Salah seorang ilmuwan Muslim yang berjasa mengembangkan studi hidrologi adalah Muhammad al-Karaji, seorang saintis terkemuka dari Karaj, Persia. Lewat Kitab Inbat al-miyah al-Khafiya, al-Karaji mengkaji dan menyumbangkan pemikirannya dalam ilmu ekstraksiair bawah tanah. Berkat kehebatannya, ia bahkan mendapat julukan sebagai pelopor mesin tenaga air.
Abu Bakar bin Muhammad bin Al Husain al-Karajī atau al-Karkhī (953 di Karajatau Karkh - 1029) adalah seorang matematikawan muslim Persia abad ke-10 dan insinyur. Tiga karya utamanya adalah Al-Badi' fi'l-hisab (perhitungan yang indah), Al-Fakhri fi'l-jabr wa'l-muqabala (aljabar yang agung), dan Al-Kafi fi'l- hisab (perhitungan yang memadai).
Al Karaji atau dikenal dunia sebagai al Karkhi merupakan ilmuwan Muslim yang hidup di awal abad 10 M. Dia merupakan seorang ilmuwan yang menguasai bidang hidrologi. Penguasaan di bidang ini meliputi masalah penyediaan berbagai sarana air bersih, pengendalian gerakan air, serta penemuan berbagai teknologi hidrologi. Teknologi pengeolaan yang dikenalkan al Karaji merupakan metode pengelolaan air yang canggih yang membuat pasokan air di kota-kota modern Islam tetap melimpah sehingga perkembangan kota tetap pesat.
Hal itu diungkapkan Mohammed Abattouy dalam karyanya bertajuk Muhammad Al-Karaji: A Mathematician Engineer from the Early 11th Century. Menurut Abattouy, pengusaan teknologi mesin air di duniaIslam telah melahirkan sebuah revolusi pertanian yang berbasis pada penguasaan di bidang hidrologi.
Abattouy mengungkapkan, salah seorang ilmuwan Muslim yang menjadi peristis di bidang mesin air adalah Muhammad al-Karaji. Ia adalah seorang ahli matematika dan juga ahli mesin. Menurut Abattouy, pada masa itu, al-Karaji sudah mampu menjelaskan tentang air bawah tanah dan segala perlengkapannya.
Donald R Hill dan Ahmad Y Al-Hassan dalam karyanya bertajuk Engineering in Arabic-Islamic Civilization, menjelaskan bahwa sebelum dan sesudah era Al-Karaji, banyak ilmuwan Muslim yang melakukan percobaan yang sama secara eksplisit. "Salah satunya Ibnu Sina (980-1037) dalam risalahnya fi aqsam al-'ulum al-'aqliya (risalah pada divisi rasional ilmu).
"Al-Karaji bukan satu-satunya ilmuwan yang tertarik pada mesin," papar Abattouy. Menurut dia, beberapa ilmuwan pendahulunya juga melakukan hal yang sama, seperti al-Farghani (wafat 860 M), Thabit ibnu Qurra (wafat 901 M), al-Kuhi (wafat 1000 M). Namun, sayangnya mereka gagal dalam penerapannya.
Menurut Girogio Levi Della Vida dalam karyanya Appunti e Quesiti di Storia Letteraria Araba, al-Karaji adalah penduduk asli Karadj (di Iran) dan bukan dari Al-Karkh Kabupaten Baghdad, seperti yang dinyatakan dalam tulisan-tulisan tertentu.
Di usianya yang masih muda, ia telah melanglangbuana ke Baghdad. Di pusat pemerintahan Kekhalifahan Abbasiyah, yang saat itu dikuasai Dinasti Buwaih, ia memegang posisi tinggi dalam bidang administrasi, sekitar tahun 402 H/1011-1012 M. Setelah itu dia kembali ke tanah kelahirannya.
Kitab Inbat al-Miyah al-Khafiya
Studi hidrologi dibahas al-Karaji dalam Kitab Inbat al-Miyah al-Khafiya yang ditulisnya sekitar tahun 1000 M di Persia sekarang Iran. Buku itu membahas cara untuk memperoleh atau mendapatkan air yang terdapat di bawah tanah. Air tersembunyi itu bisa dimanfaatkan untuk menggerakan roda ekonomi dan kehidupan sosial.
Dalam kitab Inbat al-miyah al-khafiya, al-Karaji menjelaskan beragam penemuannya mengenai akuifer, surveisumur gali dan membangun kanal bawah tanah.
"Buku itu adalah sebuah risalah teknis yang memberikan rincian baik dalam mencari tingkat air, instrumen untuk survei, pembangunan saluran, lapisannya, perlindungan terhadap kerusakan, dan pembersihan dan pemeliharaan," papar Abattouy mengutip penjelasan al-Karaji.
Menurut para sejarawan, al-Karaji, menulis karya matematikanya di Baghdad, namun ia menyusun bukunya secara diam-diam di perairan di wilayah Jaba, Persia. Di wilayah itu terdapat pengembangan beberapa proyek hidrolik, termasuk qanat.
Inbat al-Miyah al-Khafiya merupakan satu-satunya buku teknikmesin karya Al-Karaji. Buku tersebut dicetak ulang pada era modern di Haydarabad tahun 1940. Edisi lain dikeluarkan pada tahun 1997 oleh Institute of Arabic Manuscripts di Kairo. Buku itu diterjemahkan ke dalam bahasa Persia oleh H Khadiv-Djam pada 1966.
Dalam pengantar buku itu, al-Karaji mengungkapkan, dirinya terinspirasi membuat buku itu ketika tiba di Baghdad. Di metropolis intelektual dunia itu, ia melihat semua orang, dari mulai anak-anak hingga orang tua sangat mencintai ilmu pengetahuan. Hal tersebut mendorongnya untuk mengarang buku matematika, khususnya mengkaji aritmetika dan geometri.
Sekembali dari Baghdad, ia kemudian mulai melakukan penelitianilmiah. Berbekal dukungan dari penguasa Muslim bernama Abu Ghanim Ma'ruf bin Muhammad, al-Kajari lalu meneliti dan mencurahkan pikirannya bagi pengembangan hidrologi. Ia lalu memutuskan untuk menulis buku tentang air yang tersembunyi di perairan.
Inbat al-Miyah al-Khafiya merupakan karya manual tentang hidrolik air yang sangat baik. Selain membahas hidrologi, buku ini juga berisi beberapa catatan biografis otomatis, serta diskusi dari serangkaian konsep relatif terhadap geografi dunia. Tak hanya itu, buku ini juga dilengkapi dengan beberapa pertanda dalam fenomena alam, dan memberikan perhatian yang besar untuk surveiteknik, terutama hidrologi.
Penulis menjelaskan jumlah instrumen survei, dasar geometris yang ia jelaskan dengan rincian nyata tentang konstruksi dan cara kerja qanat. Al-Karaji juga menjelaskan terowongan bawah tanah (ia membuat sebuah kiasan untuk Isfahan) untuk menyediakan air di tempat gersang.
Sebagai risalah ilmiah, buku ini merupakan kontribusi asli dalam hidrologi, survei dan aspek lain dari geologi, dan membuktikan lanjutan kepada pengetahuan tentang tanah sekitar abad ke-10 M di dunia Islam. Al-Karaji mengungkap secara mendalam dan tentang teoritanah yang terbilang sulit untuk dipahami. Kontribusinya dalam bidang ini adalah yang tertua yang dikenal dalam bentuk teks pada subjek.
Pengetahuannya tentang air bawah tanah pada umumnya sesuai dengan pemahaman subjek modern. Walaupun ia tidak pernah menampilkan seluruh siklus seperti yang kita tahu, ia mencatat dalam berbagai petikan dari bukunya masing-masing tahap individu.
Isi buku kira-kira dapat diringkas sebagai berikut. Risalah yang dibagi menjadi 25 bab dapat dikelompokkan dalam tujuh bagian atau bagian. Bagian pertama adalah sebuah pengenalan risalah, dimulai dengan basmalah dan penegasan bahwa buku itu didedikasikan kepada Menteri Abu Ghanim Ma'ruf bin Muhammad..
Pada bagian kedua (bab 2 hingga 11), penulis menjelaskan berbagai pertimbangan alam pada filosofi alami geologi, aspek bumi, air tanah, sumber air, pegunungan, berbagai jenis air, metode untuk membedakan antara air, dan pertimbangan tentang tanah. Bagian ini merupakan dasar risalah dalam istilah ilmu pengetahuan karena kontekstual hidrologi yang lebih besar dalam bidang geologi dan ilmu alam.
Sedangkan, pada bagian ketiga (bab 12 hingga 14), terdiri dari risalah hukum konten berdasarkan argumen dari berbagai paham atau aliran Islam tentang hukum mengenai qanat, penggaliannya, karakteristik dan penggunaan. Bagian ini adalah latar belakang sosial dari karya.
Bagian keempat (bab 15 hingga 17), berpusat pada tema teknik dalam hidrologi, terutama yang relevan dengan transportasi air, penggalian qanat, air aqueducts dan keterangan yang diperlukan teknik untuk pemeliharaan mereka.
Bagian kelima (bab 18- hingga 19) membahas tentang survei dan instrumen, keterangan selanjutnya dan demonstrasi teorem penggunaannya, pelaksanaan survei teknik di hidrologi.
Pada bagian keenam (bab 20 hingga 24), membahas tentang analisis survei metode dan instrumen lanjutan. Al-Kajari menjelaskan survei instrumen tradisional dan prosedurnya. "Dalam bab 23, ia menjelaskan beberapa instrumen yang berhasil ditemukannya, jelas Donald R Hill, dalam karyanya Islamic Science and Engineering.
Bagian ketujuh (bab 25), merupakan pendalaman dari semua bab. Pada bab itu pula, al-Karaji memberikan beberapa nasihat praktis kepada sang menteri yang menyeponsori penulisan buku itu.
Buku al-Karaji merupakan naskah tertua tentang ilmuair bawah tanah. Isinya sangat menakjubkan. Ia telah akrab dengan konsep baru dan prinsip-prinsip yang melekat dengan siklus hidrologis, klasifikasi dari tanah, gambaran akuifer, dan mencari air tanah.
"Banyak dari buku Al-Karaji berkaitan dengan teknik untuk mengeksplorasi tanah, terutama untuk menggali sumur dan qanat. Ia menjelaskan metode yang masih digunakan di banyak negara di Timur Tengah dan Asia," jelas Mehdi Nadji dan Rudolf Voight dalam karyanya Exploration for Hidden Water by M. Karaji: The Oldest Textbook on Hydrology Groundwater.
Mengenal Qanat Karya al-Karaji
Qanat adalah teknikirigasi yang khusus untuk memanfaatkan air bawah tanah dengan menggunakan pipa. Pada era keemasan Islam, qanat merupakan salah satu metode yang paling efektif untuk menyediakan air. Teknik itu kemungkinan berasal dari utara Iran pada erakuno, namun tahap sistem pengadaan air ini melalui jarak jauh telah di gunakan secara luas di dunia Muslim pada abad pertengahan dan hingga masa modern.
Berdasarkan perkiraan, sekitar 75 persen air yang digunakan di Iran berasal dari qanat yang panjangnya lebih dari 100 ribu mil. Di luar Iran, qanat masih digunakan pada beberapa bagian negara Islam, terutama di tenggaraSemenanjung Arab dan Afrika Utara. Sistem Qanat yang telah digunakan pada era Kekhalifahan Umayyah dan Abbasiyah.
Khalifah al-Mutawakkil (847-866 M) membangun sebuah sistem qanat untuk memasok air ke istana baru di Samarra. Dalam Inbat al-Miyah al-Khafiyya, menurut Muhammad Abattoey, al-Karaji mengungkapkan secara rinci dan baik tentang pembangunan saluran qanat, lapisannya, perlindungan terhadap kerusakan, pembersihan dan pemeliharaannya.
Satu bagian dari buku itu dikhususkan untuk membahas teknik menjelajahi air tanah, terutama untuk menggali qanat di daerah berpasir. Sebagai contoh, ia menjelaskan cara survei tentang kemiringan qanat dan bagaimana bekerja di bawah keadaan yang sulit. Pada keadaan tertentu, al-Karaji menyarankan agar pembangunan qanat dihentikan, karena bisa membahayakan keselamatan.
Kesimpulannya, tampak jelas bahwa Al-Karaji telah akrab dengan dasar hidrologi, geologi, teknik dan prinsip-prinsip yang berkaitan dengan air tanah, yang dikenal saat ini. Al-Karaji memamerkan keterampilan dan keahlian yang luas dalam diskusi tentang pembangunan qanat, klasifikasi tanah, mencari air tawar/jernih, dan pengetahuan dalam berbagai jenis akuifer dan karakteristik hidraulis. Al-Karaji pun dikenal sebagai pelopor karya struktur geologi pada penggunaan tanaman tumbuh sebagai indikator dari air tanah waduk (akuifer).
Namun, para sejarawan sains paling sering menyebutnya dengan nama al-Karaji. Roshdi Rashed, mengungkapkan, sangat sedikit sekali informasi dalam sumber Arab klasik tentang al-Karaji. Apalagi, nama al-Karaji tidak disebutkan sejarawan Islam seperti Ibnu al-Nadim atau Ibnu Abi Usaybi'a dalam karya utama mereka.
Meski begitu, al-Karaji diyakini telah memberikan kontribusi yang sangat besar bagi peradaban Islam dan umat manusia saat tinggal di Baghdad. Risalah pentingnya dalam aljabar telah didedikasikan kepada wazir Fakhr al-Mulk, menteri Baha'al-Dawla, penguasa Dinasti Buwaih di Baghdad (wafat 406 H/1015 M).
Al-Karaji meninggalkan pemerintah Abbasiyah untuk hidup dalam apa yang digambarkannya sebagai "mountain countries". Dia telah menyumbangkan pemikirannya dalam bidang hidrologi dan matematika. Bagaimanapun, keberhasilan dan pencapaian al-Karaji pada era kejayaan Islam layak untuk dihormati dan dihidupkan kembali oleh masyarakatMuslim pada era modern.
Karya Sang Ilmuwan
Dedikasinya yang tinggi dalam bidang matematika dan mesin membuatnya banyak menghasilkan karya yang monumental. Carl Brockelman dalam karyanya Geschichte der Arabischen Litteratur, menyebutkan, al-Karaji berhasil menulis Kitab Inbat al-Miyah al-Khafiya (Book on the Extraction of Hidden Waters).
Selain itu, al-Karaji juga menulis sederet karya lainnya. Sayangnya beberapa karyanya yang penting itu telah hilang. Berikut ini adalah sederet karya yang pernah ditulisnya seperti; Nawadir al-Ashkal, 'Ilal Hisab al-Jabr wa-'I-Muqabala), Uqud al-Abniya, Kitab fi Hisab al-Hind, Kitab fi al - 'istiqra' bi-'l-takht, al-Madkhal ila 'Ilm al-Nujum, Kitab al-Muhit fi' l-Hisab, Kitab al-Ajdhar, Hawla Tasnif, Kitab al-Judhur, dan Risalat al-Khta'ayn 'Adil Anbuba.
Berikut ini empat judul buku tentang matematika dan mesin hidrolis yang menarik perhatian adalah Al-Fakhri fi 'l-jabr wa 'l-muqabala, tentang aljabar; al-Badi' fil-Hisab tentang aritmetika; al-Kafi fil-Hisab, tentang aritmetika; serta Inbat al-Miyah al-Khafiya,.
Bukunya bertajuk al-Fakhri fil-Jabr wal-Muqabala, begitu berpengaruh dan telah dipelajari oleh Franz Woepcke pada pertengahan ke-19 M. Franz Woepcken dalam karyanya Extraits du Fakhri Traite d'Algebre, mengungkapkan, dalam karyanya itu, al-Kajari menjelaskan tentang aritmetika dari Diophantu.
Sejarawan sains modern memandang al-Karaji sebagai ahli matematika berkaliber tertinggi. Karyanya yang kekal pada bidang matematika masih diakui hingga hari ini, yakni mengenai kanoniktabelkoefisien binomium (dalam pembentukan hukum dan perluasan bentuk).
Al-Karaji dianggap sebagai ahli matematika terkemuka dan pandang sebagai orang pertama yang membebaskan aljabar dari operasi geometris yang merupakan produk aritmetika Yunani dan menggantinya dengan jenis operasi yang merupakan inti dari aljabar pada saat ini.
Karyanya pada aljabar dan polinomial memberikan aturan pada operasi aritmetika untuk memanipulasi polinomial. Dalam karya pertamanya di Prancis, sejarawan matematika Franz Woepcke (dalam Extrait du Fakhri, traite d'Algèbre par abou Bekr Mohammed Ben Alhacan Alkarkhi, Paris, 1853), memuji Al-Karaji sebagai ahli matematika pertama di dunia yang memperkenalkan teori aljabar kalkulus
Al-Karaji menginvestigasikan koefisienbinomiumsegitiga Pascal. Dia juga yang pertama menggunakan metode pembuktian dengan induksi matematika untuk membuktikan hasilnya, ia berhasil membuktikan kebenaran rumus jumlah integralkubus, yang sangat penting hasilnya dalam integral kalkulus.
"Ia juga mengunakan sebuah bukti induksi matematika untuk membuktikan teorema binomial (suku dua) dan segitiga Pascal," jelas Victor J Katz, dalam karyanya History of Mathematics: An Introduction, Reading.
JJ O'Connor dan EF Robertson, dalam karyanya Abu Bekr ibn Muhammad ibn al-Husayn Al-Karaji, mengatakan, bahwa karya al-Karaji memegang tempat penting dalam sejarah matematika. Ia banyak terpengaruh dan terinspirasi karya-karya aritmetika Diophantus, dalam konsepsi aljabar.
