麦克斯韦妖
出生日期:1871年
主人:麦克斯韦
门派:热力学
能力:逆转时空
早在公元1200年,数以千计的科学家痴迷于永动机不能自拔。到了19世纪,热力学蓬勃发展,各类永动机被一一枪毙。这时候,让爱因斯坦都崇拜不已的电磁学大牛麦克斯韦创立了物理学史上第三大神兽——麦克斯韦妖。如果这神兽真的存在,或许创立违背热力学第2定律的永动机就不是梦了,走向熵寂的宇宙也有起死回生的可能。
麦克斯韦妖(Maxwell's demon),是在麦克斯韦假想的妖,能探测并控制单个分子运动,麦克斯韦意识到自然界存在着与熵增相拮抗的能量控制机制,但无法清晰说明这种机制,只能诙谐假定一种“妖”。简单描述,一个绝热容器被分成相等的两格,中间是由“妖”控制的一扇小“门”,麦克斯韦妖个头迷你,没啥特别的本事,但眼神好,反应敏捷,能准确地探测并控制单个分子运动,迅速把快速移动的分子从从左盒丢进右盒,把慢速运动的分子从右盒丢进左盒。因此,这个小盒子不仅左右部分形成了温差,还实现熵的自发减少。乍一看来,麦克斯韦妖击败热力学第2定理不在话下,同时也让烜赫一时的“热寂说”也多了一个反对势力。麦克斯韦妖的物理学意义是让混乱变得有序,避免封闭系统变成一潭死水。扩展到现实世界,那此神兽能就能操控万物,逆转阴阳。
尽管人们希望这带领宇宙违背热力学第2定律的麦氏小妖真的存在,但在纪律森严的物理帝国,心地单纯的麦氏小妖同样命途多舛,它困扰科学家150余年,迄今仍不知是死是活。20世纪50年代,信息熵的概念被提出。麦克斯韦妖若要实现热力学上的熵减,势必需要获取分子运动的信息,不耗损能量而获得信息是不可能的,因此,在孤立系统中麦克斯韦妖不可能存在。归根结底,这个兢兢业业的小妖精可能只是人类想象中的救世主,不可能在时空中存在。
不过,信息论在热力学这儿插了一脚后,麦克斯韦妖的存亡之战愈加精彩。进入21世纪,学界痴迷于研究熵减过程,麦克斯韦妖再现踪迹。2007年2月发现一种人造麦克斯韦妖,通过“信息擒纵阀”使系统逐渐远离平衡态,不过,这个人造麦克斯韦妖仍需要光作为能量源。
麦克斯韦妖是科学家眼中真正的救世主,如果它真的存在,那老人可以华发变成黑发,宇宙能从熵寂走向重生。从此,覆水可收,破镜重圆。