무질서에서 벗어난 혼돈

 통 안에 커피가루를 한 겹 깔고 그 위에 설탕 한 겹을 덧깔고 뚜껑을 덮은 후 마구 흔들면 고르게 깔아 놓았던 두 층이 완전히 뒤섞인다. 이 현상은 열역학 제2법칙을 잘 설명해준다. 즉 “닫힌계 안에서는 엔트로피(entropy, 무질서도)가 증가한다”는 것이다. 커피와 설탕 혼합물의 경우 ‘닫힌 계’를 유지하려면 통의 뚜껑을 닫아만 두면 된다.

 어떤 형태의 에너지가 다른 형태의 에너지로-예컨대 전기가 빛으로-아무리 효율적으로 전환하더라도 그 과정에서 어느 정도의 에너지는 열의 형태로 상실되기 마련이다. 열이란 교란된 상태의 물질이다. 뜨거운 공기란 다름 아닌 극히 무질서한 운동을 하는 상태의 공기이다. 그러므로 열이 증가한다는 것은 무질서의 증가, 다시 말해 엔트로피의 증가인 것이다.

 우주에서는 에너지가 끊임없이 한 형태에서 다른 형태로 전환된다. 만일 우주를 하나의 닫힌계로 본다면(이에 관해서는 학자들 간에 아직 논쟁이 있다) 우주 내의 무질서-엔트로피-의 양은 계속 증가하고, 이 과정에서 상실된 에너지가 우주를 가열하게 된다. 그래서 결국-수천억년 후의 일이겠지만-우주는 이용 가능한 에너지를 모두 소진하여 말 그대로 뜨거워져서 그 최후를 맞게 될 것이다.
 그리스 사람들은 완전한 무질서의 혼돈 상태를 ‘카오스’라고 지칭했는데, 그들은 질서 잡힌 ‘코스모스’가 창조되기 전에 이런 상태가 존재했다고 믿었다. 그러나 만일 엔트로피가 항상 증가하기만 하는 것이라면, 그리스 사람들이 ‘카오스’라고 생각했던 것은 열역학법칙에 따르면 ‘완전한 질서의 상태’였다고 봐야 할 것이다.

『상식 속의 놀라운 세계』(두산동아, 1996) 참고