麥克斯韋的妖(編輯修改稿)
2024-09-12 00:38 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，其運(yùn)動(dòng)速度決不均勻，然而任意選取的任何大量分子的平均速度幾乎是完全均勻的。讓我們假定把這樣一個(gè)容器分為兩部分， A和 B，在分界上有一個(gè)小孔，在設(shè)想一個(gè)能見到單個(gè)分子的存在物，打開或關(guān)閉那個(gè)小孔，使得只有快分子從 A跑向 B，而慢分子從 B跑向 A。這樣，它就在不消耗功的情況下， B的溫度提高， A的溫度降低，而與熱力學(xué)第二定律發(fā)生了矛盾 。麥克斯韋認(rèn)為，只有當(dāng)我們能夠處理的只是大塊的物體而無法看出或處理借以構(gòu)成物體分離的分子時(shí)，熱力學(xué)第二定律才是正確的，并由此提出應(yīng)當(dāng)對(duì)熱力學(xué)第二定律的應(yīng)用范圍加以限制。 麥克斯韋的妖 ? 1877年，玻爾茲曼發(fā)現(xiàn)了宏觀的熵與體系的熱力學(xué)幾率的關(guān)系 S=KlnΩ，其中 K為玻爾茲曼常數(shù)。 1906年，能斯特提出當(dāng)溫度趨近于絕對(duì)零度 T→ 0 時(shí)，△ S / O = 0 ，即“能斯特?zé)嵩怼?。普朗克在能斯特研究的基礎(chǔ)上，利用統(tǒng)計(jì)理論指出，各種物質(zhì)的完美晶體，在絕對(duì)零度時(shí)，熵為零（ S 0 = 0 ），這就是熱力學(xué)第三定律。 ? 麥克斯韋的思想實(shí)驗(yàn)中存在這樣的一個(gè)缺陷，為了控制分子的穿梭，魔鬼本身是要消耗能量的，而這一點(diǎn)則是麥克斯韋沒有考慮到的，因此熱力學(xué)第二定律不成立這一論斷是有問題的。 ? “麥克斯韋妖”第一次在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)。 1871年，麥克斯韋提出了“麥克斯韋妖”設(shè)想：一個(gè)絕熱容器被分成相等的兩格，中間是由一種機(jī)制控制的一扇活板門，容器中的空氣分子做無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)撞擊門，門則可以選擇性地將速度較快的分子 (溫度較高 )放入其中一格，將速度較慢的分子 (溫度較低 )放入另一格，這樣，兩格的溫度就會(huì)一高一低。 麥克斯韋認(rèn)為，整個(gè)過程中使用的能量就是“分子是熱的還是冷的”這一信息。 ? “麥克斯韋妖”似乎違背了熱力學(xué)第二定律，換句話說，這一過程不能毫無能量損耗地分離熱分子和冷分子。后來匈牙利物理學(xué)家馮 勞厄指出，該過程沒有違背物理學(xué)法則，因?yàn)椤胞溈怂鬼f妖”實(shí)際上必須消耗能量來確定哪個(gè)分子是熱的、哪個(gè)分子是冷的。而在本次實(shí)驗(yàn)中，損耗的能量是攝像機(jī)的能量通過信息這一媒介轉(zhuǎn)換而來。他們認(rèn)為這完全是一種新機(jī)制，并稱之為“信息 —熱機(jī)制”，這意味著，即使不直接同納米機(jī)器接觸，也能夠使用信息作為媒介來轉(zhuǎn)化能量。 ? 沒有參與該研究的比利時(shí)哈塞爾
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