I principi termodinamici spiegano come una base energetica, per l'uomo e per la natura, governa sia l'auto organizzazione gerarchica sia la devoluzione di complessità nei sistemi attraverso le leggi fisiche.
Il principio della selezione naturale si rivela come capace di cedere informazioni che la prima e la seconda legge della termodinamica non sono competenti a fornire. Le due leggi fondamentali della termodinamica sono, naturalmente, insufficienti a determinare il corso degli eventi in un sistema fisico. Ci dicono che certe cose non possono accadere, ma non ci dicono cosa succede (Lotka, 1922).
Arriviamo così alla conclusione che ogni tipo di moto perpetuo è impossibile. Un flusso continuo di energia fresca è necessario per il funzionamento costante di ogni sistema in opera, sia animato sia inanimato. La vita è ciclica per quanto riguarda le sostanze materiali consumate e gli stessi materiali vengono usati in continuazione nel metabolismo. Ma per quanto riguarda l'energia, è unidirezionale e nessun uso ciclico continuo dell'energia è nemmeno concepibile. Se abbiamo energia disponibile, potremmo mantenere la vita e produrre ogni requisito materiale necessario. E' per questo che il flusso di energia dovrebbe essere la prima preoccupazione dell'economia (Soddy, 1926, p. 56).
I processi geologici, i sistemi atmosferici, gli ecosistemi e le società sono interconnessi attraverso una serie di trasformazioni energetiche... ognuna di esse riceve energia e materie dall'altro, ridandola indietro e agendo attraverso meccanismi di retroazione per auto-organizzare il tutto in una grande interazione di spazio, tempo, energia ed informazione. I processi di trasformazione dell'energia in tutta la biosfera costruiscono ordine, degradano energia nel processo e mettono in ciclo materiali ed informazioni in reti di sistemi organizzati gerarchicamente di scala spaziale e temporale sempre maggiore (Odum, 2001, p. 4).
Le prime tre leggi spiegano cosa succede nei singoli processi, mentre i quattro principi aggiuntivi mettono in relazione processi di potenza fra le scale, nel tempo.
1. La Prima Legge di Conservazione dell'Energia dice che l'energia non può essere creata o distrutta, piuttosto, la quantità di energia persa in un processo di stato stazionario non può essere maggiore della quantità di energia guadagnata. Vale a dire, non si può avere niente in cambio di niente, perché materia ed energia vengono conservate. Così, l'energia che fluisce in un sistema (e nello schema di un sistema) deve o essere conteggiata in flussi in uscita dai confini del sistema o in stoccaggio all'interno del sistema. Come
2. La Seconda Legge, l'Entropia, dice che l'entropia in un sistema isolato in equilibrio tenderà ad aumentare nel tempo, avvicinandosi ad un valore massimo nel punto di equilibrio; i sistemi hanno una tendenza ad aumentare la propria entropia nel tempo. L'energia viene trasformata dal lavoro. Così, l'energia dispersa non può fare più lavoro e lascia degradata il sistema definito, raffigurato nei diagrammi come pozzo di calore. Non si può tornare allo stesso stato energetico durante il lavoro, perché c'è sempre un aumento del disordine, parte del calore va sprecato in tutti i processi in quanto la disponibilità di energia potenziale viene perduto. Come
3. Man mano che la temperatura si avvicina allo zero assoluto, il cambiamento di entropia di un sistema a sua volta si avvicina allo zero, quindi è impossibile ridurre l'entropia di un sistema al suo valore di zero assoluto. L'entropia dipende dalla temperatura e porta alla formulazione dell'idea di zero assoluto, che è irraggiungibile. In altre parole, non si può cambiare il sistema o, come riformula Snow: non puoi ritirarti dal gioco.
Leggi o principi proposti
4. Non si può giocare a lungo a meno che non rubi pedine all'avversario
Una quarta legge energetica proposta è il Principio di Potenza Massima: “Nella competizione fra i processi auto-organizzati, i progetti di rete che massimizzano il potenziamento prevarranno” (Odum, 1996). “Siccome i progetti con migliori prestazioni prevalgono, l'auto-organizzazione seleziona le connessioni di rete che ridanno indietro energia trasformata per aumentare l'afflusso di risorse o per usarle in modo più efficiente” (Odum, 2000). Denominata Principio di Massima Potenza e un corollario, Potenziamento Massimo, questa idea, adattata da Lotka (1922), spiega perché i sistemi come le civiltà possono auto-organizzarsi al di fuori della tendenza universale verso l'entropia. L'energia alimenta la complessità con la trasformazione tramite lavoro in gerarchie sempre più alte di complessità ed ordine, rinforzando la produzione tramite l'acquisizione di energia disponibile massimizzata. La riformulazione, Potenziamento Massimo, descrive il tasso massimo di acquisizione di emergia. “Col tempo, tramite il processo di prova ed errore, i modelli complessi di strutture e processi si sono evoluti... quelli di successo sopravvivono perché usano bene materiali ed energie per la propria manutenzione e competono bene con altri modelli che il caso interpone” (Odum). I fattori di qualità dell'energia (transformities, sotto) offrono più precisione nel comprendere come si auto-organizzano i sistemi. Quest'idea è importante anche per spiegare l'equilibrio reciproco fra potenza ed efficienza e come viene usata l'energia dai sistemi. Quando le forniture di energia sostengono la crescita accelerata, la massima potenza favorisce la competizione. Quando l'energia è limitata dal flusso, i livelli di crescita si livellano e vengono favorite unità diverse e cooperative (Odum, 2007). Questa idea di successione diventa importante per spiegare come smettono di crescere i sistemi, una volta maturi, e a persino devolvere, tramite impulsi. La prima priorità dei sistemi è quella di massimizzare l'afflusso di energia; la loro seconda priorità è massimizzare l'efficienza nell'elaborazione dell'energia.
5. Più rubi, più accorci la lunghezza totale del gioco
“Un quinto principio proposto delle gerarchia energetica o Transformity, afferma che il fattore qualitativo dell'energia aumenta gerarchicamente. Detto semplicemente, energie di diversi tipi formano una gerarchia di qualità. Perché? Perché questo progetto massimizza il potenziamento. Da studi di isotopi nelle catene alimentari ecologiche, Odum ha proposto che le trasformazioni dell'energia formano una serie gerarchica misurata dall'aumento di Transformity. I flussi di energia sviluppano reti gerarchiche nelle quali le energie che affluiscono interagiscono e vengono trasformate da processi di lavoro in forme di energia di maggiore qualità che rispondono ad azioni di amplificazione, aiutando a massimizzare la potenza del sistema” - (Odum 1994, p. 251). Questa trasformazione può essere misurata come la quantità di energia di un tipo necessaria per fare un'unità di energia di un altro tipo. Amplificatori di retroazione, o autocatalisi, creano flussi amplificatori di energia in aumento creando piramidi di complessità come le catene alimentari.
6. Lo scopo del gioco è quello di farlo durare il più possibile
Una sesta legge energetica proposta afferma che i cicli materiali hanno modelli gerarchici misurati dal rapporto emergia/massa che determina la loro zona, ampiezza e frequenza di pulsazione nella gerarchia energetica. I materiali sono accoppiati alla gerarchia di trasformazione dell'energia e circolano verso i centri della concentrazione gerarchica, re-circolando verso le concentrazioni di fondo disperse.
In aggiunta, la legge di conservazione della materia afferma che ingressi di materie grezze inorganiche devono essere contate o per gli stoccaggi o per i deflussi tramite circolazione quando descritti nei sistemi, similmente all'energia, come raffigurato sotto dai flussi di materiali.
7. I soldi del gioco sono contraffatti
Odum ha proposto anche la Gerarchia dei Soldi come settima legge (Odum, 2000, p. 12). I soldi sono accoppiati alle serie di trasformazioni dell'energia (gerarchia energetica) e sono limitati dalle proprietà della gerarchia. Le loro proprietà cambiano passando a centri più alti di concentrazione, le città. Ai livelli bassi sulla sinistra ci sono le trasformazioni ambientali libere senza soldi. Ad ogni passo più alto c'è un valore aggiunto, quindi la concentrazione di soldi aumenta come il rapporto energia/soldi. L'energia per unità di soldi diminuisce e, viceversa, i soldi per unità di energia (prezzo) aumentano. Nei centri, la circolazione di soldi è più concentrata ma il potere d'acquisto dei soldi è minore (Odum, 2000, p. 11).
