物理学上有四大神兽，划分是芝诺的乌龟，拉普拉斯兽、麦克斯韦妖、薛定谔的猫。之前屡次共享过薛定谔的猫皇冠手机登录入口，今天链接共享另一大神兽：麦克斯韦妖。

1872年，物理学界大佬麦克斯韦在一册书中提到，有一种生物可能会违犯热力学第二定律，具体是如何回事呢？

让咱们设计有一种奇特的生物，暂且叫它“麦克斯韦妖”，这种生物领有很高的才气，不错精准跟踪每个分子的踪迹轨迹，能分辨出分子的速率位置等，八成按照某种秩序或者规矩把无意通顺的分子分派到相应的区域。

刻下，假定有这样一个容器，容器被分为A和B两部分，两部分中间有隔板分开，隔板上有一个小洞。由于麦克斯韦妖能精准不雅测到单个分子的通顺速率和位置，是以表面上就不错让通顺速率更快的分子从A部分投入到B部分，只需要比及某个速率更快的分子将近到达隔板上的小洞时，立地绽开隔板，分子就会从A部分到达B部分。

如斯不休进行相通的操作，效力就是B部分的分子通顺速率更快，而A部分的分子通顺速率更慢，B部分的温度更高，A部分的温度更低。麦克斯韦假定挡板相称轻，对挡板绽开经由中的作念功不错忽略不计。

这就意味着，麦克斯韦妖在什么齐莫得作念，起码莫得作念功的情况下，就让热量完毕了交换，这昭彰违犯了热力学第二定律，光显是不成能的。

这就是麦克斯韦妖的由来，那么，咱们到底该如何讲明麦克斯韦妖违犯热力学定律这个矛盾呢？

先从热力学第二定律提及。

热力学定律共有四个，咱们比拟熟识的是前三个定律，第四个定律叫作念“热力学第零定律”，有利思的不错去搜索了解下，这里不再胪陈了。

第一定律是能量守恒定律，第二定律也被称为“熵增定律”，天然界能量改造齐是具有标的性的，不成逆的。第三定律，统统零度时，统统纯物资的圆善晶体的熵值为零。也叫统统零度。统统零度践诺是无法达到的，仅仅表面值。

三大定律中，第二定律其实更趣味，能带给咱们更深的念念考。热力学第二定律正常有两种表述格式。

第一：不成能制造出这样一种热机皇冠手机登录入口，只从单一热源吸热对外作念功而不产生其他影响。

第二：不成能把热量从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，或者说热量不成能自愿地从低温物体传到高温物体。

而麦克斯韦妖的操作，昭彰意味着热能不错额自愿地从低温物体迁徙到高温物体。何况刚才说了，热力学第二定律其实亦然“熵增旨趣”，该旨趣标明，在一个顽固的系统里，系统老是倾向于从有序到无序，这个经由是不成逆的。

从熵的角度来讲，麦克斯韦妖相通是矛盾的，违犯了熵增定律，毕竟速率更快的分子沿途到B部分，速率更慢的分子留在A部分，很昭彰通盘系统变得更有序了。

再来说说温度的想法。

提到温度，咱们正常会用热或者冷来表述，其中这种表述格式是不严谨的，因为冷热齐是相对的，40的天气咱们嗅觉很热，但40度在太阳温度眼前又显得太冷了。

物理学上对温度的界说是这样的，用平均动能来暗示，平庸贯穿就是普遍分子的平均动能，而不是单个分子的热通顺，这里哄骗的是统计学旨趣。每个分子齐有热通顺，但并不是统统的分子齐以调换的速率通顺。

说罢了温度的想法，再拒接顶来望望麦克斯韦妖这个“恶魔”。为了更好地贯穿麦克斯韦妖，咱们以致不错把这个恶魔遐想成一个方法相称小的传感器，能精准感应到分子的速率，从而决定是绽开挡板如故关闭挡板。

当传感器感应到速率较快的分子时，用红色小点暗示这样的分子，就会绽开挡板，让分子投入B区域。若是传感器感应到的是速率较慢的分子，就不会绽开挡板。如斯一来，到终末B区域就只会剩下速率较高的分子，温度天然也会更高。

刚才也说了，这就十分于恶魔莫得使用任何动力，就不错把热量从低温物体传递到高温物体。若是真实不错这样作念的话，那东说念主类就发达了，意味着透顶的动力解放，说白了就是咱们领有了心驰神往的永动机，毋庸再为动力艰巨而发愁。

缺憾的是，上头的设计是不成能的，因为违犯了热力学第二定律，咱们不成能通过这种格式制造出永动机的。

可是，问题还在，咱们该如何解释麦克斯韦妖的算作呢？明明违犯了热力学第二定律皇冠手机登录入口，但看上去照实践得通。麦克斯韦妖这个念念想实验到底那里出了问题呢？

对于麦克斯韦妖这个恶魔，第一个问题是，这个恶魔真实能精准测量出每个分子的速率吗？何况测量的经由真实不奢侈任何能量吗？

事实上，能精准测量出每个分子的速率的“恶魔”是不存在的。防卫的东说念主可能依然看出来了，在麦克斯韦妖这个念念想实验经由中，完全莫得谈到恶魔是如何精准测量分子速率的。

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而现实情况是，岂论恶魔如何测量分子的速率，也就是测量温度，一定会使用能量。而奢侈能量就意味着着熵增。

恶魔在处理分子的信息形成的会熵增，远远卓越分派粒子的熵减，是以麦克斯韦妖并不违犯热力学第二定律。科学家们信赖测量信息的经由一定会产生熵，而这时候阿谁恶魔其实依然死了。

不外匈牙利物理学家希拉德在1929年又让恶魔“回生”了。具体如何回事呢？他作念了一个麦克斯韦妖的升级版实验，亦然一个念念想实验，构造了一个只需要处理单个分子的简化恶魔系统，也就是单分子引擎。

这个念念想实验具体是这样的。

在一个密闭的箱子里有一个分子。妖醒目过测量，不错知说念分子到底是在左边如故右边。若是在左边，就在箱子的左边装配一个挡板，挡板上系上一根绳索绑上重锤，就是一个毛糙的活塞系统。

由于阿谁分子在左边，例必会向右出动，这样就会激动活塞通顺。终末，把挡板拆掉，系统又规复到原有景况。通盘经由中，十分于单个分子不错自愿地提真金不怕火一些热能并将其改造为等量的功。

若是不磋商妖精的测量经由，如斯模子完全就是第二类永动机，也就是违犯热力学第二定律的永动机，熵不错自愿地减少。天然这是不成能的。

希拉德以为，温度就出在妖精的“测量”上，妖精要想得到分子的信息，就必须测量。而获取信息是要付出代价的，这种代价就会使得周围环境的熵加多。系统看起来的“熵”的减小，其实来自妖精测量经由中“信息熵”的加多。

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也就是说，举座来看，系统的熵仍然是加多的，相通莫得违犯热力学第二定律。

希拉德的不雅点第一次让东说念主类意识到了“信息熵”的想法，而梗概20年之后，香农在1948年才初次提议了信息论，希拉德在梗概20年前就有了近似的念念想，固然有些隐晦，但照实让咱们意识到了信息的物理骨子，初次将信息与能量奢侈规划起来。

跟着期间的推移，到了1961年，物理学家兰说念尔提议了兰说念尔旨趣：测度机在删除信息的经由中会对环境开释出少量的热量，例必有电能调换成了热能被开释到环境中，这亦然咱们的电脑不休发烧的原因，该热量的数值与环境温度成正比，删除信息的经由电能鼎新成热能是不成逆的热力学经由，因此测度机通过测度而懒散热量的经由亦然不成逆的。

也就是说，在咱们删除信息时，热能就产生了。比如说，咱们正常会删除手机电脑里莫得的图片，视频或者其他文献，以为这样作念不会敌手机电脑有任何影响，其实否则，删除的经由相通会产生热能。

跟着东说念主类对信息的研究不休深切，科学家信服：信息亦然一种物理实体。这种不雅点其实完全违犯了咱们的直观和日常生涯教诲，即就是实体，咱们也会以为信息是轮廓的实体，如何可能是物理实体呢？

比如说，电脑里的信息骨子上就是0和1构成的一连串杜撰代码，如何会是物理实体呢？电脑的机箱，主板，电源，硬盘等齐是物理实体，这很好贯穿，信息为什么亦然物理实体呢？

科学家们的解释是，信息照实是物理的，因为信息老是要储存在某个物理介质中，何况会受到物理介质的顾问。不管咱们把信息储存在硬盘如故一张纸上，物理定律齐鸿沟着这些开导的特质，同期也会放弃东说念主类处理信息的能力。信息自身的推崇就像熵那样，会受到物理定律的主管，亦然一种物理量。

固然以上所研究的基本齐停留在表面层面，但事实上科学家早就通过实考据明了这点，日本科学家早在十几年前就作念到了“从信息中获取能量”的豪举。

以上就是麦克斯韦妖，以及它给物理学界带来的普遍影响。想当初，麦克斯韦本东说念主可定想不到他毛糙的一个念念想实验，尽然能对东说念主类贯穿熵和信息的骨子产生如斯大的影响。麦克斯韦提议这个念念想实验的办法其实很毛糙，就是为了讲明热力学中的统计属性，但谁也没预料就是这样一个“恶魔”，尽然困扰了物理学界一百多年，但同期也激动了信息表面的发展。

这就有点像薛定谔提议的念念想实验“薛定谔的猫”，也大大激动了量子力学的发展，让普通的吃瓜全球也了解了量子寰宇有何等神奇！