Maxwell démona

A valóság költészete
Tudomány
Ikon science.svg
Tudnunk kell.
Tudni fogjuk.
  • Biológia
  • Kémia
  • Fizika
Kilátás a
óriások vállai.
Maxwell démona az a név gondolatkísérlet célja, hogy megkérdőjelezze a a termodinamika második törvénye . James Clerk Maxwell skót fizikusról fogalmazták meg és nevezték el 1867-ben.

Tartalom

Feltétel

A gondolatkísérlet középpontjában egy doboz gázmolekula áll, egyenletesen elosztva és egyensúlyi energiaeloszlással: Boltzmann-eloszlásnak nevezik. Ebben az esetben egyes molekulák nagy energiájúak lesznek, mások alacsonyabb energiájúak - molekuláris szinten a részecskék ilyen gyorsan mozognak, és a makroszkopikus világban hő formájában nyilvánulnak meg. Maxwell feltételezett hogy ha ezt a dobozt elzárná egy sorompótól, és egy démon állna a kapu előtt a két szakasz között, akkor szelektíven kinyithatja a kaput, hogy a nagyobb energiájú (gyorsabban mozgó) részecskéket egy helyiségbe engedje. Ez akadályozhatja a lassabban mozgó részecskék útját is, lehetővé téve számukra, hogy csak az ellenkező irányba haladjanak. A démon által ennek során elfogyasztott energia csekély lehet, mivel csupán ajtót nyit, ahelyett, hogy aktívan szállítaná a molekulákat az egyik oldalról a másikra. Ha így futna, a rendszer hőmérsékletkülönbséget hozna létre a két rekesz között, amelyet fel lehetne használni a munkára - és megfordítaná a entrópia a rendszer. Mivel az elgondolkodási kísérlet azt kéri, hogy a démon ne költsön energiát a kapu megnyitására (vagy csak egy percet emészt fel) ennek a különbségnek a létrehozására, a rendszer egy Örökmozgó gép.


Ez sértené a termodinamika törvényeit, mivel az örökmozgás lehetetlen - nem lehet több energiát kihozni, mint amennyit beleadunk. A gondolatkísérlet démona azonban, tekintettel arra, hogy képes megnézni egy molekulát és kinyitni egy kaput, sokkal kevesebb energiát emésztene fel. mint az egész rendszer létrehozta. Ez a látszólag egyszerű módszer a termodinamika rögzített törvényeinek megkerülésére zavarba ejtette James Clerk Maxwellt és a korszak sok más tudósát. Hogy bizonyítani, hogy Maxwell démona nem tud működni (a termodinamika törvényeit érintetlenül hagyva), várni kellett egy ideig.

Megoldás

A hagyományos örökmozgású motorokból nézve ismert, hogy nem lehet több energiát kivenni, mint amennyit beleadtál. Maxwell démonával a molekulák megfigyelésének és kinetikus energiájuk azonosításának, valamint a kapu energiát igényel. Míg a kapu nyitásának energiagátja elvileg elhanyagolható mennyiségekre csökkenthető, az információ feldolgozásának része a megfelelő „meleg” és „hideg” molekulák azonosításáramindigenergiát fogyaszt. Ehhez anélkül, hogy igénybe kellene vennie varázslat , legalább a molekuláknak fizikai érintkezésbe kellene kerülniük egy detektorral, vagy kölcsönhatásba kell lépniük a fotonokkal, hogy távolról érzékeljék tulajdonságaikat, és ez energiát emésztene fel. A démon által végzett információfeldolgozás tehát olyan folyamat, amely szükségszerűen energiát fogyaszt és egyenlő minden olyan munkával, amely a démon által előállított hőgradiensből származhat. Ez vezetett az információk bevezetéséhez a termodinamika világába, és ahhoz, hogy a rend, az energia és az információ milyen szoros kapcsolatban állt egymással.

Az energiához és az entrópiához kapcsolódó információ fogalma kulcsfontosságú része a számítógépes folyamatok alapjául szolgáló fizikának. Az információkat tároló RAM-chipek valójában valaha valamivel nehezebbek, mint az információk nélküli RAM-chipek, az energia és az információ, valamint a tömeg és az energia (E = mc) összefüggése miatt. Különösen az információ és az entrópia aznagyonszorosan kapcsolódó fogalmak: a sok információ alacsony entrópia állapot, a kevesebb információ magas entrópia állapot. Tehát az információk tárolásához, a számítógépes chip bitjeinek kevésbé véletlenszerű sorrendbe rendezéséhez energiát kell pumpálni egy rendszerbe a megtapasztalt természetes entrópia visszafordítása és az elérhető szabadság fokainak megszervezése érdekében.

Ez magában foglalja a munkát is démonok , amelyek köztudottan megbízhatatlanok.


Pop kultúra

Maxwell démona inspirálta az ötletet Morton démona amely a mentális folyamatok leírására szolgál kreacionisták .