Termodynamika je obor fyziky, který studuje tepelnou energii a principy jejího rozložení v objemu látky nebo určitého média. Tato disciplína je založena na některých obecných univerzálních principech a využívá zkušeností mnoha jiných věd. Termodynamická rovnováha je základním kamenem této oblasti vědeckého poznání.
Jednou z nejdůležitějších a možná nejspecifičtějších vlastností živých organismů je jejich jedinečná schopnost přeměňovat energii a ukládat ji v nejrůznějších formách. Termodynamická rovnováha je takový stav systému, ve kterém se jeho parametry a charakteristiky nemohou v čase měnit bez vlivu jakýchkoliv vnějších faktorů.
To znamená: teoreticky izolovaný fyzický systém, sestávající z jednoho nebo více fyzických objektů, může zůstat ve stavu rovnováhy neomezeně dlouho. Pokud je termodynamická rovnováha narušena, jakýkoli systém bude mít tendenci se k ní vrátitdo svého stabilního stavu samostatně. To je jeden ze základních principů fyziky, na kterém je příliš mnoho postaveno jak v našem životě, tak v přírodě.
Nejjednodušší způsob, jak si představit termodynamickou rovnováhu, je na příkladu takové přirozené lidské vlastnosti, jako je termoska s horkým čajem, což je ten velmi izolovaný systém. Teplota v kterémkoli bodě látky (v tomto případě čaje) bude samozřejmě stejná. Pokud ale vhodíte kostku ledu do termosky, termodynamická rovnováha se okamžitě naruší, protože v různých částech kapaliny bude rozdíl teplot.
V tomto případě dojde k přenosu tepla z oblasti s vyšší teplotou do chladnějších oblastí, dokud nebude v celém objemu zajištěna rovnoměrnost tepelného režimu. Když k tomu dojde, stabilita bude obnovena. Takto funguje každý termodynamický systém bez ohledu na jeho měřítko a počet objektů, ze kterých se skládá.
Hlavní podmínka rovnováhy, kterou je stejný teplotní index ve všech bodech systému, je zvláště důležitá pro živé organismy. Všechny biologické objekty vyžadují k udržení normálního života pravidelný přísun energie. Všechny biologické procesy také potřebují stabilní přenos tepla a rovnoměrnou distribuci.
Například rostliny, které akumulují sluneční energii, ji přeměňují na chemické vazby organických látek prostřednictvímfotosyntéza. V těle zvířat se vše děje přesně naopak – organické látky získané potravou se přeměňují na energii. Všechny tyto procesy (pro zástupce rostlinného i živočišného světa) probíhají v přísném souladu s principy termodynamického systému.
Základní pojmy termodynamiky jsou univerzální a neotřesitelné jak pro živé biologické systémy, tak pro neživou přírodu. Principy termodynamiky říkají, že jakýkoli soubor příbuzných objektů může být nazýván termodynamickým systémem. Rozdíl je pouze v měřítku a počtu objektů. Příkladem takových systémů jsou buňky našeho těla, srdce nebo jiné vnitřní orgány. Celý organismus je také v určitém smyslu termodynamickým systémem. Do této kategorie patří i tak gigantické objekty, jako je biosféra, oceány. A podléhají stejným zákonům termodynamické rovnováhy.
