物理学上有四大神兽，分裂是芝诺的乌龟，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，今天陆续共享另一大神兽：麦克斯韦妖。

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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背热力学第二定律，具体是怎样回事呢？

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智力，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，粗略按照某种秩序或者限定把或然指点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指点速率和位置，是以表面上就不错让指点速率更快的分子从A部分参加到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，赶紧大开隔板，分子就会从A部分到达B部分。

如斯陆续进行相同的操作，效果就是B部分的分子指点速率更快，而A部分的分子指点速率更慢，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等轻，对挡板大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，就让热量达成了交换，这昭彰违背了热力学第二定律，赫然是弗成能的。

这就是麦克斯韦妖的由来，那么，咱们到底该怎样阐明麦克斯韦妖违背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”，有风趣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”，天然界能量回荡齐是具有标的性的，弗成逆的。第三定律，完全零度时，通盘纯物资的完好晶体的熵值为零。也叫完全零度。完全零度施行是无法达到的，仅仅表面值。

三大定律中，第二定律其实更意旨，能带给咱们更深的念念考。热力学第二定律渊博有两种表述神态。

第一：弗成能制造出这样一种热机，只从单一热源吸热对外作念功而不产生其他影响。

第二：弗成能把热量从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，或者说热量弗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转机到高温物体。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，在一个阻塞的系统里，系统老是倾向于从有序到无序，这个经由是弗成逆的。

从熵的角度来讲，麦克斯韦妖相同是矛盾的，违背了熵增定律，毕竟速率更快的分子一齐到B部分，速率更慢的分子留在A部分，很昭彰通盘这个词系统变得更有序了。

再来说说温度的见识。

提到温度，咱们渊博会用热或者冷来表述，其中这种表述神态是不严谨的，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，世俗贯穿就是大量分子的平均动能，而不是单个分子的热指点，这里哄骗的是统计学旨趣。每个分子齐有热指点，但并不是通盘的分子齐以相易的速率指点。

说收场温度的见识，再回偏激来望望麦克斯韦妖这个“恶魔”。为了更好地贯穿麦克斯韦妖，咱们致使不错把这个恶魔设想成一个圭臬相等小的传感器，能精准感应到分子的速率，从而决定是大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，就会大开挡板，让分子参加B区域。如若传感器感应到的是速率较慢的分子，就不会大开挡板。如斯一来，到临了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，这就特殊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。如若真是不错这样作念的话，那东说念主类就发达了，意味着透顶的动力目田，说白了就是咱们领有了心向往之的永动机，毋庸再为动力极重而发愁。

此人这番言论指的应该是当初在香会上，中国防长拒绝和美防长奥斯汀进行会晤一事。而且当初在香会上美国防长可是直接被冷落，主动和中国防长握手，简单寒暄几句之后再无下文。反观基辛格此次访华，不仅第一时间受到中国防长的接见，甚至还与中国高层会面，整个过程堪称是高规格接待。此举当然会让白宫高层感到不爽，甚至会认为中国人太高傲。事实上，中美关系之所以会出现进一步恶化的情况，根本原因不在中国身上，而是在于美国不断打压中国。

缺憾的是，上头的设计是弗成能的，因为违背了热力学第二定律，咱们弗成能通过这种神态制造出永动机的。

然而，问题还在，咱们该怎样解释麦克斯韦妖的作为呢？明明违背了热力学第二定律，但看上去确扩充得通。麦克斯韦妖这个念念想实验到底何处出了问题呢？

对于麦克斯韦妖这个恶魔，第一个问题是，这个恶魔真是能精准测量出每个分子的速率吗？何况测量的经由真是不用费任何能量吗？

事实上，能精准测量出每个分子的速率的“恶魔”是不存在的。遏止的东说念主可能如故看出来了，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怎样精准测量分子速率的。

而现实情况是，不管恶魔怎样测量分子的速率，也就是测量温度，一定会使用能量。而消费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，远远跳跃分派粒子的熵减，是以麦克斯韦妖并不违背热力学第二定律。科学家们信托测量信息的经由一定会产生熵，而这技能阿谁恶魔其实如故死了。

不外匈牙利物理学家希拉德在1929年又让恶魔“回生”了。具体怎样回事呢？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，构造了一个只需要贬责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。如若在左边，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，就是一个通俗的活塞系统。

由于阿谁分子在左边，例必会向右移动，这样就会鼓舞活塞指点。临了，把挡板拆掉，系统又复原到原有情景。通盘这个词经由中，特殊于单个分子不错自愿地索要一些热能并将其回荡为等量的功。

如若不探讨妖精的测量经由，如斯模子完全就是第二类永动机，也就是违背热力学第二定律的永动机，熵不错自愿地减少。天然这是弗成能的。

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。

也就是说，举座来看，系统的熵仍然是加多的，相同莫得违背热力学第二定律。

希拉德的不雅点第一次让东说念主类刚硬到了“信息熵”的见识，而精真金不怕火20年之后，香农在1948年才初次提倡了信息论，希拉德在精真金不怕火20年前就有了访佛的念念想，天然有些磨蹭，但如实让咱们刚硬到了信息的物理骨子，初次将信息与能量消费关系起来。

跟着时辰的推移，到了1961年，物理学家兰说念尔提倡了兰说念尔旨趣：缠绵机在删除信息的经由中会对环境开释出少许的热量，例必有电能调养成了热能被开释到环境中，这亦然咱们的电脑陆续发烧的原因，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弗成逆的热力学经由，因此缠绵机通过缠绵而懒散热量的经由亦然弗成逆的。

也就是说，在咱们删除信息时，热能就产生了。比如说，咱们渊博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，删除的经由相同会产生热能。

跟着东说念主类对信息的筹商陆续真切，科学家敬佩：信息亦然一种物理实体。这种不雅点其实完全违背了咱们的直观和日常糊口讲授，即就是实体，咱们也会以为信息是综合的实体，怎样可能是物理实体呢？

比如说，电脑里的信息骨子上就是0和1构成的一连串造谣代码，怎样会是物理实体呢？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，信息如实是物理的，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拘谨。不管咱们把信息储存在硬盘如故一张纸上，物理定律齐界限着这些建设的特质，同期也会收尾东说念主类处理信息的智力。信息自身的弘扬就像熵那样，会受到物理定律的主管，亦然一种物理量。

天然以上所商量的基本齐停留在表面层面，但事实上科学家早就通过实考证明了这点，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弘大影响。想当初，麦克斯韦本东说念主可定想不到他约略的一个念念想实验，居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。麦克斯韦提倡这个念念想实验的主见其实很约略，就是为了阐明热力学中的统计属性，但谁也没猜度就是这样一个“恶魔”，居然困扰了物理学界一百多年，但同期也鼓舞了信息表面的发展。

这就有点像薛定谔提倡的念念想实验“薛定谔的猫”，也大大鼓舞了量子力学的发展，让普通的吃瓜环球也了解了量子寰宇有何等神奇！