시간은 왜 한쪽으로만 흐를까?

그때 그곳

뉴턴의 법칙에는 시간의 방향이 없습니다. 당구공이 부딪히는 영상을 거꾸로 돌려도 물리적으로 이상하지 않습니다.

그런데 현실에서는 커피가 저절로 뜨거워지지 않고, 깨진 컵이 저절로 붙지 않습니다. 낱낱의 법칙에는 방향이 없는데 전체에는 방향이 있습니다. 왜일까요.

왜 이 질문이었나

볼츠만의 답은 확률이었습니다. 방 안의 공기 분자를 생각해봅시다. 모든 분자가 우연히 방 한쪽 구석에만 모일 수도 있습니다. 물리 법칙이 금지하지 않습니다.

다만 그런 배열은 몇 가지 안 됩니다. 반면 골고루 퍼진 배열은 어마어마하게 많습니다.

그러니 자연은 골고루 퍼진 쪽으로 갑니다. 그쪽으로 가려는 힘이 있어서가 아니라, 그쪽 경우의 수가 압도적으로 많기 때문입니다.

알아낸 것

엔트로피는 그 경우의 수를 센 값입니다. 무질서도라기보다 그 상태를 만드는 방법이 몇 가지인가입니다.

시간의 방향은 여기서 나옵니다. 과거는 경우의 수가 적었던 쪽이고 미래는 많은 쪽입니다. 물리학에서 시간의 방향을 알려주는 유일한 양이 엔트로피입니다.

볼츠만은 이 주장 때문에 오래 싸웠습니다. 당시 유력한 학자들은 원자가 실재한다는 것 자체를 인정하지 않았거든요. 그는 1906년 스스로 목숨을 끊었습니다. 원자의 존재가 실험으로 확정된 것은 그 직후였습니다. 그의 묘비에는 엔트로피 식이 새겨져 있습니다.

이 카드에 나온 말

시간의 화살