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麦克斯韦妖究竟是一个什么样的“妖”?

麦克斯韦妖究竟是一个什么样的“妖”?

麦克斯韦妖(Maxwell's demon),是在物理学中假想的妖,能探测并控制单个分子的运动,于1871年由英国物理学家詹姆斯·麦克斯韦为了说明违反热力学第二定律的可能性而设想的。

当时麦克斯韦意识到自然界存在着与熵增加相拮抗的能量控制机制。但他无法清晰地说明这种机制。他只能诙谐地假定一种“妖”,能够按照某种秩序和规则把作随机热运动的微粒分配到一定的相格里。麦克斯韦妖是耗散结构的一个雏形。

扩展资料

麦克斯韦假想,宇宙中有这么一种机制(当然是假想的),这种机制宛如一个拥有亿万级显微镜的智者,他窥探到了每个分子的一举一动。假如有一个完全与外界隔绝的箱子,中间用一块完全隔热的板子隔开,出了一个小门,而麦克斯韦妖就站在小门前。

他站在门前,盯住了每一个分子,如果是运动快的分子(势能高,即比较热)他就不让这个分子过去,如果是运动比较慢的分子(势能低,即比较冷)他就放它过去。久而久之,原本温度平衡的箱子,就出现了一半热一半冷的现象。

这个是与热力学第二定律相悖的,根据熵增定理,上诉过程相反一下才是正确的。

提到妖怪,大家都很容易想到在一些神话类的文学作品之中。会出现这类动物的身影。其实在物理学界也有这样的一个妖怪,也就是麦克斯韦妖,其实从某种程度上来讲,麦克斯韦妖是一个被物理学界假想出来的妖怪。

之所以这样说,是因为这样的一个妖怪,他是和热力学的第二定律有密切关系的。这一个定律的具体表述便是不可能再把热从低温物体转移到高温物体的时候,不产生其他的任何影响,或者是说再从单一取热使之完全转换为有用功率的时候,不可能不产生其他的影响。

这样的一个定律其实是在1871年的时候,被著名的物理学家詹姆斯麦克斯韦所提出的,他在当时提出这样的一个定律,其实是想要说明这样的一个定律违反了热力学第二定律的可能性,因此才将它假设成是一个妖怪,用它去探测并且控制单个分子的运动。

这样一个假想的妖怪出现之后,让麦克斯韦意识到了,在自然界之中很有可能就存在着这样一种可以进行能量控制的机制,但是这样的一个机制麦克斯韦却并没有办法将他完整的表述和说明出来,因此才会将他假想成为一个妖怪。

也就是现在大家所提到的麦克斯韦妖,这并不是一个真实存在的妖怪,也并不是大家想象之中的某种动物,而是一种物理学界的定律。他负责按照某种秩序,把随机热运动的微粒进行分配。

麦克斯韦妖

1871年,麦克斯韦发明了一个小精灵——后来就叫做麦克斯韦妖——用来说明熵和气体中热运动论的统计性质。

这个所谓的“妖怪”是与热力学第二定律有关的。