Las leyes de la energía que gobiernan las interacciones entre la materia y la energía, como la transferencia de calor de un cuerpo a otro en el universo físico, se definen fundamentalmente por las tres leyes de la termodinámica y el descubrimiento de Albert Einstein de sus teorías de la relatividad general y especial. . La física en sí se basa en estas leyes, así como en las tres leyes básicas del movimiento definidas por Isaac Newton y publicadas por primera vez en 1687, que explican la interacción de toda la materia. El campo de la mecánica cuántica, que comenzó a surgir a principios del siglo XX, también aclaró las circunstancias especiales de las leyes de la energía a escala subatómica, sobre las que se basa gran parte de la civilización moderna a partir de 20.
Uno de los principios fundamentales de las leyes de la energía, aclarados por la primera ley de la termodinámica, es que la energía no se crea ni se destruye. Todas las formas de energía, como la luz o la energía sonora, se pueden cambiar a otras formas, y esto fue revelado por primera vez a mediados del siglo XIX por el trabajo de James Joule, un físico inglés pionero después del cual la unidad básica de energía, el joule, fue llamado. Después de diez años de pensar en la naturaleza de la relación entre materia y energía, Albert Einstein publicó su famosa fórmula en 1800 de E = MC1905, que afirmaba que tanto la materia como la energía eran versiones de la misma cosa y podían transformarse entre sí como bien. Dado que la ecuación establece que la energía (E) es igual a la masa (M) multiplicada por la velocidad de la luz al cuadrado (C2), en realidad indicaba que, si tuvieras suficiente energía, podrías convertirla en masa y, si aceleraras la masa lo suficiente , podrías convertirlo en energía.
La segunda ley de la termodinámica definió las leyes de la energía al afirmar que, en cualquier actividad en la que se usaba energía, su potencial disminuía o se volvía cada vez menos disponible para trabajos posteriores. Esto reflejaba el principio de la entropía y explicaba a dónde iba la energía cuando el calor o la luz escapaban a los alrededores, lo que había desconcertado a la humanidad durante siglos. La entropía es la idea de que los altos niveles de energía concentrada, como la del combustible antes de que se queme, eventualmente se esparcen al espacio como calor residual y no se pueden recuperar. Estaba en armonía con la primera ley de la termodinámica porque la energía no se destruía, pero se perdía el acceso a ella.
La tercera ley de la termodinámica fue aclarada en 1906 por una investigación realizada por Walther Nernst, un químico alemán. Reveló que era imposible crear una región de espacio o materia donde existía energía cero, lo que enfriaría la región a la temperatura más baja posible de cero absoluto. Esto respaldaba la primera y segunda leyes de la termodinámica en el sentido de que la energía siempre estaría disponible en el espacio o en la materia hasta cierto punto, incluso si no pudiera aprovecharse para un trabajo útil.
Las actualizaciones de Einstein sobre nuestra comprensión de las leyes de la energía hicieron posibles muchas tecnologías modernas, como la energía nuclear. Además, las leyes del movimiento de Newton mostraron a los científicos e ingenieros cómo aprovechar la relación entre la materia y la energía para generar la fuerza y la trayectoria necesarias para poner satélites en órbita o enviar sondas espaciales a planetas cercanos. La mecánica cuántica ha contribuido a comprender cómo se usa y se transfiere la energía para crear tecnologías como láseres, transistores que son la base de todos los sistemas informáticos y equipos médicos avanzados como la resonancia magnética (MRI).