Что такое Демон Максвелла?
Демон Максвелла — это мысленный эксперимент, предложенный шотландским физиком Джеймсом Клерком Максвеллом в 1867 году. Он демонстрирует возможное нарушение второго закона термодинамики, который утверждает, что энтропия (мера беспорядка) в замкнутой системе не может уменьшаться.
Суть эксперимента
Представим, что у нас есть контейнер с газом, разделенный перегородкой на две части. В перегородке есть маленькая дверца, управляемая гипотетическим существом — «демоном Максвелла».
- Демон наблюдает за молекулами газа.
- Когда быстро движущаяся молекула приближается к дверце с одной стороны, демон открывает ее, позволяя молекуле пройти.
- Если молекула медленная, демон блокирует ее.
Со временем быстрые молекулы накапливаются в одной половине контейнера, а медленные — в другой. Это приводит к разделению газа по температуре без затраты энергии, что на первый взгляд нарушает второй закон термодинамики.
Разрешение парадокса
Позже ученые поняли, что демон не может действовать без затрат энергии:
- Для наблюдения за молекулами он должен хранить и обрабатывать информацию.
- Удаление информации (например, при очистке памяти) сопровождается выделением тепла, компенсирующим кажущееся уменьшение энтропии.
Это объяснение связано с работами Лео Силарда (1929) и Рольфа Ландауэра (1961). Они показали, что информация сама по себе подчиняется законам термодинамики.
Современное значение
Демон Максвелла актуален в физике информации, квантовых вычислениях и нанотехнологиях. Он показывает, как информация и энергия связаны между собой.
Таким образом, вопреки первоначальному парадоксу, второй закон термодинамики остается в силе.