麦克斯韦妖再现江湖,熵减成真!曾纠缠物理学家一百多年


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综述在物理学领域 , 关于热力学方面有着四个被人们所熟知的固定理论 , 其中的第二条其实就是关于热力学的可逆性的一种表述 。 在这一定律中讲到 , 在无外界环境影响的情况下 , 物体的热量总是从高温区域自主移向低温区域 。
其实这一定律也不难理解 , 在生活中也有很多可以证明的例子 , 就拿我们平常喝的水来说 , 当一冷一热的两杯水紧密的接触在一起时 , 如果忽略周围环境对其的影响 , 那么结果就会显而易见 , 冷水的温度升高 , 而热水的温度也会随之降低 , 这就是热量转移的一个非常典型的实例 。

麦克斯韦妖在科学界一直坚定的认为所谓的第二定律是完全正确的存在 , 如果它存在误差或者谬误那么就会出现所谓的永动机 。
关于第二类永动机的猜想 , 人们认为如果可以设置一种特殊的装置 , 让它可以直接从周围环境中获取热量 , 进而再把捕获的热量通过一系列运动和变化转变成功 , 进而获得源源不断动能 , 成为永动机 。

但是要实现这一过程 , 就表示从某一热源上获取的能量是全部可以利用起来的 , 是没有任何损失的 , 但这很明显是与第二定律相悖 , 因此如果要实现永动机的猜想首先就是要推翻热力学第二定律的束缚 。

为了探究背后的奥秘 , 研究出真正的永动机 , 科学家们也付出了辛勤的努力 , 耗尽数十年只为找到突破口 , 不过这个永动机的突破口还真被科学家们找到了 , 那就是著名的麦克斯韦妖定律 。

什么是麦克斯韦妖这个名字如果从表面上看的话的确是很奇怪的 , 麦克斯韦是我们所熟知的一位著名的科学家和物理学家 , 那么这个妖又代表着什么呢?大约在1871年的时候 , 麦克斯韦在一次又一次的企图用实验和验证来推翻第二定律的时候 , 突发奇想出了一个新奇的热力学模型 。
简单的来说 , 这个全新的模型是置于一个完全封闭且绝热的容器当中的 , 这个容器从中间被同样有较好隔热效果的材料分成两半 , 两边的容器所处的环境和以及体积压力等条件都是完全一致的 。

【麦克斯韦妖再现江湖,熵减成真!曾纠缠物理学家一百多年】而所谓的妖就是一个假象的管理者 , 他负责在中间位置进行管理 , 当两边的粒子开始热运动的时候它就可以出面进行管理 , 它认为可以出来的粒子就可以进入另一边 , 不可以出来的粒子就只能在原地打转 。

所以在麦克斯韦的想法中 , 这个妖就是用来管控热分子和冷分子的 , 有了它的存在 , 冷热分子就可以被完全分割开来 , 从而在两侧形成巨大的温差效应 , 而人类就可以利用这种温差来实现做功和永动 ,

关于麦克斯韦妖的构象 , 科学家们也提出了不少疑问 , 其中问的最多的就是这个所谓的妖 , 毕竟在科学家们看来任何的动作都是要进行做功和消耗能量的 , 而妖的开关门动作其实也就相当于是做功的过程 , 同样还是会消耗其中的热量 。

所以在第二次能量交换的过程中所产生的功就会因为消耗而减少 , 即便是消耗的功的量极为稀少 , 但只要这个机器在不断的运动终会有结束的时候 , 在有限次的热量流动的过程中 , 最终还是会出现能量完全耗尽的情况 。

所以这个理论实际上是无法成立的 。 不过麦克斯韦却提出了相反的结论 , 在他看来 , 所谓的妖是不能按照人类的常理来进行描述的 , 之所以把它称之为妖就是想让它的存在变得极为渺小 , 是接近于无穷小的存在 , 所以这个所谓的间隔的门也近似于质量为零 。

而按照这个理论发展下去 , 开关门所消耗的功也就是近似于零的了 。 虽然在理论上这个说法好像是说得通的 , 但是麦克斯韦还是需要通过实践来证实 , 毕竟所谓的无限接近 , 终究不等于零 , 但是从另一个角度来说 , 质疑这一理论的科学家们也无法进行反驳 , 毕竟这些都是处于猜想阶段 。

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