Демон на Максуел

Демонът на Максуел е мисловен експеримент, представляващ привиден парадокс, свързан с втория принцип на термодинамиката. Представен от Джеймс Кларк Максуел, експериментът цели да докаже, че „вторият принцип на термодинамиката има само статистически смисъл“,[1] т.е. че макар и статистически в повечето случаи той да е изпълнен, могат да бъдат конструирани термодинамични системи, в които вторият принцип на термодинамиката да не е верен.

Схематично представяне на т.нар. „Демон на Максуел“

Максуел дава следната картина за мисловния експеримент: нужно е да си представим съд с газ в термодинамично равновесие, по средата на който поставяме идеално непропусклива мембрана. Единственото място, през което молекули газ могат да преминават от едната част на съда в другата е малък процеп, до който стои микроскопично същество — т. нар. „Демон на Максуел“ — което притежава разум. Когато дадена молекула стигне до процепа, според скоростта на молекулата съществото от експеримента решава дали да я изпрати в едната или в другата част на съда. Ако съществото изпраща бързите молекули в едната, а бавните молекули в другата част на съда, то тогава температурата в първата част ще се повишава, а във втората ще спада, тоест потокът топлина ще бъде насочен от по-студената термодинамична система към по-топлата, противно на изискванията на втория принцип.

Парадоксът бива разрешен, ако отчетем факта, че вторият принцип на термодинамиката не изключва локално понижение на ентропията, а изисква единствено повишение на глобалната ентропия. В случая с демона на Максуел трябва да се отчете, че за да може да понижи локално ентропията в двете части на съда, демонът трябва да е способен да измери скоростите на всяка молекула и да вземе индивидуално решение за това дали да пропусне или не дадена молекула. Целият този процес изисква разход на енергия и повишаване на ентропията с по-голяма абсолютна стойност от намалението на ентропията в целия съд. Така макар и локално (в съда) ентропията да намалява, ентропията в цялата система (демон+съд) се увеличава, точно както го изисква вторият принцип.

ИзточнициРедактиране

  1. Cargill Gilston Knott (1911). "Quote from undated letter from Maxwell to Tait". Life and Scientific Work of Peter Guthrie Tait. Cambridge University Press. p. 215.