19世纪中期，詹姆斯·麦克斯韦（James Clerk Maxwell）和路德维希·玻尔兹曼开始假设，物质由随机运动的原子构成。他们试图将统计学应用于大量原子的运动中，从而重新推导热力学定律。举例来说，他们提出温度就是原子随机运动的平均动能。他们引入了现在我们看到的熵和热力学第二定律。
但当时大多数物理学家并不相信原子说。相应地，他们拒绝接受热力学定律起源于原子运动，并提出了一些强有力的论证，以说明原子运动无法推导出热力学定律。其中一个论证如下：原子的运动定律（假设存在）一定具有时间可逆性（正如我在第5章中讨论的那样）。如果有一段电影，讲的是一堆原子按照牛顿定律如何运动，当你把电影倒放时，你看到的影像和牛顿定律并不矛盾。但是，热力学第二定律不具有时间可逆性，因为熵永远在增加，或至少保持不变，但永远不会降低。这些怀疑论者认为，具备时间可逆性的定律——那些掌管原子运动的定律，一定推导不出不具备时间可逆性的定律。
这个问题的答案由保罗·埃伦费斯特（Paul Ehrenfest）和塔蒂亚娜·埃伦费斯特（Tatiana Ehrenfest）给出。这对年轻夫妇是玻尔兹曼的门徒，后来他们成了爱因斯坦的朋友。[6]他们的研究显示，原子论之前的热力学第二定理是错误的。因为有时熵确实会降低，只是降低的概率很低。但只要你等待足够长的时间，偶然涨落有可能降低系统的熵。因此，想要弥合热力学定律和原子所遵循的时间可逆定律，涨落必不可少。
然而，即便在这幅被修正过的图景之中，我们仍然看不到未来的希望。根据以上原则，任何孤立系统最终会抵达平衡态——在平衡态中，有意义的累积变化并不存在，结构或复杂度也不会成长。唯一存在的是那漫无边际的平衡状态，什么都不会发生，除了随机涨落之外。
处于平衡态的宇宙不可能具有复杂性。倘若复杂结构存在，随机过程可以将其破坏，使系统重回平衡态。这并不意味着，我们可以用熵有多低来描述复杂度有多高。想要全面塑造复杂度，我们需要一些超越平衡态热力学的概念（这是第17章的主题）。
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