20세기 들어 정밀한 냉각 기술이 발전하며 절대 영도에 근접하는 것이 가능해졌습니다. 비록 이론적인 절대 영도에 완전히 도달할 수는 없지만, 현대 과학은 레이저 냉각 등을 통해 10억분의 1 켈빈 수준까지 온도를 낮추는 성과를 거두었습니다. 이러한 극저온 환경에서의 실험은 열역학 제3법칙이 명시하는 엔트로피의 거동을 확인하는 중요한 계기가 되었습니다. 특히 온도를 내리는 속도에 따라 엔트로피가 0이 되는 상태에 도달하거나, 혹은 '퀜칭' 현상으로 인해 가장 안정한 상태가 여러 개 생기는 등 다양한 물리적 양상이 연구되었습니다.

엔트로피의 기준이 인위적이라는 오해와 달리, 통계역학의 등장은 엔트로피에 명확한 수학적 근거를 부여했습니다. 19세기 후반 볼츠만에 의해 정립된 통계역학적 엔트로피는 열역학적 엔트로피와 동일한 물리량임이 밝혀졌으며, 이는 단순히 인간이 정한 임의의 척도가 아님을 증명했습니다. 모든 미시적 상태가 존재할 확률이 동일하다는 가정을 바탕으로 거시적 물성을 유도해내는 과정은 과학사에서 매우 정교한 성취로 평가받습니다. 이를 통해 엔트로피는 자연에서 일어나는 모든 변화의 방향을 결정하는 절대적인 지표로 자리 잡게 되었습니다.

우주에서 별이 생성되는 과정은 엔트로피 증가 법칙에 위배되는 것처럼 보일 수 있지만, 이는 시스템의 범위를 어떻게 설정하느냐의 문제입니다. 성간 먼지가 중력에 의해 모이면서 위치 에너지가 운동 에너지로 변환되고, 이 과정에서 온도가 급격히 상승합니다. 이때 별 자체는 열을 외부로 방출하는 비고립계이기 때문에, 국소적으로는 에너지가 낮아지는 것처럼 보여도 전체 시스템의 관점에서는 물리 법칙을 충실히 따르고 있습니다. 즉, 별의 탄생은 고립계가 아닌 환경과의 상호작용 속에서 일어나는 자연스러운 에너지 변환의 결과라고 할 수 있습니다.

종이가 타서 재가 되는 화학 반응처럼 우리 주변의 변화는 대부분 비가역적입니다. 탄수화물이 산소와 결합하여 이산화탄소와 물로 변하는 과정은 에너지가 안정화되는 방향으로 흐르며, 이를 다시 원래의 상태로 되돌리기는 매우 어렵습니다. 설령 국소적으로 엔트로피가 감소하는 현상이 관찰되더라도, 인접한 계나 우주 전체를 아울러 보면 그 감소분을 상쇄하고도 남을 만큼의 엔트로피 증가가 반드시 일어납니다. 우주가 팽창하지 않고 일정한 크기를 유지한다고 가정하더라도, 전체 엔트로피는 비가역 과정을 통해 끊임없이 증가한다는 것이 현대 물리학의 결론입니다.

시간을 거꾸로 돌린다 할지라도 엔트로피는 결국 다시 증가하며, 미시적 역학의 대칭성과 거시적 엔트로피 증가 법칙은 서로 배치되지 않습니다.

통계역학은 그 단순함과 우아함 면에서 독보적인 학문입니다. 여러 개의 전제가 필요한 양자역학에 비해, 모든 미시적 상태의 확률이 같다는 단 하나의 전제만으로 우주의 거시적 성질을 꿰뚫어 보기 때문입니다. 볼츠만이 정립한 이 체계는 분자의 미시적 물성으로부터 거시적 현상을 유도해낼 수 있게 해준 위대한 성취입니다. 인간의 순수한 사고만으로 자연의 법칙을 유추해낸 통계역학은 과학이 도달할 수 있는 가장 아름다운 논리적 경지를 보여줍니다. 복잡한 수식 너머에 존재하는 자연의 질서를 가장 명쾌하게 설명해내는 도구인 셈입니다.