科学家们运用计算机模型扩展了物理学中一个闻名的思想试验。麦克斯韦妖这个概念好像违反了热力学第二规律,150年来,科学家们一直在援助它到底是啥意思。现在,来自德国马克斯·普朗克光科学研究所的物理学家斯特拉·塞、斯蒂芬·尼姆里克特和瓦莱里奥·斯卡拉尼以为,隐秘在于约束这个名不副实的魔鬼的才能。
科学家们开端说:“咱们评论了一个丈量驱动引擎的自包括自旋玻色子模型,其间一个恶魔经过丈量和反应操控从量子自旋的热激起中发生功。”
热力学第二规律广泛地说,热量从较热的物体转移到较冷的物体,而不是相反的方向,能量会分散到充溢空间的当地。一般这在某种程度上预示着体系内的温度会到达适当均匀的平均值。
《大英百科全书》解说说:“从本质上讲,这个规律阐明热量不会自然地从低温物体流向高温物体,要做到这一点,有必要付出尽力。”技能能够将这种趋势作为不同设备和组织规划的一部分。并且,就像任何规律蓬首垢面,科学家们喜爱企图打破它,或许证明它在理论上是能够被打破的。
这种逆向激动的一个经典版本是麦克斯韦妖(Maxwell 's Demon),这是一个思想试验,在这个试验中,一个智能的妖是在不同加热气体粒子打转的房间之间的警卫。恶魔打开了一扇门,把高能量(较热的)粒子赶进一个房间,把低能(较冷的)粒子赶进另一个房间。这是第二规律的一种变通方法吗?
《大英百科全书》接着说:“在1950年左右,法国物理学家莱昂·布里渊经过证明,在挑选快分子和慢分子时,熵的添加将超越恶魔行为导致的熵的削减,然后驱除了恶魔。”换句话说,付出警卫的直接动力本钱以及警卫有必要运用的动力,比您企图推翻规律所节约的本钱还要多。
这是分外的简略的,但人们当然喜爱援助这个主意,而参加量子力学和其他相对“新的”范畴只会使恶魔变得更杂乱。
马克斯·普朗克光科学研究所的研究人员重视的是在量子体系中所做的作业能发生什么样的能量。他们说:“为了取得最佳功能,咱们不允许魔鬼彻底直接拜访自旋状况和兰道尔的擦除动作,而是把这个魔鬼的行为约束在指针丈量上。”
在他们的试验模型中,他们将一个量子比特(量子行为的一个细小基本单位)放在一个能量源周围,并用一个指针显现量子比特的感触。运用这个设备和指针来丈量体系的状况,就发生了一个有争议的量子力学问题:丈量的能量是算作功仍是只是算作量子加热现象?
这个“较小的麦克斯韦妖”模型发现,一个微观(大)指针花费了足够大的能量,它的确算作功,而一个微观(小,复兴以显微镜的规范)指针却没有。
科学家说,不同指针巨细的成果让她吃惊,她期望同一模型能够用于不同的量子体系,以提醒其他量子优势。所以,或许资历驱除麦克斯韦妖的诀窍是从改动参数开端。