1-2. 볼츠만의 통찰: — 엔트로피의 미시적 의미
Boltzmann's Insight: — The Microscopic Meaning of Entropy
지금까지의 이야기: 이전 절에서 우리는 기체 분자 운동론을 통해 놀라운 것을 발견했다. 온도의 정체는 분자들의 평균 운동 에너지이고, 압력은 분자들이 벽에 충돌하며 운동량을 전달하기 때문에 생긴다. 미시 세계의 혼돈에서 거시 세계의 질서 있는 법칙이 나온 것이다. 그런데 열역학에서 가장 심오하고, 가장 신비로웠던 개념이 아직 남아 있다 — 엔트로피. 열역학 제2법칙은 "엔트로피는 항상 증가한다"고 말한다. 하지만 도대체 왜?
묘비에 새겨진 수식
1906년 9월, 오스트리아의 물리학자 루트비히 볼츠만(Ludwig Boltzmann)이 세상을 떠났다. 그의 묘비에는 말 한마디 없이 수식 하나만 새겨져 있다:
(현대적 표기로는 )
한 사람의 인생을 수식 하나로 요약할 수 있다면, 그 수식은 얼마나 깊은 진실을 담고 있어야 할까?
이 수식은 인류가 자연에 대해 얻은 가장 심오한 통찰 중 하나를 담고 있다. 그것은 이런 것이다:
"왜 깨진 달걀은 다시 붙지 않는가? 왜 커피에 넣은 크림은 저절로 분리되지 않는가? 왜 시간은 한 방향으로만 흐르는 것처럼 보이는가?"
이 모든 질문에 대한 답이 저 수식 하나에 들어 있다. 그리고 그 답은 놀랍도록 단순하다 — 확률 때문이다.
