Enerģijas likumus, kas regulē vielas un enerģijas mijiedarbību, piemēram, siltuma pārnesi no viena ķermeņa uz otru fiziskajā visumā, visbūtiskāk nosaka trīs termodinamikas likumi un Alberta Einšteina īpašās un vispārējās relativitātes teorijas. . Pati fizika ir balstīta uz šiem likumiem, kā arī uz trim galvenajiem kustības likumiem, ko definējis Īzaks Ņūtons un pirmo reizi publicēts 1687. gadā, kas izskaidro visu matēriju mijiedarbību. Kvantu mehānikas joma, kas sāka veidoties 20. gadsimta sākumā, arī noskaidroja īpašus apstākļus enerģijas likumiem subatomiskā mērogā, uz kuriem balstās liela daļa mūsdienu civilizācijas 2011. gadā.
Viens no enerģijas likumu pamatprincipiem, ko skaidri parāda pirmais termodinamikas likums, ir tas, ka enerģija netiek ne radīta, ne iznīcināta. Visus enerģijas veidus, piemēram, gaismas vai skaņas enerģiju, var pārveidot citos veidos, un to pirmo reizi atklāja 1800. gadu vidū Džeimsa Džoula, novatoriskā angļu fiziķa darbs, pēc kura tika izveidota enerģijas pamatvienība džouls. nosaukts. Desmit gadus domājot par matērijas un enerģijas attiecību raksturu, Alberts Einšteins 1905. gadā publicēja savu slaveno formulu E=MC2, kurā teikts, ka gan matērija, gan enerģija ir vienas un tās pašas lietas versijas un var tikt pārveidotas viena par otru. labi. Tā kā vienādojums nosaka, ka enerģija (E) ir vienāda ar masu (M) reizināts ar gaismas ātrumu kvadrātā (C2), tas faktiski norādīja, ka, ja jums būtu pietiekami daudz enerģijas, jūs varētu to pārvērst masā un, ja jūs pietiekami paātrinātu masu. , jūs to varētu pārvērst enerģijā.
Otrais termodinamikas likums definēja enerģijas likumus, norādot, ka jebkurā darbībā, kurā enerģija tika izmantota, tās potenciāls samazinās vai kļūst arvien mazāk pieejams turpmākam darbam. Tas atspoguļoja entropijas principu un izskaidroja, kur enerģija aizgāja, kad siltums vai gaisma izplūst apkārtnē, kas gadsimtiem ilgi bija mulsinājuši cilvēci. Entropija ir ideja, ka augsta līmeņa koncentrēta enerģija, piemēram, kurināmā pirms tās sadedzināšanas, galu galā izplatās kosmosā kā siltuma pārpalikums un to nevar atgūt. Tas bija saskaņā ar pirmo termodinamikas likumu, jo enerģija netika iznīcināta, bet tika zaudēta piekļuve tai.
Trešo termodinamikas likumu 1906. gadā noskaidroja vācu ķīmiķa Voltera Nernsta veiktais pētījums. Tas atklāja, ka nav iespējams izveidot kosmosa vai matērijas reģionu, kurā pastāvētu nulles enerģija, kas atdzesētu reģionu līdz zemākajai iespējamajai absolūtās nulles temperatūrai. Tas atbalstīja pirmo un otro termodinamikas likumu, jo enerģija vienmēr būtu zināmā mērā pieejama telpā vai matērijā, pat ja to nevarētu izmantot lietderīgam darbam.
Einšteina atjauninājumi par mūsu izpratni par enerģijas likumiem padarīja iespējamas daudzas mūsdienu tehnoloģijas, piemēram, kodolenerģija. Turklāt Ņūtona kustības likumi parādīja zinātniekiem un inženieriem, kā izmantot attiecības starp matēriju un enerģiju, lai radītu spēku un trajektoriju, kas nepieciešama, lai orbītā novietotu satelītus vai nosūtītu kosmosa zondes uz tuvējām planētām. Kvantu mehānika ir veicinājusi izpratni par to, kā enerģija tiek izmantota un pārnesta, lai radītu tādas tehnoloģijas kā lāzeri, tranzistori, kas ir visu datorsistēmu pamats, un modernas medicīnas iekārtas, piemēram, magnētiskās rezonanses attēlveidošana (MRI).