Makna penting dari karya Boltzmann adalah bahwa ia menangani fisika proses bukan fisika benda. Pencapaian terbesarnya adalah dengan menunjukkan bahwa properti-properti atom (massa, muatan, struktur) menentukan properti materi yang kasat mata (viskositas, konduktivitas panas, difusi, dan lain-lain). Ide-idenya dengan ganas diserang orang selama masa hidupnya, tapi telah dibenarkan oleh penemuan-penemuan fisika atomik beberapa saat sebelum abad ke-19 berakhir, dan penemuan bahwa pergerakan acak dari partikel-partikel mikroskopik yang terkandung dalam fluida (“gerak Brown”) hanya dapat dijelaskan dengan mekanika statistik yang ditemukan oleh Boltzmann.
Kurva lonceng Gauss menggambarkan gerak acak molekul-molekul gas. Satu pertambahan suhu akan membawa pertambahan dalam kecepatan rata-rata dari molekul dan energi yang diasosiasikan dengan geraknya. Sementara Clausius dan Maxwell mendekati masalah ini dari sudut pandang trajektori yang ditempuh oleh tiap-tiap molekul, Boltzmann mendekatinya dari populasi molekul itu. Persamaan kinetiknya memainkan peranan penting dalam fisika gas dan merupakan satu kemajuan besar dalam fisika proses. Boltzmann adalah seorang pelopor besar, yang diperlakukan seperti orang gila oleh para pemuka fisika di jamannya. Ia akhirnya terdorong melakukan bunuh diri di tahun 1906, setelah sebelumnya dipaksa untuk mundur dari upayanya untuk menegaskan sifat tidak dapat dibaliknya waktu sebagai fitur objektif alam.
Sementara dalam teori mekanika klasik, kejadian dalam film yang digambarkan di atas sangat dimungkinkan, dalam praktek, hal ini mustahil. Dalam teori dinamika, contohnya, kita mendapati satu dunia ideal di mana segala halseperti gesekan dan benturan tidak ada sama sekali. Dalam dunia ideal ini, segala invariansi yang terlibat dalam satu gerak tertentu sudah ditetapkan sejak awal. Tidak sesuatu pun yang dapat mengubah arah perlintasannya. Hal ini berarti, kita akan sampai pada sebuah pandangan alam semesta yang statis, di mana segala hal direduksi menjadi persamaan-persamaan yang mulus dan linear. Kendatipencapaian-pencapaian revolusioner dari teori relativitas, Einstein, di dalam hatinya, tetap menganut gagasan tentang alam semesta yang statis dan harmonis – seperti halnya Newton.
Persamaan-persamaan gerak Newton, atau juga mekanika kuantum, tidak memiliki irreversibilitas di dalam dirinya. Kita dapat memutar sebuah film ke depan atau ke belakang. Tapi ini tidak berlaku di alam secara umum. Hukum kedua termodinamika memprediksikan bahwa ada kecenderungan ke arah keadaan ketidakberaturan yang tak dapat dibalik. Hukum inimenyatakan bahwa tingkat keacakan akan selalu bertambah sejalan dengan waktu. Belum lama ini, orang masih berpendapat bahwa hukum-hukum alam bersifat simetris-waktu. Tapi waktu bersifat asimetris dan berjalan searah, dari masa silam ke masa depan. Kita melihat fosil, jejak kaki, foto dan rekaman dari masa silam, tapi tidak pernah dari masa depan. Mudah bagi kita untuk mengaduk telur untuk membuat telur dadar atau memasukkan susu dan gula ke dalam secangkir kopi, tapi tidak mudah bagi kita untuk membalik proses itu. Air panas di dalam bak mandi memindahkan panasnya ke udara sekitarnya, tapi tidak sebaliknya.
Hukum kedua termodinamika adalah “panah waktu”. Kaum subjektivis menyangkal hal itu, mereka mengatakan bahwa proses-proses yang tak dapat dibalik seperti afinitas kimia, penghantaran panas, viskositas, dsb., akan tergantung pada “sang pengamat”. Pada kenyataannya, semua ini adalah proses objektif yang terjadi di alam, dan hal ini jelas bagi setiap orang dalam hubungannya dengan kehidupan dan kematian. Sebuah pendulum (setidaknya dalam keadaan ideal) dapat berayun kembali ke posisinya semula. Tapi semua orang tahu bahwa kehidupan seseorang bergerak hanya ke satu arah, dari ayunan bayi ke liang kubur. Itu adalah proses yang tak dapat dibalik. Ilya Prigogine, salah seorang teoretikus terkemuka dalam teori chaos, telah memberikan banyak perhatian pada masalah waktu. Ketika pertama kali belajar fisika sebagai seorang mahasiswa di Brussel, Prigogine mengingat bahwa ia “terkejut akan fakta bahwa sains hanya sedikit saja menangani persoalan waktu, terutama karena latar belakang pendidikan awalnyaadalah sejarah dan arkeologi.”Mengenai konflik antara mekanika klasik (dinamika) dengan termodinamika, Prigogine dan Stenger menulis:
“Sampai tahap tertentu, adakemiripan antara konflik ini dengan apa yang melahirkan Materialisme Dialektik. Kami telah menjelaskan … satu alam yang dapat disebut sebagai ‘historis’ – yaitu yang mampu melahirkan perkembangan dan inovasi. Gagasan mengenai sejarah alam sebagai satu bagian integral dari materialisme telah ditegaskan oleh Marx dan, secara lebih rinci, oleh Engels. Perkembangan-perkembangan kontemporer dalam fisika, penemuan peran konstruktif yang dimainkan oleh ireversibilitas, telah menimbulkan sebuah pertanyaan dalam ilmu-ilmu alam, sebuah pertanyaan yang telah lama diangkat oleh para materialis. Bagi mereka, pemahaman terhadap alam bermakna bahwa ia mampu menghasilkan manusia dan masyarakat-masyarakatnya.