マクスウェルの悪魔とは何ですか?

マックスウェルの悪魔の概念は、ジェームズクラークマックスウェルにちなんで名付けられました。 この概念は、2つの物体が異なる程度の熱を受けたときに何が起こるかを説明しようとしています。 悪魔が動きの速い粒子を一方の部屋に移動させ、その結果他方の部屋よりも高温にするという概念は、依然として広く研究されています。 その考えは熱力学の第二法則に違反しています。

マクスウェルの悪魔の起源と歴史

この考えは、マックスウェルによって、1867年12月11日に、同僚の科学者であるピーター・ガスリー・テイトへの手紙の中で最初に浮かび上がった。 1871年、マクスウェルはジョン・ウィリアム・ストラットに同じ考えを再び書いた。 彼らの意見をもとに、1972年にマックスウェルは「熱の理論」という本を通してそのアイデアを一般に公開しました。熱力学の法則 第一法則は、エネルギーは「創造も破壊も」できないと述べているのに対し、第二法則は一度エネルギーが変換されると不可逆的であると述べています。

マクスウェルの実験

マクスウェルは2隻の船を使用した。 ガスを入れた容器XとY。 容器は互いに隣接して配置され、それらの間に小さな穴があけられた。 次いで、温度をいずれかの容器内で低下させるかまたは上昇させた。 1つの容器内の分子は、エネルギーを獲得または喪失した結果として開始された調整に応じて移動する傾向がありました。 彼は、悪魔が戸口を守り、平均速度で動く分子から高速で動く分子を分離したと想像しました。

Xから速く移動する分子が落とし戸の方向に撃つと、ドアは悪魔によって開かれ、分子はXからYに移動します。悪魔はそれをYからXに通過させます。Xでは分子の速度はだんだん遅くなりますが、Yの分子のおおよその速度は速くなります。 おおよその分子速度は温度に対応するので、熱力学の第二法則に反して、温度はXで減少し、Yで増加します。 悪魔は分子がどちらかの側に通過することを可能にしなければならず、それによって温度変化のみが生じる。 実験は、2つの部分を分離するゲートが粒子の速度に応じて選択的に開くことを見出した。

実験に対する批判

1929年、Leo SzilardとLeon Brillouinは、「悪魔」がどのように分子の速度を測定することができるのか疑問に思いました。 彼らは、この理論は熱力学的法則を排除することはできないと主張した。 彼らはまた、「悪魔」は時間がたつにつれて情報を保存するためのスペースが足りなくなるため、以前に保存されたデータを消去し始めると主張しました。 科学的には、あなたが入れた以上のエネルギーを取り出すことは不可能です。「悪魔」の門を開閉するプロセスは、いくらかのエネルギー消費を必要とします。 これは、ホット分子またはコールド分子を識別するために、より多くのエネルギーが必要とされることを意味します。これは、それがコールド分子であってもゲートの開放を引き起こすためです。