안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
열역학 제2법칙은 바깥과 에너지를 주고받지 않는 고립된 계에서 엔트로피가 줄어들지 않는다고 말해요. 우주는 바깥이라는 게 없으니 가장 큰 고립계로 볼 수 있고, 그러면 우주 전체의 엔트로피는 시간이 갈수록 늘기만 해요. 엔트로피가 끝까지 늘어난 상태는 에너지가 어느 한곳에 몰려 있지 않고 모든 곳에 고르게 퍼진 상태, 온도로 말하면 어디나 같은 상태예요.
여기서 열죽음이라는 이름이 붙어요. 에너지가 사라지는 건 아니에요. 그런데 일을 하려면 뜨거운 곳에서 차가운 곳으로 흐르는 에너지의 흐름이 필요한데, 모든 곳의 온도가 같아지면 그 흐름이 생기지 않아요. 별은 연료를 다 태우고 꺼지고, 블랙홀도 아주 긴 시간에 걸쳐 증발하고, 남은 복사는 우주 팽창으로 절대영도 가까이 식어가요. 에너지는 남아 있지만 아무 변화도 일으킬 수 없는 상태가 되는 거예요.
다만 이건 확정된 결론이라기보다 외삽에 가까워요. 중력이 강한 계에서는 고르게 퍼지는 것보다 뭉치는 쪽이 오히려 엔트로피가 높아서 일상적인 평형 개념이 그대로 들어맞지 않고, 우주가 팽창하면 도달 가능한 최대 엔트로피 자체도 계속 커지거든요. 그래서 우주가 실제로 완전한 평형에 이를지는 지금도 우주론에서 따져보는 주제예요 :)