大家好，歡迎收看量子科普第122期，今天和大家聊一聊麥克斯韋妖
1935年，奧地利著名物理學家薛丁格提出了一個關於量子力學的思想實驗，即薛丁格的貓，後來薛丁格憑藉著「薛丁格的貓」中的那隻不打開箱子就不知道死活的貓火遍了全球，詭異的薛丁格的貓讓越來越多的人開始關注正在興起的量子力學，其實在薛丁格的貓誕生之前，物理學中還有一個有趣的思想實驗，它就是麥克斯韋妖。
薛丁格提出薛丁格的貓是為了反駁以玻爾為首的哥本哈根學派關於粒子不確定性的定論，而麥克斯韋提出麥克斯韋妖是為了論證人類歷史上很偉大的一次嘗試—永動機。
人類研究永動機的歷史可以分為兩類，分別是第一類永動機與第二類永動機，第一類永動機指的是不消耗任何能量，卻可以源源不斷的對外做功，歷史上也有很多人宣稱造出了永動機，但無一例外，都是自欺欺人，後來物理學家們得出結論：能量不可能憑空產生，於是物理學家們用熱力學第一定律徹底否定了第一類永動機產生的可能性，不過人們對於永動機的渴望並沒有停止，於是誕生了第二類永動機。
第二類永動機指的是機器從海洋、大氣中吸取熱能，然後將熱能作為驅動永動機轉動和功輸出的源頭，這樣來看，第二類永動機明顯要比第一類永動機靠譜的多，最起碼它是根據熱力學原理提出的，後來美國還真有人造出了第二類永動機，而且還賣給了美國國防部，原理是利用海洋溫度與氨的氣化、液化來驅動機器，但最終也以失敗而告終，因為汽化後的液氨在沒有低溫熱源存在的條件下無法重新液化，所以不能完成循環。
基於第二類永動機，物理學家提出了熱力學第二定律：不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體，不可能從單一熱源吸取熱量，使之完全變為有用功而不產生其他影響。不可逆熱力過程中熵的微增量總是大於零。又稱「熵增定律」，表明了在自然過程中，一個孤立系統的總混亂度（即「熵」）不會減小，熱力學第二定律直接宣判了第二類永動機的死刑。
但是著名的英國物理學家麥克斯韋對於熱力學第二定律提出了質疑，麥克斯韋認為自然界一定存在著一種與熵增定律，即溫度不可能從高溫傳向低溫相悖的機制，但是麥克斯韋又很難將這種機制數學化的表達出來，於是麥克斯韋就提出了一個思想實驗：即麥克斯韋妖。
物體的溫度是由粒子的運動速度快慢決定的，物體內部粒子運動速度快，則物體溫度高，物體內部運動速度慢，則物體溫度低，麥克斯韋做出了這樣一個假設，：一個絕熱容器被分成相等的兩格，中間是由麥克斯韋妖控制的一扇小門，容器中的空氣粒子作無規則熱運動，並且會向門上撞擊，麥克斯韋妖可以選擇將速度較快的粒子放入一格，將速度較慢的粒子放入另一格，容器中的一格就會比另外一格溫度高，可以利用此溫差，驅動熱機做功。