Вот такое определение демона Максвелла дано в известномбестселлере "Понедельник начинается в субботу" Аркадия и БорисаСтругацких: Демон Максвелла -- важный элемент мысленногоэксперимента крупного английского физика Максвелла.Предназначался для нападения на второй принцип термодинамики. Вмысленном эксперименте Максвелла демон располагался рядом сотверстием в переборке, разделяющей сосуд, наполненныйдвижущимися молекулами. Работа демона состоит в том, чтобывыпускать из одной половины сосуда в другую быстрые молекулы изакрывать отверстия перед носом медленных. Идеальный демонспособен таким образом без затраты труда создать очень высокуютемпературу в одной половине сосуда и очень низкую -- в другой,осуществляя вечный двигатель второго рода. Однако толькосравнительно недавно и только в нашем институте (имеется в видуНИИЧАВО -- Научно-Исследовательский Институт ЧАродейства иВОлшебства) удалось найти и приспособить к работе таких демонов. Теперь по порядку: Второе начало термодинамики былосформулировано Р. Клаузиусом в 1850 году: "Невозможен процесс,при котором теплота переходила бы самопроизвольно от тел болеехолодных к телам более нагретым". Второе начало термодинамикиисключает возможность создания вечных двигателей второго рода --машин непрерывного действия, способных превращать в полезнуюработу всю подводимую к ним теплоту (обходитьсятолько нагревателем и не использовать холодильник при своейработе). Середина XIX века -- это время, когда происходила ломкастереотипов. На место причинных динамических законов становятсястатистические законы, позволяющие предвидеть эволюцию природы нес абсолютной точностью, а лишь с большой степенью вероятности.Для того чтобы показать, что второе начало термодинамики неявляется абсолютным (непреложным и всегда выполнимым) закономприроды на сцену появился мысленный эксперимент с демономМаксвелла (1871 г.). Демон работает таким образом, что одна часть сосудасамопроизвольно нагревается, а другая охлаждается -- этонарушает второе начало термодинамики. Преодоление трудностей снарушением второго начала потребовало от Больцмана радикальногонововведения: второе начало термодинамики рассматривается не какдостоверный закон природы (который таки нарушается с помощьюдемонов Максвелла), а как в высшей степени вероятный. Допустим у нас есть резервуар с горячими (штук)и холодными (штук) молекулами (газ идеальныйи взаимодействия между молекулами не происходит).Мы его оставили на длительное время. Мысленно поделим резервуарпополам. Вероятность того что холодная молекула окажется в правойполовине равна (поделили пополам), то же самое можно сказатьи про вероятность для горячей молекулы оказаться в левой половине.Вероятность того, что все горячие молекулы соберутся слева, а все холодныесправа, есть просто произведение вероятностей и равно:
| (11) |
Полученное число есть вероятность того,что второе начало термодинамики нарушается. В реальной жизни обычно имеютдело с объемами, в которых содержатся около молекул.Если это чило подставить в формулу 11, то полученнаявероятность будет очень мала:
Чем же занимались демоны Максвелла в НИИЧАВО: "Демоны играли всамую стохастическую из игр -- в орлянку... Один выигрывал, адругой, соответственно, проигрывал, и это их беспокоило, так какнарушало статистическое равновесие." Рекомендуемая литература: Марио Льоцци "История Физики",Физический Энциклопедический словарь. Очень рекомендуемая литература: "Понедельник начинается всубботу" -- сказка для научных работников младшего возраста,Аркадий и Борис Стругацкие. |