破解物理學四大神獸之麥克斯韋妖悖論

2020-11-16 黑瞳宇宙探秘

愛因斯坦曾經說過「熱力學第二定律」是宇宙中唯一一個「永不被推翻」的物理理論。

何謂熱力學第二定律。

克勞修斯表述為：熱量不能自發地從低溫物體轉移到高溫物體。

英國物理學家開爾文表述為：第二類永動機不可能實現。

不可能製成一種循環動作的熱機，從單一熱源取熱，使之完全變為功而不引起其它變化。

熵增加原理表述為：孤立系統的熵永不自動減少，熵在可逆過程中不變，在不可逆過程中增加。

經典電動力學的創始人，統計物理學的奠基人之一，18世紀英國偉大的物理學家麥克斯韋，曾經提出一個麥克斯韋妖的悖論，試圖打破熱力學第二定律。

（麥克斯韋妖）

麥克斯韋妖可以簡單表述為：一個絕熱容器被分成相等的兩格，中間是由「妖」控制的光滑無摩擦的一扇小「門」，容器中的空氣分子作無規則運動向門上撞擊，妖操縱「門」將熱分子（速度較快）放入B格，而冷分子（速度較慢）放入A格，這樣B格就會比A格溫度高，可以利用此溫差，驅動熱機做功。

這是第二類永動機的一個範例。

若真能製造永動機，從宇宙層面上來說則可以逆轉宇宙熵增，拯救宇宙。

從人類社會層面上來說，則可以實現能量無限，能量無限意味可創造財富無限。

可夢想很美好，現實很骨感。無數人為了創造「永動機」前赴後繼。

麥克斯韋放出的這頭「妖」，糾纏了物理學家將近100年。

直到香龍創立資訊理論才殺死了麥克斯韋妖。

香農認為：「信息是用來消除隨機不定性的東西」。物質、能量與信息是組成世界的三大要素。

「妖」要分隔冷熱分子，首先要判斷分子冷熱，這就必須對原子測量，提取信息，這就需要消耗能量，這樣就增加了熵。而且，熵的增量比麥克斯韋妖為了平衡熵而失去的量還多。

另外還可以把妖看成是一臺電腦，當測量分子冷熱後就要在磁碟上寫下一個比特的測量記錄，然後按照這個記錄來執行程序，決定「門」是開是關。

任何電腦的存儲量都是有限制的，如果存滿了，就得刪除一些信息，騰出新的空間。但刪除信息會導致熱量耗散，向外釋放更多的熵。所以，妖在獲取、儲存、刪除信息時都要付出能量和熵增的代價，依然要遵守熱力學第二定律。

人類製造永動機的夢想再一次破滅。

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