任何试图规避统治热量的物理定律的人都会被烧毁。
一个新的实验揭示了如何抢劫封闭的热系统以使其更加有序的设备,这是物理基地定律所禁止的动作,不可避免地要付出代价通过变得更热,更无序。这是一个现实的演示,表明了一个近150年历史的思想实验,称为麦克斯韦的恶魔。如果这个恶魔确实可以绕过热力学的第二定律(指出孤立系统的熵或无序永远无法降低),那么可以创建永久运动机。
旨在发表的论文中描述的演示物理评论信是第一个监视系统和正在努力减少系统熵的恶魔的人。 “这是一个非常不错的实验,”德国Erlangen-Nurember大学的理论物理学家Eric Lutz说。这项工作证实了理论研究表明信息和热量是交织在一起的:恶魔会加热,因为它必须丢弃操纵系统所学的信息。一种魔鬼般的设备最终可以执行像制冷这样的功能,但是该实验证明,就像厨房设备一样,设备将消耗能量。
19世纪苏格兰物理学家詹姆斯·麦克斯韦(James Clerk Maxwell)对热力学的第二定律非常熟悉。它解释了为什么热量总是从热到冷,直到一切达到稳定的温度,即最大熵的状态。蒸汽机通过利用传热来驱动涡轮机来工作。
在1867年的一封信中,麦克斯韦推出了一个似乎可以使用该系统的计划。他设想了一个微观实体,该实体监测了在两个相邻容器周围弹跳的气体分子。这种“恶魔”将通过仅允许快速移动的分子跨入较热的容器和缓慢移动的分子进入较冷的容器,从而增加容器之间的温度差,从而降低总熵。排序将使恶魔能够永久运行发动机。
分子排序不是减少熵的唯一方法 - 偷热也有效。麦克斯韦(Maxwell)的恶魔的实验室版本由芬兰阿尔托大学(Aalto University)的物理学家乔恩·科斯基(Jonne Koski)创建,同事实质上欺骗了电子巡回赛陷入丧失的热量。
如果没有恶魔,电路中的电子从高能发展到低能,就好像滚动一个柔和的斜率一样。当电子下坡滚动时,他们以热的形式释放了能量,从而增加了系统的温度和熵。
但是,沿着他们的路径的某一时刻,电子必须短暂借用一些能量来缩放一个小的颠簸 - 只要他们在颠簸时退还,这没什么大不了的。但是,恶魔以一种充电的操纵装置形式正在监视这一障碍。每当电子缩放颠簸时,恶魔都会引入一个将凸起变成坑洼的电荷。然后,电子不得不消耗更多的能量才能逃脱孔。电子离开后,恶魔将下一个电子带来了颠簸。电子的累积效应克服了恶魔创建的障碍物疗程从环境中排出的热量,导致温度和较低的熵。一位不了解实验的科学家会震惊地发现该系统似乎违反了第二定律。
但是,无需重写教科书,因为科斯基的恶魔要付出代价。研究人员发现,当恶魔愚弄了电子时,它加热了。实际上,它变暖了,以至于系统的总熵和恶魔的增加。热量是恶魔无法存储有关其监视系统的信息的副产品。与进行观察和记录不同,擦除信息总是需要使用能量,这是一项原则,该原则首先是由物理学家Rolf Landauer在1961年发表的。由于Koski的Demon只能一次保留一个电子产品,因此必须丢弃对过去电子的知识 - 比该系统损失的entrypropy intopy intopy intropy intopy intopy损失了。科斯基说:“恶魔比系统冷却更多。”
一些物理学家说,虽然实验令人信服,但他们并不相信它捕捉了麦克斯韦最初的恶魔概念的本质。尽管如此,即使必须按照规则播放,类似于Koski的恶魔类似的设备也可能对冷却纳米尺寸的设备有用。