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數(shù)學心

第三百二十七章 麥克斯韋妖怪(熱學)

數(shù)學心 蔡澤禹 107 2020-10-25 07:10:08

  麥克斯韋妖,是在物理學中假想的妖,能探測并控制單個分子的運動,于1871年由英國物理學家詹姆斯·麥克斯韋為了說明違反熱力學第二定律的可能性而設想的。

  當時麥克斯韋意識到自然界存在著與熵增加相拮抗的能量控制機制。但他無法清晰地說明這種機制。他只能詼諧地假定一種“妖”,能夠按照某種秩序和規(guī)則把作隨機熱運動的微粒分配到一定的相格里。麥克斯韋妖是耗散結構的一個雛形。

  這是第二類永動機的一個范例。

  麥克斯韋對Bennett說:“一個絕熱容器被分成相等的兩格,中間是由“妖”控制的一扇小“門”,容器中的空氣分子作無規(guī)則熱運動時會向門上撞擊,“門”可以選擇性的將速度較快的分子放入一格,而較慢的分子放入另一格,這樣,其中的一格就會比另外一格溫度高,可以利用此溫差,驅(qū)動熱機做功。”

  Bennett說:“其實,這個妖怪本身也會消耗自身,或者在旋轉(zhuǎn)不同分子的時候也會損耗一些東西?!?p>  麥克斯韋說:“如果有這樣的妖怪,就具備提取能量的能力。我們?nèi)祟惼鋵嵕褪窃诒M可能再制造這么一種妖怪?!?p>  Bennett說:“這是一個具有計算功能的機器,不僅僅在空氣流通上。而且在其他無序到有序過程中?!?p>  麥克斯韋說:“要是這么說,人類制造的很多機器,其實就是各種各樣形式的這種妖怪?!?p>  Bennett說:“這種妖精具有識別能力,具有控制開關的能力,具有按照邏輯做事的能力。如果這些能力能夠改變熱力學的平衡能力。那就算沒識別能力,控制開關的邏輯能力,按照邏輯做事的能力就是一種可以改變熱力學的能力?!?p>  麥克斯韋說:“是啊,熱力學居然跟信息學成了一回事。以后研究物理的熱力和能量,就需要研究其中的信息結構?!?p>  在1981年,Bennett的論文表明,麥克斯韋妖控制“門”使分子從一格進入另一格中的耗散過程,并不是發(fā)生在衡量過程中,而是發(fā)生在妖的對上個分子判斷“記憶”的去除過程,且這個過程是邏輯不可逆的。

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