Co je Maxwellův démon?

Pojem Maxwellova démona je pojmenován po Jamesi Clerkovi Maxwellovi. Koncept se snaží vysvětlit, co se stane, když jsou dva objekty vystaveny různým stupňům tepla. Pojem, že démon otevírá dveře rychle se pohybujícím částicím, které je přemísťují do jedné komory, což ho činí teplejším než druhá komora, je stále široce zkoumán. Myšlenka porušila druhý zákon termodynamiky.

Původ a historie Maxwellova démona

Nápad byl nejprve vznášen v prosinci 11, 1867, Maxwell v dopise Peterovi Guthrie Tait, jeho kolega vědec. V 1871, Maxwell znovu psal John William Strutt na stejné myšlence. S jejich vstupem Maxwell představil tuto myšlenku veřejnosti v roce 1972 prostřednictvím knihy s názvem „Teorie tepla“. zákony termodynamiky. První zákon uvádí, že energie nemůže být „stvořena ani zničena“, zatímco druhý zákon stanoví, že jakmile je energie přeměněna, je nevratná.

Maxwellův experiment

Maxwell použil dvě nádoby; nádoba X a Y s plynem uvnitř. Nádoby byly umístěny vedle sebe a mezi nimi byl vyvrtán malý otvor. Teploty pak byly buď sníženy nebo zvýšeny v každé z cév. Molekuly v jedné nádobě měly tendenci se pohybovat v závislosti na úpravě iniciované v důsledku získání nebo ztráty energie. Představoval si, že démon hlídá dveře a odděluje molekuly pohybující se vysokou rychlostí od těch, kteří se pohybují průměrnou rychlostí.

Když se rychle se pohybující molekula z X střílí směrem k poklopu, démon otevře dveře a molekula se bude pohybovat od X k Y. démon ji nechá projít z Y na X. Přibližná rychlost molekul v Y se bude zvyšovat, zatímco v X se postupně sníží. Protože přibližná molekulová rychlost odpovídá teplotě, teplota klesá v X a zvyšuje se v Y, což je v rozporu s druhým zákonem termodynamiky. Démon musí dovolit molekulám projít na obě strany tak, aby produkovaly pouze kolísání teploty. Experiment zjistil, že brána oddělující obě sekce se selektivně otevře v závislosti na rychlosti částic.

Kritika k experimentu

V roce 1929 přemýšlel Leo Szilard a Leon Brillouin, jak byl „démon“ schopen měřit rychlost molekul. Oni argumentovali, že teorie nemohla odstranit termodynamické pravidlo. Oni také tvrdili, že „démon“ bude s časem nedostatek místa pro ukládání informací, a proto začne mazat dříve uložená data. Vědecky není možné získat více energie, než jste uvedli. Proces otevírání a zavírání brány „démona“ vyžaduje určitou spotřebu energie. To znamená, že k identifikaci horkých nebo studených molekul je zapotřebí více energie, aby se Maxwellova myšlenka zpochybňovala, protože by spustila otevření brány i pro studené molekuly.