Демон Максвелла — мысленный эксперимент, предложенный 1867, а также его главный персонаж — гипотетическая разумное существо микроскопического размера, придуманная Джеймсом Максвеллом с целью проиллюстрировать кажущийся парадокс второго закона термодинамики.

Суть парадокса

Мысленный эксперимент заключается в следующем: предположим, что сосуд с газом разделены непроницаемой перегородкой на две части: правую и левую. В перегородке отверстие с устройством (демоном Максвелла), который позволяет пролетать быстрым (горячим) молекулам газа только с левой части сосуда в правую, а медленным (холодным) молекулам — только с правой части сосуда в левую. Тогда, через большой промежуток времени, горячие молекулы окажутся в правой части сосуде, а холодные — в левой.

Таким образом, получается, что демон Максвелла позволяет нагреть правую часть сосуда и охладить левую без дополнительного подвода энергии к системе. Энтропия для системы, состоящей из правой и левой части сосуда, в начальном состоянии больше, чем в конечном, что противоречит термодинамическому принципу незнижуваности энтропии в замкнутых системах

Парадокс решается, если рассмотреть замкнутую систему, включающую в себя демона Максвелла и сосуд. Для функционирования демона Максвелла необходима передача ему энергии от постороннего источника. За счет этой энергии и проводится разделение горячих и холодных молекул в сосуде, то есть переход в состояние с меньшей энтропией. Подробное рассмотрение парадокса для механической реализации демона (храповик и собачка) приведены в фейнманивских лекциях по физике, вып. 4, а также в популярных лекциях Фейнмана «Характер физических законов».

С развитием теории информации было установлено, что процесс измерения может не приводить к увеличению энтропии при условии, что он является термодинамически звротним. Однако в этом случае демон должен запоминать результаты измерения скоростей (стирание из памяти демона делает процесс необратимым). Поскольку память конечна, в определенный момент демон вынужден стирать старые результаты, что и приводит в конечном итоге к увеличению энтропии всей системы в целом.

В популярной культуре

В художественной литературе

  • В повести «Понедельник начинается в субботу» братьев Стругацких демоны Максвелла приспособлены администрацией НИИЧАВО открывать и закрывать входные двери института. Также, в повести «Стажеры», рассказывается о гигантской флуктуацию — ваза с водой забрала в себя энергию комнаты, в которой она находилась, довела себя до кипения, в комнате выпала изморозь.
  • В «Кибериады» Станислава Лема демон Максвелла упоминается как «демон первого порядка». Герои книги создают «демона второго порядка», способного извлекать осмысленную информацию из движения молекул воздуха.
  • В фэнтези Кристофера Сташеф «Маг при дворе Ее Величества», «Маг, связанный клятвой» демон Максвелла вызван заклятие и по свойствам напоминает волшебного джина. Он соглашается выполнять желания главного героя, ибо хорошо знает законы физики. Выглядит как маленькая уголек.
  • В своем эссе Кен Кизи переводит парадокс из области термодинамики в область социологии простой заменой «теплый» на «добро» и «холода» на «зло», доводя таким образом несостоятельность западной системы ценностей.
  • В произведении «Любой крутой чувак» Пола Ди Филиппо демоны Максвелла обеспечивают энергией страну «Земля Максвелла», что находится на территории Африки. На основе этой энергии строится политико-независимое научно-техническое утопическое общество.
  • В романе Томаса Пинчона «разоблачается лот 49» описывается устройство, так называемая «машина Нефастиса», в которой используется демон Максвелла; чтобы его активировать, нужно "пристально глядя на фото Джеймса Максвелла, сосредоточить мысль на одном из цилиндров — правом или левом, и тогда демон именно в этом цилиндре поднимает температуру".

В играх

  • В браузерной игре Elements есть игровая карта, вызывает Демона Максвелла, который способен убить любое существо, чья сила превышает его очки здоровья.
  • В компьютерной игре Max Payne 2 также присутствует персонаж телешоу по имени Демон Максвелла.

В аниме

  • В аниме El Cazador в главной героини Эллис пробуждается сила, способная контролировать демона Максвелла.

Видео по теме