在对热力学的第一定律和第二定律有所了解之后，我们就能开始接触另一个在瓦尔拉斯和杰文斯的时代无法触及的概念：关于封闭系统和开放系统的概念(6)。热力学系统是指任何一套我们希望界定和研究的确定的空间、物体、能量或信息。宇宙本身就是一个系统，在宇宙这个最大的系统之中，人们可以定义任意数量的小系统。比如，地球是一个系统，你的身体、房子、装满水的浴缸也都是系统。封闭系统是指与其他系统没有任何互动或交流的系统，没有物质或信息进入或流出，宇宙就是一个封闭系统。宇宙没有“外界”，没有其他系统存在于它的边界之外并且可以与它互动。66能量可以被转化成物质，反之亦然，而且系统内的能量有可能会被转化成不同的形式，但根据第一定律可知，总量是恒定的。此外，随着有序状态转变为无序状态，封闭系统最终会趋于均衡，封闭系统内的总熵永远都在向着最高水平增长。
第二类系统是开放系统，能量和物质会不断进入、流出。这样的系统能够利用流动的能量和物质来暂时对抗熵，并创建一段时间内的秩序、结构和模式。举个例子来说，地球就是一个开放系统，它处于太阳流出的能量河流的中央。这种能量流创造出了大型的、复杂的分子，分子又创造了生命，进而创造出一个秩序与复杂性共存的生物圈。熵并没有置身事外，地球上的事物一直在瓦解和衰减，所有有机物最终都会死亡。但来自太阳的能量会不断地为新秩序的诞生提供能量。在开放系统中，由能源赋能的新秩序创建与由熵驱动的旧秩序瓦解之间的斗争从未停歇。自然的会计规则十分严格，在开放系统中，创建新秩序需要付出代价。为了在宇宙某个地方创建新秩序，其他地方的旧秩序就必须被摧毁，这是因为净效应必须永远是熵的增长（秩序的减少）。因此，当太能的能量在地球上创建新秩序时，新秩序里所有的生命和活动都会产生热量，热量又会被反射回太空。无论热量最终去到哪里，它都会产生一种随机效应，从而导致熵增加。地球就是通过这种方式来引入能源并输出熵的。
假设你一直忙于工作，第二定律让你的房子从有序状态变为无序状态。你决定投入一些能量来对抗熵——整理房屋。你燃烧卡路里来擦洗、归置物品，从而向房屋注入能量，同时你还会用电来驱动吸尘器、洗碗机和洗衣机。此外，物质还会以一种高度有序的状态进入房屋，包括食品、衣服、清洁用品等。然而，当你和你所使用的所有物品向周围的环境辐射热量时，宇宙就能获得熵。并且，你用的电也会产生浪费的热量，发电站的烟囱排放物和离开你的房屋重新进入环境中的物质都以垃圾的形式处于一种无序状态。你的房子这个系统引入了能量和物质，并在房子的范围内被用来创造秩序，然后又向宇宙的其他部分输出热量和无序物质，从而输出它的熵。
封闭系统永远都有一个可预测的最终状态。尽管它们在进程中或许会做一些无法预测的事情，但最终都会趋于最大值的熵的均衡。开放系统则要复杂得多。有时，它们会处于稳定的、看似均衡的状态，或者它们会展示出非常复杂而不可预测的行为模式——距离均衡状态十分遥远，这些行为模式包括指数增长、彻底崩溃以及大起大落。只要开放系统能够获得自由能，它的最终状态或者说何时能够达到最终状态就无法预测。
在第1章中，我将复杂适应系统定义为互动的行为主体能够相互适应并且适应环境的系统。复杂适应系统是开放系统的一个子类，它通过能量来处理信息、维持秩序、创造复杂模式。比如，蚁群通过带回蚁巢的食物和物品获得能量和物质，在建筑蚁巢和组织活动的过程中，它们利用能量和物质来对抗熵。自由能量的存在使得复杂适应系统（例如蚁群）可以远离均衡、创建秩序并且处于动态之中。如果你移除这种能量，那么熵就会占上风，系统就会衰退并最终趋于均衡状态。作为圣塔菲会议的参与者之一，密歇根大学的理论家约翰·霍兰德曾说过：“事实上，系统一旦达到均衡，它并不是稳定了，而是死了。”
