Hukum energi yang mengatur interaksi antara materi dan energi, seperti perpindahan panas dari satu benda ke benda lain di alam semesta fisik, paling mendasar ditentukan oleh tiga hukum termodinamika dan penemuan Albert Einstein tentang teori relativitas khusus dan umum. . Fisika itu sendiri dibangun di atas hukum-hukum ini, serta tiga hukum dasar gerak yang didefinisikan oleh Isaac Newton dan pertama kali diterbitkan pada tahun 1687, yang menjelaskan interaksi semua materi. Bidang mekanika kuantum yang mulai muncul pada awal abad ke-20 juga menjelaskan keadaan khusus untuk hukum energi pada skala sub-atomik, yang menjadi dasar banyak peradaban modern pada 2011 didirikan.
Salah satu prinsip dasar hukum energi yang dijelaskan oleh hukum pertama termodinamika adalah bahwa energi tidak diciptakan atau dimusnahkan. Semua bentuk energi seperti energi cahaya atau suara dapat diubah menjadi bentuk lain, dan ini pertama kali diungkapkan pada pertengahan 1800-an oleh karya James Joule, seorang fisikawan Inggris perintis setelah unit dasar energi, joule, adalah bernama. Setelah sepuluh tahun memikirkan tentang sifat hubungan antara materi dan energi, Albert Einstein menerbitkan rumus terkenalnya pada tahun 1905 dari E=MC2, yang menyatakan bahwa materi dan energi adalah versi dari hal yang sama dan dapat diubah menjadi satu sama lain sebagai dengan baik. Karena persamaan menyatakan bahwa energi (E) sama dengan massa (M) kali kuadrat kecepatan cahaya (C2), persamaan tersebut sebenarnya menyatakan bahwa, jika Anda memiliki energi yang cukup, Anda dapat mengubahnya menjadi massa, dan, jika Anda mempercepat massa, cukup , Anda bisa mengubahnya menjadi energi.
Hukum kedua termodinamika mendefinisikan hukum energi dengan menyatakan bahwa, dalam setiap aktivitas di mana energi digunakan, potensinya berkurang, atau menjadi semakin sedikit tersedia untuk pekerjaan lebih lanjut. Ini mencerminkan prinsip entropi dan menjelaskan ke mana energi pergi ketika panas atau cahaya lolos ke lingkungan, yang telah membingungkan umat manusia selama berabad-abad. Entropi adalah gagasan bahwa energi terkonsentrasi tingkat tinggi, seperti yang ada dalam bahan bakar sebelum dibakar, akhirnya menyebar ke luar angkasa sebagai panas buangan dan tidak dapat diperoleh kembali. Itu selaras dengan hukum pertama termodinamika karena energi tidak dihancurkan, tetapi aksesnya hilang.
Hukum ketiga termodinamika diklarifikasi pada tahun 1906 oleh penelitian yang dilakukan oleh Walther Nernst, seorang ahli kimia Jerman. Ini mengungkapkan bahwa tidak mungkin untuk membuat wilayah ruang atau materi di mana energi nol ada, yang akan mendinginkan wilayah tersebut ke suhu terendah yang mungkin dari nol mutlak. Ini mendukung hukum termodinamika pertama dan kedua di mana energi akan selalu tersedia di ruang angkasa atau materi sampai tingkat tertentu, bahkan jika itu tidak dapat dimanfaatkan untuk pekerjaan yang bermanfaat.
Pembaruan Einstein tentang pemahaman kita tentang hukum energi memungkinkan banyak teknologi modern, seperti tenaga nuklir. Selain itu, hukum gerak Newton menunjukkan kepada para ilmuwan dan insinyur bagaimana memanfaatkan hubungan antara materi dan energi untuk menghasilkan gaya dan lintasan yang diperlukan untuk menempatkan satelit ke orbit atau mengirim wahana antariksa ke planet-planet terdekat. Mekanika kuantum telah berkontribusi pada pemahaman tentang bagaimana energi digunakan dan ditransfer untuk menciptakan teknologi seperti laser, transistor yang merupakan dasar dari semua sistem komputer, dan peralatan medis canggih seperti magnetic resonance imaging (MRI).