Tulisan blog ini membahas bagaimana prinsip ilmiah di balik Singularitas—titik penting dalam kemajuan teknologi—dan fluida superkritis memengaruhi kehidupan dan industri kita sehari-hari.
"Singularitas akan datang!" Frasa ini menggema di internet setelah banyak orang menyaksikan pertandingan Go yang mengejutkan antara AlphaGo dari Google dan Lee Sedol, seorang profesional dan 9. Istilah ini menjadi terkenal sebagai judul buku karya Ray Kurzweil, direktur teknik Google, yang menggambarkan Singularitas sebagai titik ketika teknologi buatan manusia melampaui kemampuan manusia. Dengan kata lain, penulis berpendapat bahwa singularitas adalah titik di mana teknologi dan kemampuan manusia menjadi setara, dan bahwa di luar singularitas ini, peristiwa tak terduga akan terjadi. Peristiwa tak terduga ini merujuk pada masa depan di mana kecerdasan buatan melampaui ekspektasi manusia, belajar dan berevolusi secara mandiri, serta mampu berpikir dan mengambil keputusan seperti manusia.
Namun, istilah singularitas sendiri adalah konsep yang lebih luas yang sering digunakan dalam matematika dan sains, merujuk pada titik di mana elemen-elemen yang bersaing mencapai keseimbangan, melampaui sekadar keseimbangan antara teknologi dan manusia. Misalnya, dalam matematika, karakteristik suatu persamaan dapat ditentukan oleh rasio dua variabel di dalamnya. Ketika besaran kedua faktor ini mencapai keseimbangan yang sangat rumit, muncul situasi di mana karakteristik persamaan menjadi tidak terdefinisi. Titik ini disebut singularitas persamaan. Memahami istilah singularitas dari perspektif titik keseimbangan yang lebih luas ini mengungkapkan bahwa setiap zat di sekitar kita memiliki singularitasnya sendiri—titik yang disebut titik kritis di mana karakteristik cairan dan gas berada dalam keseimbangan. Dan begitu titik kritis ini dilewati, ia menunjukkan sifat-sifat berguna yang tidak pernah kita bayangkan.
Semua materi dapat berada dalam tiga wujud. Perhatikan air. Pada suhu rendah, air berwujud es, wujud padat. Saat suhu naik, air mencair menjadi air, wujud cair, dan menjadi lebih panas lagi, mendidih, lalu berubah menjadi uap, wujud gas. Dengan demikian, ketiga wujud materi—padat, cair, dan gas—berubah bergantung pada suhu. Lebih lanjut, wujud materi berubah tidak hanya karena suhu tetapi juga karena tekanan. Kaleng semprot berisi cairan bertekanan sangat tinggi, tetapi ketika disemprotkan, cairan tersebut terlontar ke udara sebagai gas tak kasat mata. Dengan demikian, keberadaan suatu zat sebagai padat, cair, atau gas ditentukan oleh suhu dan tekanan. Meskipun ini merupakan fenomena umum di sekitar kita, fenomena ini menjadi lebih menarik ketika diteliti secara ilmiah: setiap wujud hanya dapat dipertahankan pada suhu dan tekanan tertentu. Kita dengan mudah mengamati air dalam wujud padatnya mencair menjadi cair dan kemudian menguap menjadi gas dalam kehidupan sehari-hari, namun di balik ini terdapat interaksi kompleks antar molekul.
Jadi bagaimana suhu dan tekanan mengubah suatu keadaan? Pertama, mari kita pahami apa arti suhu dan tekanan. Suhu menunjukkan seberapa cepat molekul—partikel kecil penyusun materi—bergerak. Artinya, pada suhu rendah, molekul bergerak lambat, dan pada suhu tinggi, mereka bergerak cepat. Sebaliknya, tekanan menunjukkan jarak antar molekul. Tekanan tinggi berarti zat tersebut terkompresi, mengurangi jarak antar molekul, sementara tekanan rendah meningkatkan jarak di antara mereka. Namun, mengatur jarak antar molekul melalui tekanan menghasilkan efek tambahan. Molekul memiliki kecenderungan bawaan untuk saling tarik menarik, karena kekuatan gaya tarik ini meningkat ketika molekul-molekul saling berdekatan. Dengan demikian, tekanan yang lebih tinggi membawa molekul-molekul lebih dekat, mengintensifkan daya tarik timbal balik dan kecenderungan mereka untuk mengelompok bersama. Sebaliknya, tekanan yang lebih rendah melemahkan gaya yang menarik molekul-molekul ke arah satu sama lain.
Sekarang, mari kita kembali ke air. Pada suhu rendah, molekul-molekul air penyusunnya bergerak lambat. Molekul-molekul yang bergerak lambat ini tidak dapat mengatasi gaya tarik-menarik dan melepaskan diri, menyebabkan mereka menggumpal. Hal ini menghasilkan keadaan padat di mana mereka sepenuhnya tidak bergerak—es. Ketika suhu es naik, yang memungkinkan molekul-molekul bergerak lebih cepat, mereka tetap berkelompok dalam kelompok besar tetapi sebagian dapat mengatasi gaya tarik-menarik, memungkinkan beberapa pergerakan molekul. Inilah keadaan air yang cair. Jika suhu naik lebih lanjut, molekul-molekul bergerak begitu cepat sehingga gaya tarik-menarik tidak dapat lagi menahan mereka. Mereka menjadi bebas bergerak secara acak, membentuk wujud gas: uap air. Singkatnya, keadaan suatu zat ditentukan oleh gaya mana yang dominan dalam persaingan antara gaya tarik-menarik antar molekul dan kecepatan molekul. Gaya tarik-menarik meningkat seiring dengan tekanan yang lebih tinggi, dan kecepatan molekul meningkat seiring dengan suhu yang lebih tinggi. Oleh karena itu, keadaan suatu zat berubah bergantung pada suhu dan tekanan.
Sekarang, mari kita coba mengubah uap air kembali menjadi cair tanpa menurunkan suhu. Peningkatan tekanan akan mendekatkan molekul-molekul air. Hal ini juga meningkatkan gaya tarik-menarik di antara mereka. Jika tekanan dinaikkan secara memadai, gaya tarik-menarik antar molekul menjadi cukup kuat untuk menahan bahkan molekul-molekul yang lepas dengan cepat, menyebabkan zat tersebut kembali menjadi cair. Namun, apakah peningkatan tekanan selalu mengubah gas menjadi cair?
Untuk menjawab di awal: tidak. Peningkatan tekanan mengurangi jarak antar molekul dan memperkuat daya tarik timbal balik mereka. Namun, ada batas pasti seberapa kuat daya tarik ini. Ini karena setelah molekul dikompresi hingga saling bersentuhan tanpa celah, mereka tidak dapat mendekat lagi. Sebaliknya, suhu dapat dinaikkan tanpa batas hingga muncul masalah di dalam molekul itu sendiri atau molekul tersebut rusak. Oleh karena itu, setelah suhu tertentu terlampaui, persaingan antara tekanan dan suhu berakhir. Seberapa pun tekanan ditingkatkan, tekanan tersebut tidak dapat menciptakan daya tarik molekul yang cukup kuat untuk menangkap molekul yang bergerak cepat, sehingga gas tidak menjadi cair. Titik kesetimbangan akhir ini, tepat sebelum persaingan antara suhu dan tekanan berakhir, disebut titik kritis. Ini juga dapat dilihat sebagai singularitas zat.
Namun, hanya karena suatu zat tidak dapat menjadi cair di atas suhu dan tekanan titik kritis, bukan berarti zat tersebut berada dalam wujud gas. Melewati titik kritis, meskipun tidak cukup cair untuk membentuk cairan, jarak antar molekul menjadi sangat dekat, menyebabkan mereka saling tarik menarik dengan gaya yang kuat. Oleh karena itu, meskipun molekul-molekul tidak berkelompok seperti dalam cairan, mereka tidak dapat bergerak bebas sepenuhnya seperti dalam gas. Zat yang telah melewati titik kritis dan bukan cairan maupun gas disebut fluida superkritis.
Fluida superkritis menunjukkan sifat-sifat yang jarang ditemukan pada cairan atau gas biasa, terutama viskositasnya yang sangat rendah dan kelarutannya yang tinggi terhadap zat lain. Viskositas rendah berarti daya tembusnya tinggi. Hal ini dapat dipahami dengan mudah dengan mengingat kembali bahwa ketika air dituangkan ke pasir, air tersebut meresap ke setiap celah dan celah di antara butiran pasir dan mengalir keluar ke bawah, sedangkan madu, yang viskositasnya lebih tinggi daripada air, hampir tidak mengalir dan hanya sedikit meresap ke dalam pasir.
Singkatnya, penggunaan fluida superkritis sebagai pelarut ekstraksi memungkinkannya menembus ke mana-mana, melarutkan material target yang diinginkan. Saat menekan biji wijen untuk mengekstrak minyak wijen, antioksidan yang disebut lignin tidak larut. Namun, penggunaan fluida superkritis untuk ekstraksi dapat meningkatkan rendemennya lebih dari 10,000 kali lipat. Minyak wijen yang diekstraksi dengan cara ini sebenarnya dijual secara komersial. Lebih lanjut, fluida superkritis digunakan dalam proses dekafeinasi kopi untuk secara selektif menghilangkan kafein saja. Selain itu, banyak perusahaan farmasi sedang meneliti penggunaan fluida superkritis untuk mengekstrak bahan aktif dari zat-zat seperti herbal. Fluida superkritis juga secara aktif digunakan sebagai media untuk menghasilkan nanopartikel atau menginduksi reaksi kimia yang sangat terspesialisasi. Dengan demikian, fluida superkritis telah memantapkan dirinya sebagai material inti dalam teknologi canggih, dan jangkauan aplikasinya terus berkembang.
