa banyak sistem fisika maupun biologis yang bersifat chaotik. Salah satu sistem semacam itu yang pertama kali ditemukan adalah tetesan air yang mengucur dari sebuah wadah yang bocor. Dalam kondisi tertentu, selang waktu menetesnya air menunjukkan perilaku yang chaotik, sehingga mustahil untuk diprediksi.

Bukti-bukti terakhir menunjukkan ketepatan observasi Poincaré tentang keacakan pada sistem tata surya. Observasi dan simulasi komputer terhadap gerak berguling dari Hyperion, salah satu bulan Saturnus, adalah bukti awal bahwa objek-objek dalam tata surya juga bisa bersifat chaotik. Belakangan, simulasi komputer juga menujukkan bahwa orbit Pluto juga bersifat chaotik.

Dewasa ini, para ilmuwan telah berusaha untuk mengembangkan aplikasi yang memanfaatkan prinsip chaos. Diantaranya adalah teknik pengontrolan yang dipakai untuk menstabilkan pancaran laser, manipulasi reaksi kimia, menyandikan informasi, hingga mengubah irama detak jantung yang tidak teratur menjadi teratur. Teori chaos juga berperan besar untuk menunjukkan gejala-gejala ekonomi yang berubah-ubah. Fluktuasi kurs mata uang, harga saham, atau harga minyak mentah sebenarnya juga merupakan sebagian dari gejala chaos yang dapat diamati.

http://blog.dhani.org/2005/07/chaos-keteraturan-dalam-keacakan-1/