麦克斯韦妖：物理学四大神兽解析

物理学四大神兽之麦克斯韦妖。这是一只被假想出来的妖精，能探测并控制单个分子的运动，是1871年物理学家麦克斯韦为了说明违反热力学第二定律的可能性而提出的著名思想实验。假设现在有一个绝热容器，我们将它隔成相等的两半，中间有一个小门由小妖控制。容器中的空气分子在做无规则热运动时会不断的撞击在门上，但这只小妖却能准确探测并控制单个分子的运动方向，将移速较快的热分子放到一边，移速较慢的冷分子放到另一边，这样一来，原本温度平衡的绝热容器两边就会出现温差，一边热一边凉，也就是说这只小妖精可以在不使用能量的情况下让空间自动从混乱变为有序，这明显是有悖于热力学第二定律的，可这个设想的bug到底出在哪里呢？

麦克斯韦妖的科学破解

1929年，希拉德首次指出，如果麦克斯韦妖真的存在，那它观察分子速度及获取信息的过程必然会产生额外的能量消耗，但这个过程的逻辑是不可逆的。后来香农又提出了信息论，信息熵的出现直接将这只妖精消灭，因为得到或者擦除信息时都同样需要消耗能量，即想要在处理分子信息时一定会产生熵增的情况。所以说整个麦克斯韦妖设想并不违反热力学第二定律。

热力学定律与宇宙热寂

如今热力学定律依然是宇宙的铁律之一，它用几百年的时间告诉我们，熵增一定是不可逆的，热量永远无法自发的从低温物体转移到高温物体。如果想让空间变得有序，就必须付出更多的能量。作为一个孤立的系统，整个宇宙中的熵也会随着时间的流逝而增加，慢慢由有序走向无序。当宇宙中的熵达到最大值时，有效能量已经全部转化为热能，所有物质温度也达到了热平衡，这种状态被科学家称为热寂，即宇宙的命运很可能是走向死亡，并最终变得完全黑暗。

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