热力学第一定律指出能量是守恒的，可以转化而不会消失。热力学第二定律指出，虽然能量可以转化，但是无法100%利用。在转化过程中，总是有一部分能量会被浪费掉，用公式表达：能量总和＝有效能量＋无效能量。“有效能量”指的是可以被利用的能量，“无效能量”指的是不可以利用的能量。熵就是系统中存在的无效能量。

热力学乍一听让人觉得深不可测、晦涩难懂，其实它所讲的是最简单且给人带入感最强的科学概念。热力学的第一定律和第二定律可以用一句简单的句子来表达：“宇宙的能量总和是个常数，总的熵是不断增加的。”也就是说，我们既无法创造，也无法消灭能量。整个宇宙中的能量总和从一开始就是固定的，而且永远不会改变。因此，热力学第一定律就是能量守恒定律，它告诉我们能量虽然不能创造和消灭，但是能量的形式却可以相互转化。拿一辆汽车为例，汽车里汽油的能量总和＝汽车发动机做的功＋散发的热量＋排放的废气，汽油的能量表现形式可能会产生三种变化，但是总的能量值是不变的。

通过认识热力学第一定律，它告诉我们一个基本现实：我们从来都不可能创造能量，也从来没有人创造过能量。我们能做的只是将能量从一种形式转化为另一种形式，然后为己所用。世间万物之所以呈现出千变万化的参差之态，只不过是能量的不同集聚与转化造成的。但是如果我们只考虑热力学第一定律，那么现实生活中有很多例子与热力学第一定律的描述并不吻合。比如，我们烧掉了一块煤，煤的能量转化成了固体残留物、二氧化碳、热量和其他气体，热力学第一定律告诉我们，世界上任何一个东西的能量都是常数，不管怎样能量都不会多也不会少。因此，这个煤的能量总和＝固体残留物＋产生的二氧化碳＋热量＋其他气体。反过来，所产生的固体残留物＋二氧化碳＋热量＋其他气体也应该能产生跟原来的煤一样的功才对。可是事实上并不能，而且过程也不可逆。这是怎么回事呢？热力学第二定律告诉了我们答案。

热力学第二定律告诉我们，当能量在以不同形式转化的过程中，我们会“得到一定的惩罚”。这个惩罚就是我们损失了能在将来用于做某种功的一定能量，这就是所谓的熵。熵是不能再被转化做功的能量的总和，这一概念是1856年德国科学家克劳修斯（CLausius）在讨论热循环时首次提出的。他认为“在孤立的系统内，分子的热运动总是从原来集中、有序的排列状态趋向分散、混乱的无序状态，系统在从有序向无序自发演进的过程中，熵总是增加的。当熵在一个系统内达到最大时，系统就处于能量平衡状态而呈现出一种静寂状态”。(www.daowen.com)

1877年，路德维希·玻尔兹曼提出任何粒子的常态都是随机运动，也就是“无序运动”，如果让粒子呈现“有序化”，必须耗费能量。所以，能量可以被看作“有序化”的一种度量。热力学第二定律实际上是说，当一种形式的“有序化”转化为另一种形式的“有序化”，必然伴随产生某种“无序化”。一旦能量以“无序化”的形式存在，就无法再利用了，除非从外界输入新的能量，让无序状态重新变成有序状态。譬如，河水越过水坝流入湖泊，当河水下落时，它可被用来发电，驱动水轮，或做其他形式的功。然而水一旦落到坝底，就处于不能再做功的状态了。在水平面上没有任何势能的水是连最小的轮子也带不动的。这两种不同的能量状态分别被称为“有效的”（或“自由的”）能量，和“无效的”（或“封闭的”）能量。

总之，熵定律告诉我们，自然界的能量总数也许是不变的，但是有效能量却是在不断减少的，这就提醒我们自然界的能源并非用之不尽、取之不竭。每当自然界发生任何事情，就会有一定的能量被转化为不能再做功的无效能量，这些无效能量也就是我们所看到的污染。因此，从某种意义上说，污染和熵是一组同义词。