La Termodinámica es una parte de la física que se desarrolló en el siglo XIX a fin de estudiar la eficiencia de las máquinas que transforman el calor en trabajo. Las máquinas térmicas, que en principio se limitaban a las máquinas de vapor y luego se extendieron a, por ejemplo, turbinas y motores a reacción, precisan para su funcionamiento una fuente caliente, un motor y un indispensable depósito frío. Al hilo de estos inicios, la Termodinámica llegó a ser un sistema de pensamiento con leyes o principios de validez universal. El físico matemático alemán Rudolf Clausius enunció el principio cero, que dice que el calor es una forma de transferir la energía que fluye desde un cuerpo caliente a otro frío. Por ejemplo, se puede transferir energía desde un motor hasta un objeto mediante la acción de un trabajo, pero lo que se transfiere es energía , no calor o trabajo. La energía que tiene un cuerpo es debida al movimiento más o menos rápido de las partículas que lo constituyen; así, para extraer energía en forma de calor no hay restricción, pero para extraerla en forma de trabajo, tiene que salir como un movimiento atómico ordenado.

El primer principio de la Termodinámica dice que la energía se conserva y que no hay más que dos clases de energía: la cinética y la potencial. De acuerdo con la famosa ecuación de Einstein, la masa es equivalente a la energía. Para calcular la energía que contiene una determinada cantidad de materia, hay que multiplicar la masa por la velocidad de la luz al cuadrado, un número muy grande. En consecuencia, debe de haber una enorme cantidad de energía en el Universo; pero en él también hay una energía que se resta: la atracción gravitatoria reduce la energía de los cuerpos que se atraen, ya que es energía potencial. La que gane de estas dos formas de contar la energía determinará el futuro del Universo. Si predomina la atracción, el Universo se contraerá hasta el ‘Big Crunch’. Si la predomina la energía cinética, habrá expansión sin fin. Si son iguales, la expansión acabará en extinción.

Parafraseando a Snow, desconocer el segundo principio de la Termodinámica equivale, culturalmente, a no haber leído el Quijote. En esta segunda ley, el concepto fundamental es el de entropía, una función fácilmente entendible porque es una medida del desorden: cuanto mayor sea el desorden de las partículas que componen un sistema, mayor es su entropía, como sucede en el paso de sólido a líquido y de líquido a gas. Asimismo, cuanto más baja sea la entropía de un sistema, mayor será la calidad de su energía. El cambio de entropía se define matemáticamente por la relación entre la energía puesta en juego en forma de calor y la temperatura absoluta a la que se produce la transferencia. Así, cuando un sistema recibe calor, su desorden aumenta y por lo tanto, su entropía. Además, cuanto más baja sea la temperatura a la que recibe una determinada cantidad de energía, mayor será el aumento de la entropía. Por el contrario, la entropía de un cuerpo (o sistema en general) decrece a medida que pierde energía en forma de calor.

La temperatura, en termodinámica, es una magnitud que relaciona el calor y la entropía. La relación entre estas tres magnitudes configura el tercer principio de la Termodinámica, para el cual el cero absoluto de temperatura (cero grados Kelvin, 0K = -273,15ºC) es un valor teóricamente inalcanzable: a medida que el sistema se va aproximando a la temperatura mínima la extracción de energía es cada vez más difícil.

La entropía no disminuye nunca en los cambios naturales: el orden no aumenta nunca espontáneamente. Pero, ¿qué ocurre en los sucesos en los que se reduce el desorden como en las cristalizaciones o en los crecimientos de los seres vivos? Si en un lugar crece el orden, en otro sitio debe darse un desorden mayor, produciéndose un aumento global de la entropía. El gran Rudolf Clausius, quien al formular la segunda ley hizo de la Termodinámica una ciencia, dijo que «la energía del mundo es constante y la entropía tiende a alcanzar un máximo». Como en el Universo no hay una fuente externa de entropía, habrá un aumento del desorden y una disminución de la calidad de la energía, es decir, el universo siempre irá a peor, hacia la ‘muerte térmica’.

Si el Universo se originó con un Big Bang (gran explosión del huevo original ¿acto creador?) y acaba con un Big Crunch (gran contracción ¿seguida de renovación?) ¿se cumpliría el segundo principio en el caso de que el Universo, debido a la fuerza de atracción gravitatoria, se volviese a comprimir en un punto? El matemático británico Roger Penrose ‘dixit’ que, en este caso, la materia y la energía tendrían una entropía bajísima, pero que la estructura del espacio-tiempo podría ser tan compleja que, en conjunto, el desorden fuese mayor, salvándose el aumento entrópico relativo a un suceso espontáneo. Especulaciones, incógnitas.