Les trois lois de la thermodynamique régissent le transfert et le comportement de toute la matière et de l’énergie dans l’univers tel que la science l’entend communément. En résumé, la première loi stipule que la quantité d’énergie et de chaleur dans un système isolé reste constante ; pas plus d’énergie ne peut provenir d’un système qu’on n’y a mis. Cela est lié à la loi de conservation de l’énergie qui stipule que la matière et l’énergie ne peuvent pas être créées ou détruites. La deuxième loi de la thermodynamique est l’un des fondements les plus importants de la nature, responsable de la flèche du temps et de l’irréversibilité de la nature.
Peu importe à quel point un système peut sembler idéal, il n’existe pas de système parfait. Une partie de l’énergie, qu’elle soit électrique, thermique ou mécanique, sera perdue par friction et convertie en chaleur perdue. Cela signifie qu’au fil du temps, l’énergie totale d’un système s’approchera progressivement de zéro à moins que de l’énergie extérieure ne soit ajoutée. La quantité d’entropie, ou de désordre, dans un système approchera du maximum, ce qui signifie qu’aucun travail utile ne peut être effectué dans ou par le système car ses molécules et ses particules sont trop désorganisées. La deuxième loi de la thermodynamique soutient que les systèmes tendent vers le désordre à partir d’un état plus ordonné ; un glaçon dans un verre d’eau va fondre et réchauffer légèrement l’eau environnante, mettant les deux systèmes en équilibre.
La deuxième loi de la thermodynamique prévaut sur la première loi ; là où la première loi stipule que la production d’énergie ne peut jamais dépasser l’apport d’énergie, la deuxième loi stipule que la production d’énergie ne peut jamais égaler l’apport d’énergie en raison de la perte constante d’énergie et de la tendance des systèmes à s’approcher de l’équilibre. Moins un système a d’énergie, plus il y a d’entropie car il faut de l’énergie pour rétablir l’ordre et diminuer l’entropie totale. Lorsque l’énergie dans un système atteint un équilibre, l’entropie est à son maximum. Par exemple, bien qu’une tasse d’eau chaude se refroidisse naturellement, il faut une application constante d’énergie thermique pour maintenir l’eau à une température plus chaude.
Les cosmologistes se tournent vers la deuxième loi de la thermodynamique pour créer des théories sur le destin éventuel de l’univers. La théorie la plus courante est que parce que l’univers lui-même est un système thermodynamique isolé, son entropie approchera du maximum à mesure que les étoiles s’éteindront et deviendront des trous noirs. Ceux-ci finiront par s’évaporer après 100 XNUMX milliards d’années, laissant l’univers comme un vide stérilisé pour le reste de l’éternité, à moins de fluctuations quantiques.