Термодинамиката е клон на физиката, който изучава топлинната енергия и принципите на нейното разпределение в обема на веществото или определена среда. Тази дисциплина се основава на някои общи универсални принципи и използва опита на много други науки. Термодинамичното равновесие е крайъгълният камък на тази област на научното познание.
Едно от най-важните и може би най-специфичното свойство на живите организми е тяхната уникална способност да преобразуват енергията и да я съхраняват в голямо разнообразие от форми. Термодинамичното равновесие е такова състояние на система, при което нейните параметри и характеристики не могат да се променят във времето без влиянието на външни фактори.
Това е: теоретично изолирана физическа система, състояща се от един или повече физически обекта, може да остане в състояние на баланс за неопределено време. Ако термодинамичното равновесие е нарушено, всяка система ще има тенденция да се върне къмдо стабилното му състояние самостоятелно. Това е един от основните принципи на физиката, върху който е изградено твърде много както в нашия живот, така и в природата.
Най-лесният начин да си представим термодинамичното равновесие е чрез примера на такъв естествен човешки атрибут като термос с горещ чай, който е тази много изолирана система. Разбира се, температурата във всяка точка на веществото (в този случай чай) ще бъде една и съща. Но ако пуснете кубче лед в термос, термодинамичното равновесие ще бъде незабавно нарушено, тъй като ще има температурна разлика в различните части на течността.
В този случай топлопреминаването ще се извършва от област с по-висока температура към по-студени зони, докато се установи еднородността на топлинния режим в целия обем. Когато това се случи, стабилността ще бъде възстановена. Така работи всяка термодинамична система, независимо от нейния мащаб и броя на обектите, от които се състои.
Основното условие за равновесие, което е един и същ температурен индекс във всички точки на системата, е особено важно за живите организми. Всички биологични обекти изискват редовно снабдяване с енергия за поддържане на нормален живот. Всички биологични процеси също се нуждаят от стабилен пренос на топлина и равномерно разпределение.
Например растенията, натрупвайки слънчева енергия, я превръщат в химични връзки на органични вещества чрезфотосинтеза. В тялото на животните всичко се случва точно обратното - органичните вещества, получени с храната, се превръщат в енергия. Всички подобни процеси (за представители както на растителния, така и на животинския свят) протичат в строго съответствие с принципите на термодинамичната система.
Основните понятия на термодинамиката са универсални и непоклатими както за живите биологични системи, така и за неживата природа. Принципите на термодинамиката гласи, че всяка колекция от свързани обекти може да се нарече термодинамична система. Разликата е само в мащаба и броя на обектите. Примери за такива системи са клетките на нашето тяло, сърцето или други вътрешни органи. Целият организъм също е в известен смисъл термодинамична система. Дори такива гигантски обекти като биосферата, океаните също принадлежат към тази категория. И те са подчинени на същите закони на термодинамичното равновесие.
