Bir bardak su yere düşüp parçalandığında, cam parçalarının ve su damlalarının kendiliğinden bir araya gelerek yeniden bardağa dönüştüğünü hiç görmeyiz. Sıcak bir çay zamanla soğur, ama oda sıcaklığındaki bir çay kendiliğinden ısınmaz. Bir damla mürekkep suya düştüğünde yavaş yavaş yayılır; ancak yayılmış mürekkep hiçbir zaman kendiliğinden tek bir damlaya toplanmaz. Bu gözlemler o kadar sıradandır ki çoğu zaman üzerinde düşünmeyiz. Oysa bu olayların hepsi, fiziğin en derin ve en genel yasalarından birini yansıtır.

Bu yasa, termodinamiğin ikinci yasası olarak bilinir. Yasanın kökeni, on dokuzuncu yüzyılda buhar makinelerinin verimliliğini artırmaya çalışan mühendislerin ve fizikçilerin çalışmalarına dayanır. Fransız mühendis Sadi Carnot, ısı makinelerinin ısıyı hiçbir zaman tamamen işe dönüştüremeyeceğini ve enerjinin bir kısmının her zaman kullanılamaz biçimde çevreye verileceğini gösterdi. Alman fizikçi Rudolf Clausius ise bu düşünceyi genelleştirerek entropi adını verdiği yeni bir kavram tanımladı.

Entropi, en basit biçimiyle bir sistemdeki düzensizliğin ya da enerjinin ne ölçüde dağılmış olduğunun bir ölçüsü olarak tanımlanabilir. Termodinamiğin ikinci yasasına göre yalıtılmış bir sistemin toplam entropisi zamanla azalmaz; ya sabit kalır ya da artar. Başka bir deyişle doğal süreçler, genellikle düzenli durumlardan düzensiz durumlara doğru ilerler. Isı her zaman sıcak cisimlerden soğuk cisimlere doğru akar, tersine akmaz. Enerji kendiliğinden yoğunlaşmaz, aksine dağılma eğilimi gösterir.

Avusturyalı fizikçi Ludwig Boltzmann, entropinin neden arttığına dair derin bir açıklama getirdi. Boltzmann'a göre entropi, bir sistemin bulunabileceği olası düzenlemelerin sayısıyla ilişkilidir. Bir odadaki hava moleküllerini düşünelim. Moleküllerin odanın her yerine eşit biçimde dağılabileceği sayısız farklı düzenleme vardır. Buna karşın bütün moleküllerin odanın bir köşesinde toplanabileceği düzenlemelerin sayısı son derece azdır. Moleküller rastgele hareket ettiği için, sistemin çok sayıda düzenlemeye karşılık gelen dağınık bir duruma geçmesi, birkaç düzenlemeye karşılık gelen toplu bir duruma geçmesinden çok daha olasıdır.

Bu açıklamaya göre ikinci yasa, kesin bir zorunluluktan çok son derece güçlü bir olasılık ilkesidir. Odadaki bütün hava moleküllerinin kendiliğinden bir köşede toplanması fizik yasalarına aykırı değildir; ancak bunun gerçekleşme olasılığı o kadar küçüktür ki evrenin yaşından çok daha uzun bir süre beklesek bile gözlemlenmesi pratikte mümkün değildir. Bir deste iskambil kâğıdı karıştırıldığında, kâğıtların yeniden tam olarak sıralı hâle gelmesi de benzer biçimde son derece düşük bir olasılıktır.

Entropi kavramı, zamanın neden tek bir yönde aktığı sorusuyla da yakından ilişkilidir. Fiziğin temel yasalarının büyük çoğunluğu, zamanın yönüne karşı duyarsızdır. Örneğin iki bilardo topunun çarpışmasını gösteren bir film tersten oynatıldığında, izlediğimiz olay fizik yasalarına aykırı görünmez. Ancak bir bardağın kırılmasını gösteren bir film tersten oynatıldığında, bunun gerçek olmadığını hemen anlarız. Pek çok fizikçi, geçmiş ile gelecek arasındaki bu temel farkın, yani zamanın okunun, entropinin artışından kaynaklandığını düşünür.

Peki entropi sürekli artıyorsa, canlılar gibi son derece düzenli yapılar nasıl var olabilmektedir? Bir hücre, bir ağaç ya da bir insan, son derece karmaşık ve düzenli sistemlerdir. Bu durum, ilk bakışta ikinci yasayla çelişiyor gibi görünebilir. Ancak ikinci yasa, yalıtılmış sistemler için geçerlidir. Canlılar ise çevreleriyle sürekli enerji ve madde alışverişi yapan açık sistemlerdir. Bir canlı kendi içinde düzeni korurken, çevresine ısı ve atık vererek çevrenin entropisini çok daha fazla artırır. Toplam entropi yine artar.

Avusturyalı fizikçi Erwin Schrödinger, yaşamın bu özelliğini anlatırken canlıların çevrelerinden düzen emerek yaşadığını söylemiştir. Dünya üzerindeki yaşamın enerji kaynağı olan Güneş de bu açıdan önemli bir rol oynar. Dünya, Güneş'ten görece az sayıda yüksek enerjili foton alır ve uzaya çok daha fazla sayıda düşük enerjili foton yayar. Bu süreç, Dünya'daki canlıların düzenli yapılarını sürdürebilmesi için gereken entropi farkını sağlar.

Entropi kavramının evrenin geleceği açısından da önemli sonuçları vardır. Eğer evrenin toplam entropisi sürekli artıyorsa, çok uzak bir gelecekte bütün enerji farkları ortadan kalkabilir. Bu durumda yıldızlar sönmüş, sıcaklık her yerde eşitlenmiş ve hiçbir işin yapılamayacağı bir denge durumuna ulaşılmış olur. Bu olasılık, evrenin ısıl ölümü olarak adlandırılır. Ancak bu senaryonun gerçekleşmesi, akıl almaz derecede uzun zaman dilimleri gerektirir.

Entropi kavramı, fizikten çok daha geniş bir alanda da kullanılmaktadır. Bilgi kuramında entropi, bir mesajın taşıdığı belirsizliğin ölçüsü olarak tanımlanır. Bu kavram, iletişim teknolojilerinin ve veri sıkıştırma yöntemlerinin gelişmesinde temel bir rol oynamıştır.

Termodinamiğin ikinci yasası, gündelik yaşamın sıradan gözlemlerinden evrenin geleceğine kadar uzanan geniş bir alanı tek bir ilkeyle açıklar. İngiliz gökbilimci Arthur Eddington, bu yasanın doğa yasaları arasında en üstün yeri tuttuğunu söylemiştir.