8.22 Hipotesis Paradigma dalam Mekanika Statistika dan Termodinamika

Beranda ／ Bab 8: Teori paradigma yang ditantang oleh Teori Benang Energi

Apa yang dibahas bagian ini:

• Bagaimana kerangka “buku teks” bertumpu pada tiga pilar: ergodisitas, prinsip entropi maksimum, dan awal berentropi rendah.
• Mengapa pilar-pilar itu melemah ketika kita menghadapkan material yang lebih realistis dan jendela observasi yang lebih panjang.
• Bagaimana Teori Benang Energi (EFT) mempertahankan keberhasilan di dekat keseimbangan sekaligus mengembalikan fenomena jauh-dari-keseimbangan dan arah panah waktu ke proses yang konkret dan dapat diuji. Setelah kemunculan pertama ini, kami menggunakan Teori Benang Energi tanpa singkatan.

I. Gambaran Buku Teks (apa yang umum diajarkan)

• Hipotesis ergodisitas
  Dalam waktu yang cukup panjang, rata-rata waktu suatu sistem sama dengan rata-rata atas semua mikrostatus berenergi sama di ruang fase. Dengan mengetahui energi dan kendala, bobot statistik dapat digunakan untuk memprediksi besaran teramati.
• Prinsip entropi maksimum
  Dengan kendala tertentu (misalnya energi rata-rata atau jumlah partikel), dipilih distribusi yang memaksimalkan entropi. Dari sini muncul ensemble dan persamaan keadaan yang lazim; konstanta seperti konstanta Boltzmann dan suhu masuk ke satu pembukuan yang terpadu.
• Panah waktu dan produksi entropi (hukum kedua)
  Persamaan mikroskopik bersifat reversibel, tetapi secara makroskopik entropi meningkat. Buku teks menisbahkan panah itu pada awal berentropi rendah serta pada pengasaran deskripsi, dengan argumen bahwa jika masa awal sangat teratur maka sebagian besar sejarah akan bergerak menuju ketakteraturan yang lebih besar.

II. Di mana biaya muncul (batas yang ditunjukkan oleh material nyata)

1. Non-ergodisitas dan pencampuran lambat
   Dalam jendela observasi yang realistis, banyak sistem tidak menjelajahi semua mikrostatus yang dapat dicapai. Dinamika seperti kaca, aging, histeresis, memori panjang, dan jamming pada medium pasif maupun aktif menunjukkan wilayah tercapai yang terbatas: rata-rata waktu ≠ rata-rata ensemble.
2. Ruang lingkup prinsip entropi maksimum lebih sempit daripada slogannya
   Dengan interaksi jarak jauh, penggerak berkelanjutan, pemompaan di batas, jaringan kendala yang rapat, atau struktur berumur panjang, “distribusi paling mungkin” menyimpang secara sistematis:

• Fluktuasi bercorak ekor berat dan intermitensi.
• Anisotropi lokal berdampingan dengan korelasi jarak jauh.
• Koefisien transport bergantung pada riwayat dan lintasan, bukan hanya keadaan sesaat.

3. Menjelaskan panah waktu hanya lewat kondisi awal itu mahal
   Bersandar pada “masa lalu berentropi sangat rendah” meremehkan ambang, retakan, reorganisasi, dan gesekan yang membuat proses sehari-hari sulit dibalik. Sering kali “film tidak bisa diputar balik” karena kita melintasi ambang struktural yang sukar dibatalkan, bukan semata-mata karena “secara statistik lebih mungkin”.
4. Terlalu banyak parameter efektif, terlalu sedikit gambaran fisik
   Pendekatan kerja menambahkan waktu relaksasi, suhu efektif, dan intensitas derau. Ini berguna, tetapi jarang menunjukkan di mana material “membayar biaya”, sehingga perdebatan tentang kenaturalannya berulang.

III. Bagaimana Teori Benang Energi merumuskan ulang (bahasa yang sama, petunjuk yang bisa diuji)

1. Peta intuisi terpadu
   Kita melihat sistem sebagai medium yang bisa ditarik-kencang atau dilonggarkan, tempat tekstur berorientasi serta struktur tertutup atau semi-tertutup terbentuk. Gangguan mikroskopik di dalamnya bercampur, berjajar, terbuka kuncinya, dan terhubung kembali. Pada kemunculan pertama, kami menetapkan jangkar istilah:

• benang energi (Energy Threads); selanjutnya: benang energi.
• lautan energi (Energy Sea); selanjutnya: lautan energi.
• densitas (Density), tegangan (Tension), gradien tegangan (Tension Gradient), lintasan (Path), jendela koherensi (Coherence Window).
• pergeseran merah (Redshift) dan latar belakang gelombang mikro kosmik (CMB). Setelah ini, kami hanya memakai bentuk berbahasa Indonesia.

2. Tiga “hukum kerja” (orde nol dipertahankan, orde pertama dikoreksi)

• Hukum ergodisitas efektif. Ergodisitas tidak dijamin; ini adalah pendekatan dengan jendela waktu dan biaya lintasan. Ketika tegangan hampir seragam, struktur berumur pendek, dan pencampuran lebih cepat daripada jendela observasi, berlaku rata-rata waktu ≈ rata-rata ensemble (kasus buku teks). Jika ada struktur berumur panjang dan jaringan kendala yang rapat, pencampuran terbatas pada subwilayah yang tercapai; statistik harus diberi bobot menurut partisi, bukan dicampur jadi satu.
• Hukum entropi maksimum bersyarat. Bila pencampuran cepat, penggerak lemah, dan kendala stabil hadir bersamaan, entropi maksimum menggambarkan orde nol. Begitu muncul kopling jarak jauh, pemompaan di batas, atau ambang buka-kunci/rekoneksi, distribusi harus memasukkan biaya lintasan dan kapasitas kanal—menghasilkan ekor berat, anisotropi, dan kernel memori.
• Akar material dari panah waktu. Panah waktu lahir bukan hanya dari masa lalu berentropi rendah, tetapi juga dari ambang irreversibel yang dilintasi saat ini: retak, gesekan, stick–slip, luluh plastik, reaksi eksoterm, perambatan antarmuka fasa. Proses-proses ini mengubah penjajaran fasa yang reversibel menjadi perubahan struktur yang sulit dibalik, sehingga produksi entropi di sini dan saat ini menjadi teramati.

3. Petunjuk yang dapat diuji (dari slogan menjadi proses)

• Penyapuan jendela observasi: dalam sistem yang sama, ubah lama observasi dan kuatnya penggerak. Jika muncul titik peralihan yang konsisten—jendela pendek tampak dekat entropi maksimum dan jendela panjang mengungkap non-ergodisitas—maka ergodisitas efektif mendapat dukungan.
• Pelatihan dan memori: pada siklus pembebanan-pelepasan, lingkar histeresis dan kurva memori yang dapat diulang, selaras dengan peristiwa buka-kunci, menunjukkan panah yang dikendalikan jaringan ambang.
• Kanal berbobot besar: dalam sistem yang sekaligus digerakkan dan dibatasi, ekor fluktuasi yang berat/intermiten dan segaris dengan geometri kanal transport menandakan kapasitas kanal mengoreksi prediksi entropi maksimum.
• Ko-drift batas dan medan jauh: mengubah kekasaran atau pemompaan di batas lalu melihat koefisien transport dan statistik medan jauh menggeser ke arah yang sama—tanpa ketergantungan frekuensi—menunjukkan irreversibilitas yang dibentuk bersama oleh batas dan isi, bukan hanya oleh kondisi awal.

IV. Dampak paradigma (ringkasan dan konsolidasi)

• Dari “ergodisitas tanpa syarat” ke “ergodisitas berjendela”
  Ergodisitas diturunkan menjadi perkiraan bersyarat. Dengan pencampuran yang terbatas dan struktur yang awet, kita memakai statistik per wilayah atau per lapisan.
• Dari “cukup entropi maksimum” ke “entropi maksimum + bobot kanal”
  Orde nol dipertahankan; koreksi orde pertama bersumber dari biaya lintasan, kapasitas kanal, dan pasokan dari batas.
• Dari “panah = masa lalu berentropi rendah” ke “panah = ambang pada masa kini”
  Masa lalu berentropi rendah memberi latar; irreversibilitas sehari-hari dihasilkan terus-menerus oleh ambang struktural dan relaksasi energi. Kuat-lemah panah menjadi teramati secara waktu nyata.
• Dari “parameter praktis” ke “penghitung material yang terlihat”
  Kami memetakan waktu relaksasi dan suhu efektif ke hitungan peristiwa—buka-kunci, rekoneksi, aksi gesekan—sehingga mengurangi kebebasan penyetelan.

V. Sebagai ringkasan
Mekanika statistika dan termodinamika kuat karena menjelaskan banyak hal dengan sedikit asumsi. Kelemahannya tampak ketika “menunggu selamanya” dan “masa lalu sangat teratur” dibiarkan menanggung penjelasan kapan pencampuran terjadi dan mengapa irreversibilitas bertahan. Di sini, kami mempertahankan keberhasilan orde nol sambil mematerialkan penyimpangan orde pertama: ketika pencampuran berjendela, kanal membawa bobot, dan ambang dilintasi saat ini, entropi maksimum tetap memandu keadaan dekat keseimbangan, sedangkan tiga buku besar—struktur, batas, dan penggerak—mengambil alih jauh dari keseimbangan. Kenaikan entropi dan panah waktu menjadi terhitung, tergambar, dan teruji, bukan sekadar slogan statistik.