가역성

요약 시간이 흐르는 동안 물체의 운동이 변화했을 때 시간을 거꾸로 되돌린다면 처음의 물체 상태로 되돌아갈 수 있는 성질을 말한다. 이 때 외부나 자신 모두에게 어떤 변화를 남기지 않아야 한다.

시각 t에 A라는 상태에 있던 역학계가 시각 t'에 B라는 상태로 이동했다고 하면, 시각 t에 B에서 각 입자의 속도를 역(逆)방향으로 한 상태 B'는 시각 t'에 A의 역방향의 상태로 이동한다. 이것을 역학에서 가역성이라 한다. 바꾸어 말하면 어떤 물체나 그 상대가 모양은 변하지만, 그 근본적인 성격은 변하지 않는다는 것을 의미한다. 예를 들면, 단진자는 일정한 진폭으로 단진동 운동을 하는데, 이 때 공기의 저항이나 마찰을 무시하면 에너지가 보존되므로 한 주기가 끝난 후에도 진폭이나 주기의 변화 없이 동일한 운동을 한다. 이렇게 외부에 아무런 변화를 남기지 않고 스스로 원래의 상태로 되돌아갈 수 있는 성질을 말한다. 전자기장이 있는 경우에는 자기장의 방향도 역방향으로 하면 가역성이 성립된다.

양자역학에서는 어떤 시각에서 상태 A에 있던 계(系)가 상태 B로 이동하는 단위시간당의 확률 W_A,B가 반대의 확률 W_B,A와 같다는 것이 성립된다. 단, A와 B는 에너지가 거의 같을 경우이다. 이 원리는 각 입자의 미세한 현상에 일률적으로 성립되는 것으로, 미시적인 과정은 모두 가역적이라 할 수 있다. 이에 비해 열역학과 같은 거시적인 현상에서 비가역성이 나타나는 것은 미시적인 것을 문제삼지 않기 때문이다.