Демон Максвелла

Демон Максвелла - мысленный эксперимент, предложенный 1867 года, а также его главный персонаж - гипотетическая разумное существо микроскопического размера, придуманная Джеймсом Максвеллом с целью проиллюстрировать кажущийся парадокс второго закона термодинамики.


1. Суть парадокса

Мысленный эксперимент состоит в следующем: предположим, что сосуд с газом разделен непроницаемой перегородкой на две части: правую и левую. В перегородке отверстие с устройством (демоном Максвелла), который позволяет пролетать быстрым (горячим) молекулам газа только из левой части сосуда в правую, а медленным (холодным) молекулам - только из правой части сосуда в левую. Тогда, через большой промежуток времени, горячие молекулы окажутся в правой части сосуде, а холодные - в левой.

Таким образом, получается, что демон Максвелла позволяет нагреть правую часть сосуда и охладить левую без дополнительного подвода энергии в систему. Энтропия для системы, состоящей из правой и левой части сосуда, в начальном состоянии больше, чем в конечном, что противоречит термодинамическому принципу незнижуваности энтропии в замкнутых системах (см. Второй закон термодинамики)

Парадокс разрешается, если рассмотреть замкнутую систему, включающую в себя демона Максвелла и сосуд. Для функционирования демона Максвелла необходима передача ему энергии от постороннего источника. За счет этой энергии и производится разделение горячих и холодных молекул в сосуде, то есть переход в состояние с меньшей энтропией. Подробное рассмотрение парадокса для механической реализации демона (храповик и собачка) приведены в фейнманивских лекциях по физике, вып. 4, а также в популярных лекциях Фейнмана "Характер физических законов" [1].

С развитием теории информации было установлено, что процесс измерения может не приводить к увеличению энтропии при условии, что он является термодинамически звротним. Однако в этом случае демон должен запоминать результаты измерения скоростей (удаление их из памяти демона делает процесс необратимым). Поскольку память конечна, в определенный момент демон вынужден стирать старые результаты, что и приводит в конечном итоге к увеличению энтропии системы в целом [2].


2. В популярной культуре

2.1. В художественной литературе

  • В повести ?Понедельник начинается в субботу" братьев Стругацких демоны Максвелла приспособлены администрацией НИИЧАВО видчинаты и закрывать входные двери института. Также, в повести "Стажеры", рассказывается о гигантской флуктуацию - ваза с водой забрала в себя энергию комнаты, в которой она находилась, довела себя до кипения, в комнате же выпала изморозь.
  • В "Кибериады" Станислава Лема демон Максвелла упоминается как "демон первого порядка". Герои книги создают "демона второго порядка", способного извлекать осмысленную информацию из движения молекул воздуха.
  • В фэнтези Кристофера Сташеф "Маг при дворе Ее Величества", "Маг, связанный клятвой" демон Максвелла вызван заклинанием и по свойствам напоминает волшебного джина. Он соглашается исполнять желания главного героя, ибо хорошо знает законы физики. Выглядит как маленький уголек.
  • В своем эссе Кен Кизи переводит парадокс из области термодинамики в область социологии простой заменой "теплый" на "добро" и "холода" на "зло", доводя таким образом несостоятельность западной системы ценностей.
  • В произведении "Любой крутой чувак" Пола Ди Филиппо демоны Максвелла обеспечивают энергией страну "Земля Максвелла", что находится на территории Африки. На основе этой энергии строится политико-независимое научно-техническое утопическое общество.
  • В романе Томаса Пинчона "разоблачается лот 49" описывается устройство, так называемая "машина Нефастиса", в которой используется демон Максвелла; чтобы его активировать, нужно "глядя на фото Джеймса Максвелла, сосредоточить мысль на одном из цилиндров - правом или левом, и тогда демон именно в этом цилиндре поднимает температуру ".

2.2. В играх

  • В браузерной игре Elements является игровая карта, вызывает Демона Максвелла, который способен убить любое существо, чья сила превышает его очки здоровья.
  • В компьютерной игре Max Payne 2 также присутствует персонаж телешоу по имени Демон Максвелла.

2.3. В аниме

  • В аниме El Cazador у главной героини Эллис пробуждается сила, способная контролировать демона Максвелла.

См.. также

Примечания

  1. Фейнман P., Характер физических законов. Библиотечка ?КВАНТ?, Выпуск 62. - М.: Наука, Изд. второе, исправленное, 1987; Диплом 5. Различие прошлого и будущего. - vivovoco.rsl.ru/VV/Q_PROJECT/FEYNMAN/LECTURE5.HTM
  2. Leff, Harvey S. and Andrew F. Rex. Maxwell's Demon 2: Entropy, Classical and Quantum Information, Computing. CRC Press, 2002, ISBN 0-7503-0759-5, 's Demon 2: Entropy, Classical and Quantum Information, Computing Google books link page 370 - books.google.com / books? id = VNKCsQt75_UC & printsec = frontcover & dq = Maxwell.
Демон Лапласа ? Демон Максвелла ? Квантовое бессмертие ? Квантовое самоубийство ? Китайская комната ? Кот Шредингера ? Мозг в колбе ? Парадокс Белла ? Парадокс Эйнштейна - Подольского - Розена ? Парадокс субмарины ? Проблема остановки ? Тест Тьюринга ? Чайник Рассела ? Ахиллес и черепаха ? Стадион (апория) ? Стрела Зенона ? Парадокс близнецов ? Парадокс Эренфеста ? Задача двух генералов ? Задача византийских генералов ? Теорема о бесконечных обезьянах ? Парадокс Ньюкома ? Дилемма заключенного ? Парадокс Левинталь ? Философский зомби ? Парадокс кошки с маслом