Демон Максвелла и второй закон термодинамики
Демон Максвелла — это гипотетическое существо, предложенное в 1867 году Джеймсом Клерком Максвеллом, которое иллюстрирует возможное нарушение второго закона термодинамики. Согласно этому закону в любой изолированной системе энтропия, или степень неупорядоченности, всегда возрастает или остается неизменной. Однако демон Максвелла, управляющий движением молекул газа между двумя резервуарами с различными температурами, кажется, способен уменьшить энтропию системы, не затрачивая энергии.
Демон размещается перед маленьким отверстием в перегородке между двумя резервуарами. Он позволяет быстрым молекулам из более холодного резервуара проходить в горячий, а медленным - из горячего в холодный, тем самым создавая температурную разницу без работы.
Но как это связано с нарушением закона? На первый взгляд, демон нарушает второй закон, снижая энтропию системы. Однако реализованного эксперимента доказать это невозможно. Теория информации помогает понять, почему демон не может функционировать без энергетической затратности. Когда демону надо запоминать и сортировать молекулы, он использует информацию. Эта потребность в записи информации и её последующей обработке обуславливает необходимость затраты энергии, возвращая систему в согласие с вторым законом.
Существует несколько подходов для объяснения невозможности действия демона на практике. Главным считается Ландо'верский принцип, предполагающий, что информация имеет физическую природу, и её манипуляция требует энергии. Этот подход связывает термодинамику и теорию информации и указывает, что демон не может действовать без подчинения законам физики.
Категория: Физика
Теги: термодинамика, энтропия, филосовские концепции