Dari Big Bang ke Bit Bang, Ledakan Informasi Pemicu Kehidupan

Problem paling pelik dalam biologi bukan menjelaskan bagaimana proses evolusi, melainkan bagaimana awal muasal evolusi itu? Kini sudah menjadi konsensus di kalangan ahli biologi, basis kehidupan adalah informasi sebagai “kode” (DNA) yang mendorong evolusi.

Biologi lebih mudah dipahami untuk dijelaskan sebagai konfigurasi informasi, ketimbang proses kimiawi. Namun pertanyaan pelik: Bagaimana informasi bertransformasi dari atom menjadi molekul kimia, dan menjadi  kode kehidupan? Bagaimana munculnya konfigurasi baru (emergent) yang memunculkan beragam jenis kehidupan bisa terjadi?

Alam semesta (kosmos) bekerja seperti komputer. Informasi tentang energi dan materi  diproses dalam komputer kosmik ini sehingga tercipta realitas fisik. Namun, pemikiran tentang kehidupan sebagai “proses evolusi informasi” hanya logis bagi pengamat sadar, berbasis fisika kuantum. Fisika klasik (Newton) dan fisika relativistik (Einstein) menegaskan bahwa realitas ada secara independen dari pengamat sadar (manusia).

Dalam beberapa tahun terakhir, hukum termodinamika dan teori informasi telah mengembangkan pemahaman kita tentang realitas dunia fisik. Dalam termodinamika, fisika klasik, entropi adalah proses konkret yang otonom. Namun, dalam mekanika kuantum, proses termodinamika tidak lagi otonom. Manusia, sebagai pengamat sadar, bisa mengukur dan memanipulasi proses hukum termodinamika itu, berbasis informasi dari pengukuran itu.

Contoh bagaimana hukum termodinamika bisa dimanipulasi adalah eksperimen pikiran “Hantu Maxwell” (Maxwell’s demon). Seperti kehidupan, hantu imajiner Maxwell memiliki kemampuan untuk memanipulasi hukum kedua termodinamika.

Namun, benarkah kehidupan muncul justru dengan melanggar hukum termodinamika? Dunia fisik yang cenderung mengarah ke kekacauan, secara inheren justru memunculkan keteraturan (kehidupan)? Keteraturan itu yang coba dijelaskan melalui teori informasi, yang dianggap sebagai negasi dari proses entropi (negentropi)

Fisikawan Paul Davies menerapkan informasi sebagai kunci untuk memahami kehidupan. Bagaimana unsur-unsur sederhana penyusun molekul kemudian berubah menjadi kehidupan. Namun, materi non-hidup juga tersusun dari atom-atom yang sama, bagaimana menjelaskan adanya konversi ini dari non-hidup menjadi hidup?

Kehidupan, secara umum, diidentifikasi melalui ciri-ciri: melakukan reproduksi, memanfaatkan energi, dan merespons rangsangan. Tetapi ciri-ciri itu tetap bukan jawaban atas pertanyaan apa itu kehidupan. Kita sudah mengetahui struktur lengkap genom seekor tikus, misalnya, tetapi kita tetap tidak tahu bagaimana rasanya menjadi seekor tikus.

Aliran informasi dalam genetika sangat kompleks. Dalam sebuah eksperimen dengan satu jenis cacing datar (flat worm), periset memotong kepala dan ekornya, memanipulasi aliran informasi proses pertumbuhan ulang. Hasilnya, cacing datar itu hidup dengan kepala di kedua ujungnya, dan mereka bisa berkembang biak dengan ciri-ciri fisik tersebut. Meskipun “cacing datar dua kepala” itu  memiliki DNA yang sama dengan cacing datar satu kepala.

Kehidupan ditandai dengan transformasi pengorganisasian informasi, yang difasilitasi oleh mekanisme hukum fisika. Dinamika pada level seluler, mencakup reaksi biokimia yang sangat kompleks, terjadi secara bersamaan untuk mendukung kehidupan.

Informasi genetik, komponen molekuler yang diwariskan, dibaca, didekripsi, dan diterjemahkan menjadi protein—sebagai unsur terpenting kehidupan. Kemudian, “kehidupan” menggunakan informasi itu untuk mengatur peran dan fungsi berbagai jenis sel.

Dengan memperlakukan informasi sebagai kuantitas fisik, proses kehidupan yang melampaui substrata fisik terbentuk. Inilah proses ketika materi (molekul) non-hidup berubah menjadi hidup, sebagai satu dinamika informasi, bukan sekedar transformasi.

Riset lintas sektoral mencakup fisika kuantum, kimia, nanoteknologi, dan pemrosesan informasi pada level  perangkat keras (fisika dan kimia) dan perangkat lunak kehidupan (biologi), masih diperlukan untuk mengungkap bagaimana kehidupan muncul.

Sebagai pertanyaan sains terdalam, menyangkut asal-usul kehidupan, revolusi pemrosesan informasi muncul bersamaan dengan awal alam semesta. Ledakan besar (Big Bang) sebagai awal munculnya alam semesta berproses dari benturan partikel-partikel elementer, pada suhu miliaran derajat.

Setiap partikel ini pada dirinya membawa sejumlah bit informasi, dan setiap kali dua partikel membentur satu sama lain, bit-bit tersebut berubah dan bertransformasi. Ledakan besar, Big Bang, bisa juga dinamai sebagai Bit Bang, ledakan informasi, yang struktur terkecilnya adalah bit.

Teori informasi menyatakan bahwa setiap sistem fisik, dari segelas air hingga mikrochip, menyimpan 1 dan 0 dalam setiap partikel komponennya. Menurut Seth Lloyd, matematika MIT, jumlah total bit alam semesta dan berapa banyak komputasi yang bisa dilakukan sejak ledakan besar bisa dihitung.

Menurut Llyoid, alam semesta adalah sebuah komputasi besar, yang memprogram diri sendiri (termasuk untuk memunculkan kehidupan). Untuk itu cuma diperlukan dua hal: energi dan entropi. Energi perlu untuk mengubah 0 menjadi 1 dalam mengaktifkan transistor; dan entropi adalah mekanisme dinamika penyebaran setiap bit informasi.

Sumber: Information and the Nature of Reality: From Physics to Metaphysics, Paul Davies