Демон Максвелла

Демон Максвелла — уявний експеримент, запропонований 1867 року, а також його головний персонаж — гіпотетична розумна істота мікроскопічного розміру, придумана Джеймсом Максвеллом з метою проілюструвати удаваний парадокс другого закону термодинаміки.

Суть парадоксу

Уявний експеримент полягає в наступному: припустимо, що посудину з газом розділено непроникною перегородкою на дві частини: праву і ліву. У перегородці отвір з пристроєм (демоном Максвелла), який дозволяє пролітати швидким (гарячим) молекулам газу тільки з лівої частини посудини в праву, а повільним (холодним) молекулам — тільки з правої частини посудини в ліву. Тоді, через великий проміжок часу, гарячі молекули опиняться в правій частині посудині, а холодні — в лівій.

Таким чином, виходить, що демон Максвелла дозволяє нагріти праву частину посудини і охолодити ліву без додаткового підведення енергії до системи. Ентропія для системи, що складається з правої і лівої частини посудини, в початковому стані більша, ніж у кінцевому, що суперечить термодинамічному принципу незнижуваності ентропії в замкнутих системах (див. Другий закон термодинаміки)

Парадокс вирішується, якщо розглянути замкнуту систему, що включає в себе демона Максвела і посудину. Для функціонування демона Максвелла необхідна передача йому енергії від стороннього джерела. За рахунок цієї енергії й проводиться поділ гарячих і холодних молекул у посудині, тобто перехід у стан з меншою ентропією. Детальний розгляд парадоксу для механічної реалізації демона (храповик і собачка) наведено в фейнманівських лекціях з фізики, вип. 4, а також в популярних лекціях Фейнмана «Характер фізичних законів»[1].

З розвитком теорії інформації було встановлено, що процес вимірювання може не приводити до збільшення ентропії за умови, що він є термодинамічно зворотним. Однак у цьому випадку демон повинен запам'ятовувати результати вимірювання швидкостей (стирання їх з пам'яті демона робить процес незворотним). Оскільки пам'ять скінченна, в певний момент демон змушений стирати старі результати, що й приводить в остаточному підсумку до збільшення ентропії всієї системи в цілому[2].

У популярній культурі

У художній літературі

У повісті «Понеділок починається в суботу» братів Стругацьких демони Максвелла пристосовані адміністрацією НІІЧАВО відчиняти та зачиняти вхідні двері інституту. Також, у повісті «Стажери», розповідається про гігантську флуктуацію — ваза з водою забрала в себе енергію кімнати, в якій вона перебувала, довела себе до кипіння, в кімнаті ж випала паморозь.
У «Кіберіаді» Станіслава Лема демон Максвелла згадується як «демон першого порядку». Герої книги створюють «демона другого порядку», здатного витягати осмислену інформацію з руху молекул повітря.
У фентезі Крістофера Сташефа «Маг при дворі Її Величності», «Маг, пов'язаний клятвою» демон Максвелла викликаний закляттям і за властивостями нагадує чарівного джина. Він погоджується виконувати бажання головного героя, бо той добре знає закони фізики. Виглядає як маленька жаринка.
У своєму есе Кен Кізі переводить парадокс з області термодинаміки в область соціології простою заміною «тепла» на «добро» і «холоду» на «зло», доводячи таким чином неспроможність західної системи цінностей.
У творі «Будь-який крутий чувак» Пола Ді Філіппо демони Максвелла забезпечують енергією країну «Земля Максвелла», що знаходиться на території Африки. На основі цієї енергії будується політико-незалежне науково-технічне утопічне суспільство.
У романі Томаса Пінчона «Викривається лот 49» описується пристрій, так звана «машина Нефастіса», в якій використовується демон Максвелла; щоб його активувати, слід «пильно дивлячись на фото Джеймса Максвелла, зосередити думку на одному з циліндрів — правому або лівому, і тоді демон саме в цьому циліндрі піднімає температуру».
У «Астровітянці» Ніколая Горькавого демон Максвелла згадується як вигук здивування. Твір написаний з місією популяризувати науку, всі лайливі слова та вигуки є посиланням на різних вчених або терміни з фізики, космології та т.п.

В іграх

У браузерній грі Elements є ігрова картка, що викликає Демона Максвелла, який здатний убити будь-яку істоту, чия сила перевищує його очки здоров'я.
У комп'ютерній грі Max Payne 2 також присутній персонаж телешоу на ім'я Демон Максвелла.

У аніме

У аніме El Cazador у головної героїні Елліс пробуджується сила, здатна контролювати демона Максвелла.

Див. також

Примітки

Фейнман P., Характер фізичних законів. Бібліотечка «КВАНТ», Випуск 62. — М.: Наука, Вид. друге, виправлене, 1987; Лекция 5. Различие прошлого и будущего. Архівовано 22 травня 2007 у Wayback Machine.
Leff, Harvey S. and Andrew F. Rex. Maxwell's Demon 2: Entropy, Classical and Quantum Information, Computing. CRC Press, 2002, ISBN 0-7503-0759-5, 's Demon 2: Entropy, Classical and Quantum Information, Computing Google books link page 370.

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.

[1] Фейнман P., Характер фізичних законів. Бібліотечка «КВАНТ», Випуск 62. — М.: Наука, Вид. друге, виправлене, 1987; Лекция 5. Различие прошлого и будущего. Архівовано 22 травня 2007 у Wayback Machine.

[2] Leff, Harvey S. and Andrew F. Rex. Maxwell's Demon 2: Entropy, Classical and Quantum Information, Computing. CRC Press, 2002, ISBN 0-7503-0759-5, 's Demon 2: Entropy, Classical and Quantum Information, Computing Google books link page 370.