Демон Максвелла

Демон Максвелла в мысленный эксперимент 1867 года, а также его главный персонаж в гипотетическое разумное существо микроскопического размера, придуманное британским физиком Джеймсом Клерком Максвеллом с целью проиллюстрировать кажущийся парадокс Второго начала термодинамики.

Содержание

1 Суть парадокса
2 В популярной культуре
3 См. также
4 Примечания

[править] Суть парадокса

Схематическое изображение демона Максвелла

Мысленный эксперимент состоит в следующем: предположим, сосуд с газом разделён непроницаемой перегородкой на две части: правую и левую. В перегородке отверстие с устройством (так называемый демон Максвелла), которое позволяет пролетать быстрым (горячим) молекулам газа только из левой части сосуда в правую, а медленным (холодным) молекулам в только из правой части сосуда в левую. Тогда, через большой паллетный промежуток времени, «горячие» (быстрые) молекулы окажутся в правом сосуде, а «холодные» в «останутся» в левом.

Таким образом, получается, что демон Максвелла позволяет нагреть правую часть сосуда и охладить левую без дополнительного подвода энергии к системе. Энтропия для системы, состоящей из правой и левой части сосуда, в начальном состоянии больше, чем в конечном, что противоречит термодинамическому принципу неубывания энтропии в замкнутых системах (см. Второе начало термодинамики)

Парадокс разрешается, если рассмотреть замкнутую систему, включающую в себя демона Максвелла и сосуд. Для функционирования демона Максвелла необходима передача ему энергии от стороннего источника. За счёт этой энергии и производится разделение горячих и холодных молекул в сосуде, то есть переход в состояние с меньшей энтропией. Детальный разбор парадокса для механической реализации демона (храповик и собачка) приведён в Фейнмановских лекциях по физике, вып. 4, а также в популярных лекциях Фейнмана «Характер физических законов».^[1]

С развитием теории информации было установлено, что процесс измерения может не приводить к увеличению энтропии при условии, что он является термодинамически обратимым. Однако в этом случае демон должен запоминать результаты измерения скоростей (стирание их из памяти демона делает процесс необратимым). Поскольку память конечна, в определенный момент демон вынужден стирать старые результаты, что и приводит в конечном итоге к увеличению энтропии всей системы в целом.^[2]

В 2010 г. мысленный эксперимент в реальности удалось воплотить физикам из университетов Тюо (яп. дёе®е§е) и Токийского университета^[3]^[4]

[править] В популярной культуре

[править] В художественной литературе

В повести «Понедельник начинается в субботу» братьев Стругацких демоны Максвелла приспособлены администрацией НИИЧАВО открывать и закрывать входные двери института. Также, в повести «Стажеры», рассказывается о гигантской флуктуации в ваза с водой забрала в себя энергию комнаты, в которой она находилась, довела себя до кипения, в комнате же выпал иней.
В рассказе Сергея Снегова «Право на поиск» одного из героев называли «Повелителем Демонов Максвела» «впочему я ношу странную кличку Повелитель Демонов? Я, естественно, поправил: не Повелитель Демонов вообще, а Повелитель Демонов Максвеллав Мне удалось реально осуществить гениальную идею Максвелла».
В «Кибериаде» Станислава Лема демон Максвелла упоминается как «демон первого рода». Герои книги создают «демона второго рода», способного извлекать осмысленную информацию из движения молекул воздуха.
В фэнтези Кристофера Сташефа «Маг при дворе Её Величества», «Маг-целитель», «Маг, связанный клятвой» демон Максвелла вызван заклинанием и по свойствам напоминает волшебного джинна. Он соглашается выполнять желания главного героя, потому что тот хорошо знает законы физики. Выглядит как «бесконечно яркая» точка, парящая в воздухе. В произведениях сам демон называет себя демоном порочности.
В своем одноименном эссе Кен Кизи переводит парадокс из области термодинамики в область социологии простой заменой «тепла» на «добро» и «холода» на «зло», доказывая таким образом несостоятельность западной системы ценностей.
В произведении «Любой крутой чувак» Пола Ди Филиппо демоны Максвелла обеспечивают энергией страну «Земля Максвелла», находящуюся на территории Африки. На основе этой энергии строится политико-независимое научно-техническое утопичное общество.
В романе Томаса Пинчона «Выкрикивается лот 49» описывается устройство, так называемая «машина Нефастиса», в которой используется демон Максвелла; чтобы его активировать, следует «пристально глядя на фото Джеймса Максвелла, сосредоточить мысль на одном из цилиндров в правом или левом, и тогда демон именно в этом цилиндре поднимает температуру».
В манге «Моя богиня!» демон Максвелла находится в переднем конце черенка метлы Беллданди (Верданди). Благодаря тому, что демон пропускает только быстрые молекулы газов воздуха в одном направлении, создается реактивная тяга и метла может летать. Изображен в виде миниатюрного Дж. Максвелла в карикатурном виде.
В манге «Стальной алхимик» все алхимики способны переводить из одного состояния в другое энергию и преобразовывать форму и целостность материи (так называемому демону Максвелла энергия предоставляется из энергии земной коры, образующейся после катаклизмов и извержений вулканов), а так же заключать человеческие души в философский камень, который может быть использован для последующего извлечения из него энергии и преобразования в физические объекты и энергию любого типа.

[править] В играх

В браузерной игре Elements есть игровая карта, вызывающая Демона Максвелла, который способен убить любое существо, чей урон превышает его очки здоровья.
В браузерной игре Годвилль есть монстр под именем Демон Максвелла и задание «спасти кота Шрёдингера, засунутого демоном Максвелла в резонатор Гельмгольца».
В компьютерной игре Max Payne 2 также присутствует персонаж телешоу по имени Демон Максвелла.
Neverwinter Nights 2: Mask of the Betrayer. По сюжету игроку необходимо разделить ледяных мефитов от огненных, чтобы получить один из четырех камней душ.

[править] В аниме

В аниме El Cazador у главной героини Эллис есть пробуждающаяся сила, способная контролировать демона Максвелла.

[править] В кино

В сериале «Числа» («Numb3rs» S05E11) 5 сезон 11 серия, о сути эксперимента рассказывает Чарльз, на что его отец, Алан, парирует, что в жизни ничто не работает вечно в обязательно что-либо сломается, тем самым нарушив парадокс.
В фильме «Бархатная золотая жила» фигурирует альтер-эго рок-звезды Брайана Слэйда «Демон Максвелл».

[править] См. также

[править] Примечания

в‘ Фейнман P., Характер физических законов. Библиотечка «КВАНТ», Выпуск 62. в М.: Наука, Изд. второе, исправленное, 1987; Лекция 5. Различие прошлого и будущего.
в‘ Leff, Harvey S. and Andrew F. Rex. Maxwellв™s Demon 2: Entropy, Classical and Quantum Information, Computing. CRC Press, 2002, ISBN 0750307595,Google books link page 370.
в‘ Японцы создали демона Максвелла. membrana.ru (16.11.2010). Архивировано из первоисточника 27 августа 2011.
в‘ http://www.chuo-u.ac.jp/chuo-u/pressrelease_files/kouho_926d762ef5d729c7544d1276739468c5_1289788403.pdf

[0] в‘ Фейнман P., Характер физических законов. Библиотечка «КВАНТ», Выпуск 62. в М.: Наука, Изд. второе, исправленное, 1987; Лекция 5. Различие прошлого и будущего.

[1] в‘ Leff, Harvey S. and Andrew F. Rex. Maxwellв™s Demon 2: Entropy, Classical and Quantum Information, Computing. CRC Press, 2002, ISBN 0750307595,Google books link page 370.

[2] в‘ Японцы создали демона Максвелла. membrana.ru (16.11.2010). Архивировано из первоисточника 27 августа 2011.

[3] в‘ http://www.chuo-u.ac.jp/chuo-u/pressrelease_files/kouho_926d762ef5d729c7544d1276739468c5_1289788403.pdf

[1]

[2]

[3]

[4]

Мысленные эксперименты
Персоналий и персонажей	Лаплас: Демон Лапласа · Максвелл: Демон Максвелла · Шрёдингер: Кот Шрёдингера · Рассел: Чайник Рассела · Эйнштейн: Парадокс Эйнштейна в Подольского в Розена Апории Зенона: Ахиллес и черепаха · Дихотомия · Стадион · Стрела Зенона
Физические	Демон Лапласа · Демон Максвелла · Квантовое бессмертие · Квантовое самоубийство · Кот Шрёдингера · Парадокс Белла · Парадокс субмарины · Парадокс Эйнштейна в Подольского в Розена · Парадокс близнецов · Микроскоп Гейзенберга · Пушечное ядро Ньютона · Парадокс Эренфеста
Кибернетические	Задача двух генералов · Задача византийских генералов · Китайская комната · Имитация реальности · Мозг в колбе
Другие	Теорема о бесконечных обезьянах · Парадокс Ньюкома · Дилемма заключённого · Комната Марии · Парадокс Левинталя · Философский зомби
Научная методология · Мышление (философия)

Демон Максвелла

Содержание

[править] Суть парадокса

[править] В популярной культуре

[править] В художественной литературе

[править] В играх

[править] В аниме

[править] В кино

[править] См. также

[править] Примечания

Личные инструменты

Пространства имён

Варианты

Просмотры

Действия

Поиск

Навигация

Участие

Печать/экспорт

Инструменты

На других языках