Lagen som universum aldrig bryter mot

En sten som minns exakt hur mycket den vägde

Släpp en sten från ett tak. Högst upp bär den på lägesenergi, den energi som göms i själva höjden. När stenen faller växlas höjden mot fart, och lägesenergin blir rörelseenergi. I nedslaget blir rörelsen till värme, ljud och en liten buckla i marken.

Räkna ihop allt efteråt. Värmen, ljudet, deformationen. Summan blir exakt lika stor som lägesenergin du startade med. Ingenting försvann på vägen. Ingenting dök upp ur tomma intet.

Det är energiprincipen, kanske den mest grundläggande regeln i hela fysiken. Den säger en enda sak: energi kan varken skapas eller förstöras, bara omvandlas från en form till en annan.

Energi byter bara kläder

Energi finns i många skepnader. Rörelse, värme, ljus, kemiska bindningar, elektricitet, energin i en atomkärna. Det som händer i världen är oftast bara att energi byter form.

Följ energin i din lunch bakåt. Muskeln som lyfter gaffeln drivs av kemisk energi i maten. Den kemiska energin kom från växten, som fångade solljus genom fotosyntesen. Solljuset kom från fusionen i solens inre. Hela kedjan är en enda lång rad av omvandlingar, och i varje steg är den totala energin oförändrad.

Enheten för energi heter joule. Oavsett om du mäter en fallande sten, en varm kopp kaffe eller en laddad mobil går allt att räkna om till samma joule. Det gör att de olika energiformerna kan jämföras och bokföras mot varandra.

Friktion stjäl ingenting

Men en cykel som rullar stannar ju till slut. Vart tog energin vägen?

Svaret är att den läckte ut som värme. Däcken, luften och lagren värms upp av friktionen, alldeles för lite för att du ska märka det, men energin finns kvar. Den har bara spridit sig till omgivningen.

Därför pratar fysiker om slutna system. I ett slutet system, där ingen energi läcker in eller ut, är summan alltid konstant. Ser du bara på cykeln verkar energi försvinna. Räknar du in vägen, luften och värmen stämmer bokföringen igen.

Därför är evighetsmaskinen omöjlig

I århundraden har uppfinnare drömt om en maskin som går för evigt och ger mer energi än den matas med. En perpetuum mobile.

Ingen har lyckats, och ingen kommer att lyckas. En sådan maskin skulle skapa energi ur ingenting, och det förbjuder energiprincipen. Många patentverk avfärdar numera ansökningar om evighetsmaskiner utan att ens läsa dem. Lagen är för säker.

En läkare löste gåtan på en båt

Idén föddes på ett oväntat ställe. Den tyske läkaren Julius Robert von Mayer seglade till tropikerna på 1840-talet och lade märke till att sjömännens blod var påfallande rött. I värmen förbrände kroppen mindre syre för att hålla sig varm, och blodet behöll mer av sitt syre.

Från den observationen drog Mayer en djärv slutsats. Värme och arbete måste vara samma sorts sak, mätbart i samma valuta. Ungefär samtidigt mätte britten James Joule hur mycket rörelse som krävdes för att värma vatten en aning. Bitarna föll på plats, och energiprincipen var född.

En lag med en spricka

I ditt kök, i din bil och i varje labb på jorden håller energiprincipen utan undantag. Den är en av de mest välkontrollerade lagar vetenskapen känner.

Men zooma ut. Verkligen ut, till hela det expanderande universum. Där börjar något märkligt hända med bokföringen, och ljus verkar tappa energi utan att någon vet vart den tar vägen. Den historien tar vi i nästa artikel.