黑瞳视野 破解物理学四大神兽之麦克斯韦妖悖论
_本文原题:破解物理学四大神兽之麦克斯韦妖悖论
【黑瞳视野 破解物理学四大神兽之麦克斯韦妖悖论】爱因斯坦曾经说过“热力学第二定律”是宇宙中唯一一个“永不被推翻”的物理理论 。
何谓热力学第二定律 。
克劳修斯表述为:热量不能自发地从低温物体转移到高温物体 。
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英国物理学家开尔文表述为:第二类永动机不可能实现 。
不可能制成一种循环动作的热机 , 从单一热源取热 , 使之完全变为功而不引起其它变化 。
熵增加原理表述为:孤立系统的熵永不自动减少 , 熵在可逆过程中不变 , 在不可逆过程中增加 。
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经典电动力学的创始人 , 统计物理学的奠基人之一 , 18世纪英国伟大的物理学家麦克斯韦 , 曾经提出一个麦克斯韦妖的悖论 , 试图打破热力学第二定律 。
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(麦克斯韦妖)
麦克斯韦妖可以简单表述为:一个绝热容器被分成相等的两格 , 中间是由“妖”控制的光滑无摩擦的一扇小“门” , 容器中的空气分子作无规则运动向门上撞击 , 妖操纵“门”将热分子(速度较快)放入B格 , 而冷分子(速度较慢)放入A格 , 这样B格就会比A格温度高 , 可以利用此温差 , 驱动热机做功 。
这是第二类永动机的一个范例 。
若真能制造永动机 , 从宇宙层面上来说则可以逆转宇宙熵增 , 拯救宇宙 。
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从人类社会层面上来说 , 则可以实现能量无限 , 能量无限意味可创造财富无限 。
可梦想很美好 , 现实很骨感 。 无数人为了创造“永动机”前赴后继 。
麦克斯韦放出的这头“妖” , 纠缠了物理学家将近100年 。
直到香龙创立信息论才杀死了麦克斯韦妖 。
香农认为:“信息是用来消除随机不定性的东西” 。 物质、能量与信息是组成世界的三大要素 。
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“妖”要分隔冷热分子 , 首先要判断分子冷热 , 这就必须对原子测量 , 提取信息 , 这就需要消耗能量 , 这样就增加了熵 。 而且 , 熵的增量比麦克斯韦妖为了平衡熵而失去的量还多 。
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另外还可以把妖看成是一台电脑 , 当测量分子冷热后就要在磁盘上写下一个比特的测量记录 , 然后按照这个记录来执行程序 , 决定“门”是开是关 。
任何电脑的存储量都是有限制的 , 如果存满了 , 就得删除一些信息 , 腾出新的空间 。 但删除信息会导致热量耗散 , 向外释放更多的熵 。 所以 , 妖在获取、储存、删除信息时都要付出能量和熵增的代价 , 依然要遵守热力学第二定律 。
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人类制造永动机的梦想再一次破灭 。
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