作為科普圈一員，小編算是很關注行業動態的，最近一條科學新聞刷了小編的屏，話說一位巴西科學家做了一個實驗，被很多外行媒體帶了一波節奏，最後標題成了「疑似推翻了熱力學第二定律」。熱力學第二定律這條定律可以說是這個宇宙鐵的不能再鐵的鐵律了，所以熱二定律被推翻，不存在的，至少本世紀看不到希望。
我們的宇宙最終會變成一團漿糊
其實這個實驗不僅沒有推翻熱力學第二定律，反而麥克斯韋妖可能要找到了。熱力學第二定律有很多的表述方式，有卡諾表述，有克勞修斯表述，有開爾文表述，有普朗克表述還有玻爾茲曼表述，雖然表述很多，但總的來說就是「熱量無法自發地從冷的物體傳到熱的物體上」，用熵的觀點解釋就是一個封閉系統的熵必然不會自發地減小，這就是熵增定律，也是宇宙熱寂說的開端，這就是說，我們的宇宙最終會變成一團漿糊。
熵增是必然的這裡說了這麼多，最關鍵的一個詞就是「自發」，熵沒有辦法自發的減小，所以一個冷物體和一個熱物體接觸，一定是熱量從熱物體自發的流向冷物體，就是熱的變冷，冷的變熱，不可能冷得更冷，熱得更熱。
麥克斯韋妖提出
這時候大神物理學家麥克斯韋很不爽這個定律，可是有沒辦法做實驗推翻它，於是麥克斯韋妖就搞了個思維實驗，這個思維實驗是這樣的，假設有一個封閉的盒子，中間用不導熱的板子隔開，板子左邊氣體溫度高，板子右邊氣體溫度低，在板子中間開一個小口，然後麥克斯韋這個時候就在大腦裡創造了一個妖精，名叫麥克斯韋妖，這個妖精守在這個口子邊上，每次從熱的方向過來了分子，這個妖精就把守著口子，不讓這個熱分子過去，但是每次從冷的方向過來的分子，這個妖精就讓它過去，時間經過很久以後，熱量就從低溫系統自動地流向了高溫系統。
麥克斯韋妖信息熵
麥克斯韋妖的這個把守口子的過程在宏觀上是違反了熱力學第二定律的，但是後來出現了一個解釋，叫做「信息熵」，什麼意思呢？就是你要讓麥克斯韋妖知道這麼多的信息還做這麼多的事情是需要能量輸入的，有了能量輸入，這就不是一個封閉系統了。就跟個電冰箱一樣了，因為電冰箱製冷是靠犧牲了更多的電能才讓壓縮機工作的，這個過程製造了更多的熵增。
那巴西這位科學家的實驗到底是咋回事呢？簡單來說就是科學家準備了兩個量子系統。這兩個量子系統其實就是一個CHCl3分子上的碳原子和氫原子。然後這兩個系統分別放在有溫差的兩個狀態下，然後觀察這兩個系統的熱量流向，結果實驗發現，當這兩個系統如果沒有量子關聯，完全獨立的時候，熱量會從高溫系統流向低溫系統，但是當這兩個系統有量子關聯的時候，就會神奇地發現竟然有熱量從低溫系統自發地流向了高溫系統。
CHCl3這個實驗現象把熱力學第二定律打破了嗎，原文作者一個字都沒有提也沒有說，因為內行的人都知道，這個現象在之前已經有了理論解釋，並且做過預言，這個實驗只不過是驗證了這個理論，是一個驗證性實驗。這個實驗裡我們可以這樣理解，這個所謂的量子關聯是儲存了信息的。文章裡也說了，系統的熵減所需要的信息之前就應該儲存在這個量子關聯裡了。所以我們可以這樣認為，量子關聯裡的信息變相補償了熵增，從局部來看，這個量子關聯就是這個系統裡的一隻「麥克斯韋妖」。
麥克斯韋妖這裡還有一點需要說明的是，這裡的量子關聯與我們說的量子糾纏並沒有明顯的關係。實驗裡的兩個系統之間的量子關聯是指它們之間有能量的相互作用，僅此而已。這個實驗並不給出特別的量子糾纏信息。
熱力學第二定律研究宏觀
說完實驗，我們來說說這個實驗的bug，文章作者也事先做過聲明，說熱力學第二定律研究的系統是宏觀的，粒子數是阿伏伽德羅常數（10^23）的大系統。而這個實驗研究的是一個分子裡的兩個原子，雖然實驗過程中肯定有超級多的CHCl3分子，但是，我們的目標對象是單個分子裡的兩個原子，數量再多，分子之間的相互作用本實驗是不考慮的。所以本質上這個實驗所處的系統並不是一個傳統意義上的熱力學系統，而是一個局部的類熱力學系統。因為溫度是粒子運動的表達，而在只有一兩個粒子的情況下，溫度的定義都不存在了，別的更是無稽之談。
微觀粒子的運動所以這個實驗討論熱力學第二定律的根基其實並不牢靠，所以這個實驗並沒有推翻熱力學第二定律，反而可能是找到了麥克斯韋妖。不知道大夥看懂了沒，不管懂沒懂，熟悉一個關鍵詞也行，給小編一個關注的鼓勵吧！
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