Maxwellův démon

4. únor 2009 | 06.00 |

maxw demonPředstavme si nádobu s plynem. Dá se očekávat, že plyn zaplní celou nádobu rovnoměrně, všude uvnitř nádoby bude mít stejný tlak a teplotu. Mohlo by se také stát, že by se všechen plyn shromáždil v jedné polovině nádoby druhou polovinu nechal volnou. Proč by nemohl? Studenti ve třídě to tak přece někdy dělají – shromažďují se v zadní části třídy.

Intuitivně tušíme, že u plynu se to asi nestane. Ale existují náhodné fluktuace. Molekuly plynu se mohou někde náhodně zhustit a jinde zřídnout. Dokonce je kvůli tomuto jevu modré nebe. Tady se však jedná o malé fluktuace, ty velké jsou méně pravděpodobné.

Soustředěnými nárazy molekul pouze ze spodní strany by se cihla mohla samovolně vznést do výšky. Víme však, že je to velmi málo pravděpodobné. Pokud by ovšem nastal nelineární proces a do domku by vstoupilo třeba tornádo, pak by se vznesla nejen cihla, ale zřejmě i celý dům. K takové situaci není nutné použití brutální nelineární síly, bitvu může vojevůdce vyhrát i s malým vojskem, pokud má dostatek informací, které chybí nepříteli. Krásně to ilustruje fenomén nazývaný Maxwellův démon.

V celé vědě není nic, co odrazuje více, než 2. věta termodynamická. Věta říká, že v uzavřeném systému, do něhož nedodáváme žádnou energii, musí růst nepořádek. Stroje se zahřívají a časem rozbíjejí. Teplo přechází z tělesa teplejšího na chladnější, aby nakonec došlo k vyrovnání v náhodném molekulárním nepořádku pohybujících se molekul.Od té doby, co byla věta formulována, se ji snaží vědci obejít. Nejvýznaměji snad James Clerk Maxwell se svým nechvalně známým démonem.  

Představíme si opět nádobu s plynem, ale tentokrát ji rozdělíme přepážkou na dvě poloviny. Uprostřed přepážky udělejme malá dvířka a postavme k nim malinkou inteligentní bytůstku zvanou Maxwellův démon. Molekuly plynu budou v nádobě chaoticky lítat, narážet na přepážku a občas proletí otevřenými dvířky. Úkolem démona je molekuly pozorovat a pouštět je jen v jednom směru (například ty rychlé nalevo a pomalé doprava). Tak se postupně začne jedna polovina nádoby vyprazdňovat a molekuly se začnou shromažďovat ve druhé. Přitom je k tomu nebude nutit žádný píst, prostě jen režim dvířek. Démon musí mít ovšem informaci o tom, odkud kam která molekula letí. Teplo není nic jiného než molekulární pohyb, takže posílání rychlých molekul na jednu stranu vyvolá tok tepla nesprávným směrem. V pomyslném pekle tohoto démona budete mrznout, i když plameny budou teplejší. Může však Maxwellův démon existovat? Můžete skutečně překonat nepořádek inteligencí, nebo jsou všechny pokusy narušit druhou větu termodynamickou marné? V současných diskusích se uvažuje o práci tohoto démona ve vymyšleném přístroji zvaném Szilardův stroj. A tom zas někdy příště...

Zpět na hlavní stranu blogu

Hodnocení

1 · 2 · 3 · 4 · 5
známka: 1 (3x)
známkování jako ve škole: 1 = nejlepší, 5 = nejhorší

Komentáře

RE: Maxwellův démon davidhavel 06. 02. 2009 - 19:33
RE(2x): Maxwellův démon fyzmatik 07. 02. 2009 - 16:09