Apakah Informasi Lebih Fundamental daripada Materi?

Selama berabad-abad, manusia berusaha menjawab pertanyaan mendasar tentang apa yang sebenarnya membentuk alam semesta. Kita mengenal materi, energi, ruang, waktu, gaya, dan partikel sebagai bagian penting dari gambaran fisika modern. Namun, perkembangan teori informasi dan fisika kuantum memunculkan sebuah pertanyaan yang jauh lebih mendalam:

Apakah informasi mungkin lebih fundamental daripada materi?

Pertanyaan tersebut bukan sekadar permainan kata. Dalam fisika modern, informasi mempunyai peranan yang sangat penting. Keadaan suatu sistem dapat digunakan untuk menyimpan informasi, pengukuran menghasilkan informasi, dan proses komputasi harus diwujudkan melalui sistem fisik.

Bahkan, fisikawan Rolf Landauer menekankan bahwa informasi selalu mempunyai representasi fisik. Artinya, informasi yang disimpan atau diproses dalam dunia nyata tidak dapat sepenuhnya dipisahkan dari hukum-hukum fisika.

Di sisi lain, muncul gagasan yang jauh lebih radikal. Fisikawan John Archibald Wheeler memperkenalkan ungkapan “it from bit”, yaitu gagasan bahwa realitas fisik pada tingkat yang sangat mendasar mungkin berkaitan erat dengan informasi yang diperoleh melalui proses pengukuran.

Apakah ini berarti alam semesta sebenarnya terbuat dari informasi?

Jawabannya belum dapat dipastikan. Gagasan tersebut merupakan wilayah penelitian dan perdebatan antara fisika fundamental, teori informasi, serta filsafat ilmu.

Apa yang Dimaksud dengan Materi?

Sebelum membandingkan materi dengan informasi, kita perlu memahami apa yang dimaksud dengan materi.

Dalam kehidupan sehari-hari, materi biasanya kita kenali sebagai benda yang mempunyai massa dan menempati ruang. Batu, air, udara, meja, dan tubuh manusia merupakan contoh yang mudah dikenali.

Namun, fisika modern memberikan gambaran yang lebih kompleks.

Materi dapat dipahami melalui partikel dan medan yang dijelaskan oleh teori fisika. Pada skala mikroskopis, objek yang tampak sederhana ternyata mempunyai perilaku yang jauh berbeda dari pengalaman sehari-hari.

Elektron, misalnya, tidak dapat dipahami hanya sebagai bola kecil yang bergerak mengelilingi inti atom seperti gambaran sederhana dalam model klasik.

Fisika kuantum menunjukkan bahwa keadaan sistem mikroskopis harus dijelaskan menggunakan kerangka matematis yang berbeda.

Hal tersebut kemudian membuka jalan bagi pertanyaan mengenai apakah yang kita sebut “benda” sebenarnya merupakan sesuatu yang lebih mendasar.

Apa Itu Informasi?

Informasi juga bukan benda dalam pengertian sehari-hari.

Informasi dapat berupa angka, simbol, pesan, pola, hasil pengukuran, atau keadaan yang memungkinkan kita membedakan satu kemungkinan dari kemungkinan lainnya.

Misalnya, sebuah lampu dapat mempunyai dua keadaan: menyala atau mati.

Kedua keadaan tersebut dapat digunakan untuk merepresentasikan satu bit informasi.

Namun, bit bukanlah benda kecil yang dapat dipegang.

Bit merupakan ukuran atau representasi informasi yang diwujudkan melalui keadaan fisik tertentu.

Di sinilah muncul hubungan penting antara informasi dan materi.

Informasi Membutuhkan Media Fisik

Bayangkan sebuah foto digital yang tersimpan dalam komputer.

Foto tersebut terlihat sebagai kumpulan gambar ketika dibuka di layar. Namun, secara fisik, informasi itu diwujudkan melalui keadaan perangkat penyimpanan.

Begitu pula dengan sebuah pesan yang dikirim melalui internet.

Pesan tersebut tidak bergerak sebagai “ide murni” tanpa media. Informasinya direpresentasikan melalui keadaan fisik dalam perangkat elektronik, sinyal elektromagnetik, atau sistem komunikasi lainnya.

Rolf Landauer menekankan aspek tersebut dalam gagasannya mengenai sifat fisik informasi. Informasi yang dapat digunakan secara nyata harus memiliki representasi fisik dan karena itu tunduk pada batas-batas alam.

Ini menghasilkan sebuah kesimpulan penting:

Informasi mungkin bersifat abstrak sebagai konsep, tetapi pengolahan informasi dalam dunia nyata selalu melibatkan keadaan fisik.

Dari Materi Menuju Informasi

Dalam pandangan tradisional, kita biasanya berpikir bahwa materi adalah sesuatu yang ada terlebih dahulu, sedangkan informasi merupakan deskripsi mengenai materi.

Contohnya, sebuah batu memiliki bentuk, massa, posisi, dan temperatur.

Kita kemudian mengumpulkan informasi mengenai batu tersebut.

Dalam cara pandang ini:

materi → menghasilkan informasi

Namun, perkembangan fisika kuantum membuat hubungan tersebut menjadi lebih menarik.

Dalam eksperimen kuantum, tindakan pengukuran mempunyai peran penting dalam menentukan informasi apa yang dapat diperoleh mengenai sebuah sistem.

Hal ini tidak berarti bahwa manusia menciptakan seluruh realitas hanya dengan melihatnya. Akan tetapi, hubungan antara sistem fisik, pengukuran, dan informasi ternyata jauh lebih rumit daripada gambaran klasik sederhana.

Gagasan “It from Bit”

John Archibald Wheeler adalah salah satu tokoh yang membuat pertanyaan mengenai informasi dan realitas menjadi semakin terkenal.

Melalui ungkapan “it from bit”, Wheeler mengusulkan gagasan bahwa sesuatu yang kita sebut sebagai realitas fisik mungkin pada tingkat tertentu mempunyai hubungan fundamental dengan informasi. Stanford Encyclopedia of Philosophy mencatat bahwa Wheeler menghubungkan “it” atau sesuatu yang bersifat fisik dengan jawaban atas pertanyaan ya-tidak yang menghasilkan bit informasi.

Gagasan ini sangat menarik karena membalik cara berpikir biasa.

Daripada mengatakan:

materi menghasilkan informasi,

gagasan “it from bit” mempertanyakan apakah:

informasi justru berada pada tingkat yang lebih mendasar daripada apa yang kita sebut sebagai objek fisik.

Namun, penting untuk tidak mengubah gagasan filosofis ini menjadi fakta ilmiah yang sudah terbukti.

Apakah “It from Bit” Sudah Terbukti?

Belum.

“Information is fundamental” merupakan gagasan yang mempunyai banyak interpretasi dan belum menjadi kesimpulan final mengenai ontologi alam semesta.

Fisika kuantum sendiri merupakan teori yang sangat berhasil dalam memprediksi hasil eksperimen, tetapi pertanyaan tentang apa yang sebenarnya “ada” di balik formalismenya masih menjadi bahan perdebatan. Stanford Encyclopedia of Philosophy mencatat bahwa terdapat keberhasilan luar biasa pada mekanika kuantum sebagai teori prediktif, tetapi masih terdapat perbedaan pandangan mengenai bagaimana realitas harus dipahami berdasarkan teori tersebut.

Karena itu, kita harus membedakan antara:

• informasi sebagai alat untuk mendeskripsikan keadaan fisik;

• informasi sebagai besaran yang mempunyai konsekuensi fisik;

• informasi sebagai sesuatu yang mungkin fundamental secara ontologis.

Ketiganya bukan pernyataan yang sama.

Mengapa Fisika Kuantum Membuat Informasi Menjadi Penting?

Fisika kuantum memberikan peran yang sangat penting kepada informasi.

Keadaan kuantum dapat digunakan untuk menyimpan dan memproses informasi. Bahkan, fenomena seperti entanglement kuantum dapat dimanfaatkan sebagai sumber daya dalam teori informasi kuantum.

Dalam sistem yang terentang, hubungan antara beberapa sistem kuantum dapat menghasilkan korelasi yang tidak dapat dijelaskan menggunakan gambaran klasik biasa. Entanglement juga dapat dimanfaatkan untuk komunikasi dan komputasi kuantum dalam kerangka tertentu.

Akibatnya, informasi tidak lagi hanya menjadi konsep milik ilmu komputer.

Informasi telah menjadi bagian penting dalam penelitian mengenai struktur dan perilaku sistem kuantum.

Informasi dan Entanglement

Entanglement adalah salah satu contoh terbaik untuk menunjukkan betapa eratnya hubungan antara fisika dan informasi.

Dua sistem kuantum dapat berada dalam keadaan yang mempunyai korelasi tertentu sehingga keadaan gabungannya tidak dapat direduksi menjadi keadaan independen masing-masing bagian.

Dalam teori informasi kuantum, entanglement dapat dipandang sebagai sumber daya.

Artinya, bukan hanya energi atau materi yang penting dalam melakukan proses fisik. Struktur hubungan dan informasi yang terkandung dalam keadaan kuantum juga mempunyai peran.

Hal ini membuat konsep informasi menjadi semakin relevan dalam pembahasan fisika fundamental.

Prinsip Landauer dan Realitas Fisik Informasi

Salah satu alasan kuat untuk menganggap informasi berkaitan dengan dunia fisik berasal dari penelitian mengenai komputasi.

Rolf Landauer menunjukkan bahwa penghapusan informasi secara logis tidak reversibel mempunyai konsekuensi termodinamika. Dalam kondisi ideal, batas tersebut berkaitan dengan besaran kT ln 2 untuk penghapusan satu bit.

Gagasan tersebut sering dikenal sebagai prinsip Landauer.

Hal yang penting adalah memahami maksudnya dengan tepat.

Prinsip ini bukan berarti setiap kali kita menekan tombol hapus di komputer, komputer pasti menghasilkan panas tepat sebesar kT ln 2.

Nilai tersebut merupakan batas fundamental dalam kondisi tertentu, bukan konsumsi energi aktual setiap perangkat.

Namun, prinsip Landauer tetap memberikan pesan yang penting:

operasi informasi yang diwujudkan secara fisik mempunyai konsekuensi fisik.

Apakah Informasi Lebih Fundamental daripada Energi?

Pertanyaan ini juga sering muncul.

Dalam fisika, energi merupakan besaran fundamental yang memiliki peran sangat penting dalam berbagai hukum konservasi dan dinamika sistem.

Informasi tidak boleh begitu saja dianggap sebagai pengganti energi.

Keduanya mempunyai fungsi konseptual yang berbeda.

Energi berkaitan dengan kemampuan sistem untuk melakukan kerja dan perubahan keadaan fisik.

Informasi berkaitan dengan keadaan, ketidakpastian, korelasi, dan kemampuan membedakan kemungkinan tertentu.

Dalam beberapa bidang, kedua konsep tersebut bertemu dengan sangat erat.

Namun, mengatakan bahwa informasi “menggantikan” energi akan menjadi kesimpulan yang terlalu jauh.

Informasi Bukan Pengganti Materi

Gagasan bahwa informasi mungkin fundamental juga tidak berarti materi menjadi tidak penting.

Sebuah bit harus diwujudkan melalui sesuatu.

Memori komputer mempunyai keadaan fisik.

Atom mempunyai keadaan kuantum.

Sistem biologis menyimpan informasi melalui struktur molekuler.

Karena itu, dalam dunia nyata, informasi dan materi tidak dapat dipisahkan dengan mudah.

Bahkan Landauer menggunakan hubungan tersebut sebagai salah satu landasan pemikirannya: informasi harus mempunyai representasi fisik.

Apakah Alam Semesta Seperti Komputer?

Jika informasi penting dalam fisika, apakah alam semesta dapat dianggap sebagai komputer raksasa?

Pertanyaan tersebut sering muncul dalam pembahasan digital physics dan berbagai gagasan mengenai alam semesta sebagai sistem komputasional.

Namun, analogi bukan berarti bukti.

Kita dapat menggunakan konsep komputasi dan informasi untuk memodelkan proses fisik tanpa harus menyimpulkan bahwa alam semesta secara harfiah adalah komputer.

Pertanyaan mengenai apakah realitas benar-benar merupakan proses komputasi merupakan persoalan yang jauh lebih besar dan masih diperdebatkan.

Dunia Digital Memberikan Contoh yang Mudah

Komputer merupakan contoh sederhana untuk memahami hubungan informasi dan keadaan fisik.

Sebuah file teks dapat disimpan dalam bentuk digital.

Pada tingkat abstrak, file tersebut adalah kumpulan karakter.

Pada tingkat fisik, karakter tersebut direpresentasikan oleh keadaan tertentu pada media penyimpanan.

Jika keadaan fisik media berubah secara tidak sengaja, informasi yang tersimpan dapat berubah atau bahkan hilang.

Ini menunjukkan bahwa informasi digital bukan sesuatu yang sepenuhnya terpisah dari dunia material.

Apakah Informasi Bisa Ada Tanpa Materi?

Ini merupakan pertanyaan filosofis yang sulit.

Jika yang dimaksud adalah informasi yang dapat disimpan, dikirim, atau diproses dalam alam fisik, maka informasi membutuhkan suatu bentuk representasi fisik.

Namun, jika “informasi” digunakan dalam arti matematis yang sangat abstrak, pertanyaannya menjadi berbeda.

Sebuah persamaan matematika dapat mengandung struktur informasi tanpa harus berupa benda fisik.

Karena itu, jawaban terhadap pertanyaan tersebut bergantung pada bagaimana kita mendefinisikan kata “informasi”.

Perbedaan definisi inilah yang sering menyebabkan perdebatan tentang informasi dan materi menjadi membingungkan.

Informasi sebagai Deskripsi atau Sebagai Realitas?

Ada dua cara besar untuk memandang informasi.

Informasi sebagai Deskripsi

Dalam pandangan pertama, informasi merupakan cara kita menggambarkan keadaan dunia.

Misalnya, “suhu ruangan 25 derajat Celsius” adalah informasi tentang keadaan fisik ruangan.

Dalam pandangan ini, dunia fisik berada terlebih dahulu dan informasi merupakan representasi atau pengetahuan tentangnya.

Informasi sebagai Sesuatu yang Fundamental

Pandangan kedua jauh lebih radikal.

Informasi dipandang mungkin merupakan bagian fundamental dari struktur realitas.

Gagasan Wheeler tentang “it from bit” merupakan salah satu contoh terkenal dari cara berpikir tersebut.

Tetapi pandangan kedua belum menjadi konsensus bahwa informasi adalah “substansi” dasar alam semesta.

Informasi dan Hukum Fisika

Pertanyaan yang lebih menarik adalah apakah hukum-hukum fisika pada akhirnya dapat dirumuskan menggunakan prinsip informasi.

Beberapa bidang penelitian memang menggunakan informasi sebagai konsep utama.

Teori informasi kuantum, termodinamika informasi, dan fisika komputasi merupakan contoh bidang yang mengeksplorasi hubungan tersebut.

Namun, menggunakan informasi sebagai bahasa atau alat fundamental untuk sebuah teori tidak otomatis membuktikan bahwa informasi secara ontologis lebih dasar daripada materi.

Ini merupakan perbedaan antara kerangka matematis yang sangat berguna dan klaim mengenai hakikat realitas.

Mengapa Perdebatan Ini Penting?

Perdebatan tentang informasi dan materi bukan hanya persoalan definisi.

Jika suatu hari ditemukan teori fisika yang menunjukkan bahwa struktur informasi benar-benar merupakan dasar dari semua fenomena fisik, konsekuensinya akan sangat besar.

Kita mungkin perlu mengubah cara memahami:

• materi;

• ruang;

• waktu;

• energi;

• pengukuran;

• komputasi;

• dan bahkan konsep realitas itu sendiri.

Namun, sains tidak menentukan kesimpulan berdasarkan daya tarik sebuah gagasan.

Sebuah teori fundamental harus menghasilkan prediksi yang dapat diuji dan dibandingkan dengan eksperimen.

Batas Antara Sains dan Filsafat

Topik “apakah informasi lebih fundamental daripada materi?” berada pada batas menarik antara fisika dan filsafat.

Fisika dapat memberikan fakta mengenai bagaimana informasi direpresentasikan, diukur, dikirim, dan diproses.

Filsafat kemudian dapat bertanya mengenai makna ontologis dari fakta tersebut.

Misalnya, jika semua keadaan fisik dapat dijelaskan menggunakan informasi, apakah informasi menjadi lebih fundamental?

Belum tentu.

Kemampuan mendeskripsikan sesuatu menggunakan bahasa tertentu tidak otomatis membuktikan bahwa bahasa tersebut merupakan bahan dasar realitas.

Karena itu, diperlukan kehati-hatian dalam menarik kesimpulan.

Pandangan yang Lebih Seimbang

Daripada langsung mengatakan bahwa “informasi lebih fundamental daripada materi”, posisi yang lebih aman secara ilmiah adalah mengatakan bahwa:

informasi mempunyai peran fundamental dalam banyak kerangka fisika modern, tetapi belum ada konsensus ilmiah bahwa informasi merupakan substansi paling dasar yang menggantikan materi.

Pernyataan ini memberikan ruang bagi perkembangan penelitian tanpa mengubah hipotesis filosofis menjadi fakta yang sudah terbukti.

Kita sudah mengetahui bahwa informasi mempunyai konsekuensi fisik.

Kita juga mengetahui bahwa sistem kuantum dapat membawa dan memproses informasi.

Yang masih menjadi pertanyaan adalah apakah semua struktur fisik pada akhirnya dapat dijelaskan sebagai manifestasi dari informasi.

Masa Depan Penelitian

Penelitian mengenai hubungan informasi dan fisika masih terus berkembang.

Fisika kuantum memberikan banyak pertanyaan baru mengenai informasi, pengukuran, korelasi, dan entanglement.

Sementara itu, perkembangan komputer kuantum dan teknologi informasi membuat hubungan antara konsep informasi dan sistem fisik semakin nyata.

Penelitian mengenai termodinamika komputasi juga terus mengeksplorasi batas efisiensi pengolahan informasi.

Mungkin saja pemahaman masa depan mengenai alam semesta akan menggabungkan konsep materi, energi, ruang-waktu, dan informasi dalam suatu kerangka yang lebih terpadu.

Tetapi sejauh ini, pertanyaan tersebut masih terbuka.

Kesimpulan

Apakah informasi lebih fundamental daripada materi?

Belum ada jawaban final yang dapat diterima sebagai fakta ilmiah.

Fisika modern menunjukkan bahwa informasi mempunyai hubungan yang sangat erat dengan keadaan fisik. Informasi membutuhkan representasi fisik ketika disimpan atau diproses dalam dunia nyata, sebagaimana ditekankan oleh Rolf Landauer.

Dalam fisika kuantum, informasi juga menjadi konsep yang sangat penting. Entanglement, misalnya, dapat dipelajari sebagai sumber daya dalam teori informasi kuantum.

Sementara itu, gagasan John Archibald Wheeler mengenai “it from bit” mengusulkan kemungkinan yang lebih mendalam: realitas fisik mungkin memiliki dasar yang berkaitan dengan informasi. Gagasan tersebut sangat berpengaruh secara konseptual, tetapi belum dapat dianggap sebagai bukti bahwa alam semesta secara harfiah tersusun dari informasi.

Jadi, untuk saat ini, hubungan antara informasi dan materi lebih tepat dipandang sebagai salah satu pertanyaan terbuka dan menarik dalam fisika fundamental.

Mungkin informasi hanyalah cara terbaik manusia untuk menggambarkan realitas.

Mungkin juga informasi mempunyai peran yang jauh lebih mendasar.

Jawaban akhirnya masih menjadi salah satu pertanyaan besar yang terus mendorong manusia untuk memahami struktur terdalam alam semesta.

Referensi

1. Landauer, R. (1999). Information is a Physical Entity. Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, 263, 63–67. DOI: 10.1016/S0378-4371(98)00513-5. IBM Research
2. Landauer, R. Pembahasan mengenai sifat fisik informasi dan batas fisik pemrosesan informasi. IBM Research. IBM Research — Information is a Physical Entity
3. Stanford Encyclopedia of Philosophy. Information. Pembahasan mengenai teori informasi, entropi, dan gagasan “It from Bit”. Stanford Encyclopedia of Philosophy — Information
4. Stanford Encyclopedia of Philosophy. Quantum Mechanics. Pembahasan mengenai keberhasilan mekanika kuantum sekaligus persoalan interpretasi mengenai hakikat realitas. Stanford Encyclopedia of Philosophy — Quantum Mechanics
5. Stanford Encyclopedia of Philosophy. Quantum Entanglement and Information. Pembahasan tentang entanglement dan perannya sebagai sumber daya dalam teori informasi kuantum. Ensiklopedia Filsafat Stanford
6. Landauer, R. (1996). The Physical Nature of Information. Physics Letters A. IBM Research. IBM Research
7. Wheeler, J. A. (1990). Information, Physics, Quantum: The Search for Links. Dalam W. H. Zurek (Ed.), Complexity, Entropy, and the Physics of Information. Referensi ini berkaitan dengan gagasan terkenal “It from Bit”.