Ketika benda jatuh dan hancur—baik piring, cermin, lampu, maupun gula kubus—serpihan yang dihasilkan hampir selalu mengikuti pola yang identik. Ini merupakan hukum universal tentang cara benda retak dan terfragmentasi yang jarang disadari.
**Persamaan Baru Prediksi Pecahan**
Fenomena tersebut kini semakin terang berkat riset terbaru fisikawan Emmanuel Villermaux dari Aix-Marseille University, Prancis. Dalam studi yang dimuat di Physical Review Letters pada 26 November, ia memperkenalkan persamaan baru yang dapat memprediksi jumlah pecahan dalam setiap ukuran ketika sebuah benda hancur.
“Kesederhanaan dan keberhasilan pendekatan ini sangat mencolok,” tulis fisikawan Ferenc Kun dari University of Debrecen, Hungaria, dalam komentarnya di Physics Magazine.
**Konsistensi Rasio Ukuran Pecahan**
Para peneliti telah lama mengetahui bahwa benda yang pecah akan menghasilkan rasio ukuran pecahan yang konsisten. Jika pecahan-pecahan itu dikelompokkan berdasarkan ukuran lalu digambarkan dalam grafik, bentuk grafiknya hampir selalu sama—apa pun materialnya.
**Pencarian Persamaan Universal**
Namun hingga kini, belum ada persamaan umum yang benar-benar mampu menjelaskan pola tersebut secara universal. Kondisi ini berubah ketika Villermaux mencoba melihat fenomena ini dari sudut pandang yang disebutnya sebagai “maksimalnya keacakan”.
**Prinsip Maksimalnya Keacakan**
Menurut Villermaux, ketika sebuah benda pecah, ia cenderung mengikuti hasil yang paling mungkin secara statistik, yaitu kondisi dengan tingkat kekacauan (disorder) tertinggi. Artinya: pecahan yang muncul adalah kombinasi paling tidak teratur yang bisa terbentuk—namun tetap mengikuti batasan alamiah tertentu.
**Landasan Penelitian Sebelumnya**
Konsep ini bukan hal baru. Pada 2015, Villermaux dan koleganya menemukan bahwa meski pecahan terlihat acak, rasio antarukuran pecahan selalu mengikuti pola yang sama. Menggabungkan kedua prinsip tersebut, ia berhasil merumuskan sebuah persamaan universal untuk memprediksi jumlah pecahan berdasarkan ukurannya.
**Uji Coba Beragam Material**
Setelah merumuskan persamaan tersebut, Villermaux mengujinya pada berbagai data pecahan, mulai dari batang kaca, spaghetti kering, tabung keramik yang meledak, tetesan cairan, ombak laut dalam kondisi turbulen, hingga data unik: gula kubus yang dihancurkan dari berbagai ketinggian.
**Eksperimen Keluarga**
Menariknya, data gula kubus itu berasal dari eksperimen lama yang ia lakukan bersama anak-anaknya. “Itu proyek musim panas bersama putri saya. Sudah lama sekali, tapi datanya sangat pas untuk penelitian ini,” ujarnya kepada New Scientist.
**Hasil Sesuai Prediksi**
Hasilnya, semua eksperimen tersebut sesuai dengan prediksi persamaan baru.
**Misteri Spaghetti yang Selalu Pecah Banyak**
Jika pernah mencoba mematahkan spaghetti kering, fenomena menarik akan terlihat: spaghetti tidak pernah pecah menjadi dua bagian saja. Pada 2005, ilmuwan akhirnya menjelaskan bahwa gelombang lenturan yang merambat sepanjang batang menyebabkan pecahan tambahan.
**Penghargaan Ig Nobel**
Penelitian itu bahkan memenangkan Ig Nobel Prize, penghargaan ilmiah untuk riset kreatif dan sering kali lucu, tetapi memiliki nilai edukasi penting.
**Kontinuitas Tradisi Penelitian**
Penelitian Villermaux melanjutkan tradisi ini dengan memberikan jawaban yang lebih menyeluruh untuk pola pecahan berbagai material. Riset baru ini, tulis Kun, “menunjukkan bahwa pola statistik dalam proses pemecahan dapat muncul hanya dari kombinasi keacakan maksimum dan batasan kinematis, tanpa perlu mengacu pada mekanisme mikroskopis tertentu.”
**Pengecualian pada Material Tertentu**
Meski persamaan ini bekerja pada banyak kondisi, ada pengecualian. Beberapa material memiliki sifat yang membuat proses pemecahan tidak berjalan “acak maksimal”.
**Contoh Material Elastis**
Contohnya material elastis sekaligus cair, seperti silly putty, dapat “menyembuhkan” retakannya sehingga pecahan batal terbentuk, atau pada jet cairan yang pecah menjadi tetesan, prosesnya terlalu teratur sehingga model ini tidak cocok.
**Cakupan Aplikasi Luas**
Namun demikian, cakupan persamaan ini tetap sangat luas. Penelitian ini bukan hanya tentang mempelajari kekacauan ketika kita menjatuhkan benda.
**Aplikasi Praktis dalam Industri**
Kun menyatakan bahwa hukum pecahan ini dapat membantu memprediksi dampak jatuhan batu pada lereng gunung, menghitung energi yang dibutuhkan untuk menghancurkan batuan dalam proses penambangan, serta memahami bagaimana material pecah dalam berbagai skenario industri dan alam.
**Manfaat untuk Mitigasi Risiko**
Dengan kata lain, memahami bagaimana benda pecah dapat membantu kita mengurangi risiko dan meningkatkan efisiensi dalam banyak bidang.
**Pola di Balik Kekacauan**
Dari gula kubus hingga ombak laut, dari spaghetti hingga tabung keramik yang meledak, semua menunjukkan pola yang sama ketika pecah. Berkat persamaan baru Villermaux, kini kita memiliki cara lebih baik untuk memprediksi berapa banyak pecahan yang akan muncul dan seberapa besar ukurannya.
**Keteraturan dalam Ketidakteraturan**
Ilmu pengetahuan sekali lagi membuktikan: bahkan dalam kekacauan, alam tetap mengikuti aturan. Temuan ini membuka wawasan baru tentang bagaimana prinsip-prinsip fisika fundamental mengatur fenomena yang tampak acak di sekitar kita.
**Implikasi untuk Rekayasa Material**
Pemahaman yang lebih mendalam tentang pola fragmentasi dapat membantu insinyur merancang material yang lebih tahan terhadap kerusakan atau sebaliknya, material yang dapat pecah dengan pola tertentu untuk tujuan keamanan.
**Kontribusi Terhadap Sains Dasar**
Penelitian Villermaux juga berkontribusi pada pemahaman fundamental tentang bagaimana sistem kompleks berperilaku ketika mengalami transisi fase atau perubahan struktural yang dramatis.
Sumber: Kompas.com
Buku Terkait:
Yang Jauh Tersembunyi: Fisika Kuantum dan Teori Banyak-Dunia