Демон Максвелла: визначення

Що таке “демон Максвелла” і чому вже півтора століття він хвилює розуми великих вчених? Все просто. Вчені шукають такі процеси, які дозволяли б тепла переходити від тіл, менш нагрітих до тіл більш нагрітих. Але, ми знаємо, що тепло може переходити тільки від гарячих тіл до холодних. Це називається другим початком термодинаміки, якому кинув виклик “демон Максвелла”.

Що таке демон Максвелла і чому вже півтора століття він хвилює розуми великих вчених?

Вирішити таку задачу, спробував в 1871 р великий англійський учений Джеймс Максвелл. Якесь фантастична істота – “демон Максвелла” володіло функціями подібного механізму. “Демон Максвелла” має настільки витонченими здібностями, що може стежити за кожною окремою молекулою в її рухах і знати її швидкість. Якщо взяти посуд, розділений перегородкою на дві частини, і “демон Максвелла” сидітиме біля дверцят в перегородці, ми зможемо змусити його відкривати дверцята тільки перед швидкими або тільки перед повільними молекулами. “Демон Максвелла” буде пропускати швидкі молекули в одну частину судини, а повільні – в іншу, тоді в одній частині судини і температура, і тиск виявляться вищими, ніж в інший, тобто ми без витрати роботи отримаємо необмежений запас енергії. Ентропія ж для системи, що складається з правої і лівої частини посудини, в початковому стані більше, ніж в кінцевому, що суперечить термодинамическому принципом неубиванія ентропії в замкнутих системах.

Парадокс дозволяється, якщо розглянути замкнуту систему, що включає в себе “демона Максвелла” і посудину. Для функціонування “демона Максвелла” необхідна передача йому енергії від стороннього джерела. За рахунок цієї енергії і проводиться поділ гарячих і холодних молекул в посудині. За рахунок цієї енергії і проводиться поділ гарячих і холодних молекул в посудині, тобто перехід в стан з меншою ентропією.

З розвитком теорії інформації було встановлено, що процес вимірювання може і не приводити до збільшення ентропії за умови, що він є термодинамічно оборотним. Однак в цьому випадку демон повинен запам’ятовувати результати вимірювання швидкостей (стирання їх з пам’яті демона робить процес незворотнім). Оскільки пам’ять кінцева, в певний момент “демон Максвелла” змушений прати старі результати, що і призводить зрештою до збільшення ентропії всієї системи в цілому.

Багато разів вчені переконливо доводили, що “демон Максвелла” лише жарт великого фізика. Дійсно, “демон Максвелла” в посудині з двома молекулами не ефективний; вони в половині випадків могли б опинитися в якій-небудь одній частині судини. Якщо ж молекул багато, то ймовірність подібного випадку надзвичайно мала.

Однак пристрасті не вгамовуються, “демон Максвелла” намагається знайти все нові аргументи на свій захист. В одному з наукових журналів, в статті, присвяченій цій проблемі, всерйоз йдеться, що “демон Максвелла” існує тільки у вигляді квантового генератора – лазера, який відокремлює порушені молекули з великою енергією від збудженому молекул.

Однак, до цього часу немає ні строгих доказів, що “демон Максвелла” існує, ні строгих спростувань цього. “Демон Максвелла” підігріває інтерес до подальших пошуків.

...
ПОДІЛИТИСЯ: