Η θερμοδυναμική είναι ένας κλάδος της φυσικής που μελετά τη θερμική ενέργεια και τις αρχές της κατανομής της σε όλο τον όγκο μιας ουσίας ή ενός συγκεκριμένου μέσου. Αυτή η πειθαρχία βασίζεται σε ορισμένες γενικές καθολικές αρχές και χρησιμοποιεί την εμπειρία πολλών άλλων επιστημών. Η θερμοδυναμική ισορροπία είναι ο ακρογωνιαίος λίθος αυτού του τομέα της επιστημονικής γνώσης.
Μία από τις πιο σημαντικές και ίσως την πιο συγκεκριμένη ιδιότητα των ζωντανών οργανισμών είναι η μοναδική τους ικανότητα να μετατρέπουν ενέργεια και να την αποθηκεύουν σε μια μεγάλη ποικιλία μορφών. Θερμοδυναμική ισορροπία είναι μια τέτοια κατάσταση ενός συστήματος στην οποία οι παράμετροι και τα χαρακτηριστικά του δεν μπορούν να αλλάξουν με την πάροδο του χρόνου χωρίς την επίδραση εξωτερικών παραγόντων.
Δηλαδή: ένα θεωρητικά απομονωμένο φυσικό σύστημα, που αποτελείται από ένα ή περισσότερα φυσικά αντικείμενα, μπορεί να παραμείνει σε κατάσταση ισορροπίας επ' αόριστον. Εάν διαταραχθεί η θερμοδυναμική ισορροπία, οποιοδήποτε σύστημα θα τείνει να επιστρέψειστη σταθερή του κατάσταση από μόνη της. Αυτή είναι μια από τις θεμελιώδεις αρχές της φυσικής, πάνω στην οποία χτίζονται πάρα πολλά τόσο στη ζωή μας όσο και στη φύση.
Ο ευκολότερος τρόπος να φανταστεί κανείς τη θερμοδυναμική ισορροπία είναι με το παράδειγμα μιας τέτοιας φυσικής ανθρώπινης ιδιότητας όπως ένα θερμός με ζεστό τσάι, που είναι αυτό το πολύ απομονωμένο σύστημα. Φυσικά, η θερμοκρασία σε οποιοδήποτε σημείο της ουσίας (σε αυτή την περίπτωση, το τσάι) θα είναι η ίδια. Αλλά αν ρίξετε ένα παγάκι σε ένα θερμός, η θερμοδυναμική ισορροπία θα διαταραχθεί αμέσως, καθώς θα υπάρχει διαφορά θερμοκρασίας σε διαφορετικά μέρη του υγρού.
Σε αυτήν την περίπτωση, η μεταφορά θερμότητας θα πραγματοποιηθεί από μια περιοχή υψηλότερης θερμοκρασίας προς ψυχρότερες περιοχές, έως ότου η ομοιομορφία του θερμικού καθεστώτος διαπιστωθεί σε όλο τον όγκο. Όταν συμβεί αυτό, η σταθερότητα θα αποκατασταθεί. Έτσι λειτουργεί κάθε θερμοδυναμικό σύστημα, ανεξάρτητα από την κλίμακα του και τον αριθμό των αντικειμένων από τα οποία αποτελείται.
Η κύρια συνθήκη ισορροπίας, που είναι ο ίδιος δείκτης θερμοκρασίας σε όλα τα σημεία του συστήματος, είναι ιδιαίτερα σημαντική για τους ζωντανούς οργανισμούς. Όλα τα βιολογικά αντικείμενα απαιτούν τακτική παροχή ενέργειας για να διατηρήσουν την κανονική ζωή. Όλες οι βιολογικές διεργασίες χρειάζονται επίσης σταθερή μεταφορά θερμότητας και ομοιόμορφη κατανομή.
Για παράδειγμα, τα φυτά, συσσωρεύοντας ηλιακή ενέργεια, τη μετατρέπουν σε χημικούς δεσμούς οργανικών ουσιών μέσωφωτοσύνθεση. Στο σώμα των ζώων, όλα συμβαίνουν ακριβώς το αντίθετο - οι οργανικές ουσίες που λαμβάνονται με την τροφή μετατρέπονται σε ενέργεια. Όλες αυτές οι διεργασίες (για εκπροσώπους τόσο του φυτικού όσο και του ζωικού κόσμου) συμβαίνουν σε αυστηρή συμφωνία με τις αρχές του θερμοδυναμικού συστήματος.
Οι βασικές έννοιες της θερμοδυναμικής είναι καθολικές και ακλόνητες τόσο για τα ζωντανά βιολογικά συστήματα όσο και για την άψυχη φύση. Οι αρχές της θερμοδυναμικής δηλώνουν ότι οποιαδήποτε συλλογή σχετικών αντικειμένων μπορεί να ονομαστεί θερμοδυναμικό σύστημα. Η διαφορά είναι μόνο στην κλίμακα και τον αριθμό των αντικειμένων. Παραδείγματα τέτοιων συστημάτων είναι τα κύτταρα του σώματός μας, η καρδιά ή άλλα εσωτερικά όργανα. Ολόκληρος ο οργανισμός είναι επίσης κατά κάποια έννοια ένα θερμοδυναμικό σύστημα. Ακόμη και τέτοια γιγάντια αντικείμενα όπως η βιόσφαιρα, οι ωκεανοί ανήκουν επίσης σε αυτή την κατηγορία. Και υπόκεινται στους ίδιους νόμους της θερμοδυναμικής ισορροπίας.
