Se conocen distintas formas de energía: calórica, lumínica, química (energía liberada al romperse los enlaces que mantenían unidos a los átomos en una molécula), etc.
La Termodinámica es la ciencia que estudia las transformaciones de la energía.
Primera ley de la Termodinámica:
La energía puede convertirse de una forma en otra, pero no se la puede crear ni destruir.
La energía total de un sistema y su ambiente se mantiene constante a pesar de todos sus cambios de forma. En toda transformación energética cierta cantidad de energía se convierte en calor y se disipa no pudiendo ser aprovechada para realizar trabajo. Por disiparse, esa cantidad de energía convertida en energía calórica se pierde como energía útil, no producir cambios ni trabajos, pero no se destruyó.
La energía potencial o emergía almacenada es la capacidad de hacer trabajo en virtud de la posición o estado de una masa o partícula. Un sistema tendrá, por lo tanto, una dada cantidad de energía potencial que al transformarse parte se convierte en energía útil y parte se disipa como calor.
Segunda ley de la Termodinámica
Esta ley proporciona un criterio de espontaneidad de los sucesos naturales.
En todos los intercambios de energía, si no entra ni sale energía en el sistema que se estudia (sistema aislado), la energía potencial del estado final es menor que la energía potencial del estado inicial.
Esta ley predice la dirección de todos los acontecimientos en los que intervienen intercambios energéticos.
Sólo pueden ocurrir espontáneamente los procesos exergónicos, es decir, los que ceden energía. Por el contrario, procesos en los que la energía potencial del estado final es mayor que el inicial requieren de energía para que se produzcan. Éstos son llamados procesos endergóanicos.
Pero otro factor más afecta la dirección del proceso. Es la entropía, magnitud que indica el grado de desorden o aleatoriedad de un sistema.
El concepto de entropía se aplica sólo a sistemas aislados y es la tendencia de todos los sistemas (vivos y no vivos) a evolucionar hacia un estado de desorden. Es la "cantidad" de desorden de un sistema.
Todos los procesos naturales tienden a desarrollarse en una dirección tal que el desorden del sistema aumente.
En la experiencia cotidiana se observa que para mantener un orden (sistema de baja entropía) es necesario invertir energía, es decir, se debe trabajar.
Dadas todas las formas posibles de organización, el orden es un estado de existencia muy poco probable.
La información es una magnitud física vinculada al grado de organización de un sistema, mayor es su información y menor es su entropía. Esto para asociar sistemas ordenados, de bajo contenido entrópico, a la idea de improbabilidad.
Un ser vivo necesita realizar transformaciones para crear y mantener su compleja organización de estructuras y actividades, de manera que tendrá un bajo contenido de entropía. Sería un sistema muy improbable e inestable, pero los organismos no constituyen sistemas aislados sino, sistemas que intercambian sistema y energía con el medio ambiente.
Un ser vivo que se alimenta incorpora a su interior una cierta porción de medio ambiente y a medida que su maquinaria metabólica lo desordena, lo transforma en productos menos ordenados, con mayor contenido de entropía, lo devuelve al ambiente. Así, el sistema constituido por el ser vivo más su ambiente es un sistema que evoluciona espontáneamente aumentando su entropía, obedeciendo al segundo principio de termodinámica.
Característico de lo viviente es la permanencia paradójica de lo inestable.
Si bien el universo es un sistema aislado donde la materia y la energía que tiene es la misma que siempre habrá de tener, la tierra es un sistema abierto que recibe energía solar.
La entropía del universo está en constante aumento. Toda la energía del universo, como destino final , será degradada hasta que alcance su forma más desordenada, el calor. En última instancia toda la energía existente tendrá una distribución uniforme y aleatoria, ya no habrá diferencias en la energía potencial y, por lo tanto, no habrá flujos energéticos que permitan la realización de trabajos. Toda la energía se habrá vuelto inútil.
Esta segunda ley es coherente con la primera. La cantidad de tal energía del universo disminuye con el tiempo, simplemente, la energía disponible para hacer trabajo está siendo degradada hasta convertirse en un movimiento molecular aleatorio.
Con referencia a la Termodinámica, la problemática biológica a abordar sería la existencia de recursos estructurales (biomoléculas) y funcionales (metabolismo, autoperpetuación) que permiten al ser vivo utilizar para su propia regradación (mantener su orden y complejidad, su bajo nivel de entropía) la entropía externa.
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