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大家好，我是舒宜昂。今天我们来聊一聊麦克斯韦妖。（文章最后有我个人对文章重点的总结，赶时间的话可以直接跳到最后面看总结。）
人类对于未知的探索是一种本能。因为不知道所以好奇，因为好奇所以探索，因为探索而发现了自己的无知。对于未能寻得结果的事物，人们就设想各种各样的可能性。直到这个设想被证实或者被推翻。设想并不用什么太大的成本，脑力的付出罢了。真正需要付出的是证实或者推翻设想的过程。
今天我们要说的麦克斯韦妖就是一种设想，不过按照惯例，我们先来介绍麦克斯韦。麦克斯韦，全名詹姆斯·克拉克·麦克斯韦。英国物理学家、数学家。经典电动力学的创始人，统计物理学的奠基人之一。1873年出版的《论电和磁》，也被尊为继牛顿《自然哲学的数学原理》之后的一部最重要的物理学经典。没有电磁学就没有现代电工学，也就不可能有现代文明。所以麦克斯韦被认为是对物理学最有影响力的物理学家之一。
在聊麦克斯韦妖之前，我还需要再提一下之前说过的内容。熵和熵增原理，还有热力学第二定律。没有看过我之前文章的小伙伴没有关系，我这里简单说一下。熵是体系混乱程度的度量。熵增原理：孤立热力学系统下的熵不减少，总是增大或者不变。热力学第二定律（两种表述）：热量不能自发地从低温物体转移到高温物体。/不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响。
之所以要提熵和热力学第二定律，是因为麦克斯韦妖就是为了站在这两者的对立面而提出的。不知道大家和我反应是否一样，一个物理学家居然假想了一只妖怪。在了解之后，我才发现并不是这样子的，只不过是被拟化为一只妖怪，帮助理解罢了。
其实应该说是一种机制，是能探测并控制单分子运动的机制。假想在一个绝热的容器，平均一分为二，中间的隔板是一扇“门”，由麦克斯韦妖控制的“门”。这扇门可以引导运动较快的分子和运动较慢的分子分别穿过，左边空间是运动较快的分子，它只能从右边穿过来而不能去右边。右边空间是运动较慢的分子，他们只能从左边穿过来而不能去左边。这样本该混乱的分子变得相对有序，热量集中在一边，就成了我们所设想的第二类永动机。
其实简单来说麦克斯韦妖如果存在，也就相当于第二类永动机存在。几乎可以说两者是等同起来的。人类不断追寻着麦克斯韦妖，他们觉得是有可能存在的，但换成是追寻第二类永动机，我们就清楚地可以知道那是不可能的。（不得不说，就算是明知道永动机是不可能的，还是会有人想要制造出来。）
这里我想吐槽一个事情，我们其实已经聊过很多假想了。往往提出这些假想的人都是比较厉害的领域顶尖或者是奠基人，就都是有名声的人。他们所提出假想往往都没有实现或者还未能证实，但他们并不会因为这些假想被“攻击”，反而他们所提出的假想被人们争相去证实。原因其实很简单，这些人第一是有名望，第二是有理有据的去假想。所以人可以想象，有道理和有由来的假想才会有人去相信和证实，有名声才可以让自己的想象更多人知道。
1961年，美国物理学家罗福·兰道尔提出了兰道尔原理，把物理学和信息论联系到了一起，内容是擦除1比特的信息将会导致kB ln 2的热量的耗散。这个原理说明了机器处理信息会发热的原因，也就是能源的消耗和转换。不用深究含义。
而兰道尔的同事贝内特发现了这个原理可以适用于麦克斯韦妖，经过研究，他表示麦克斯韦妖需要消耗能量，而能量消耗发生在它需要“忘记”对前一个分子的判断，然后再判断下一个分子。这个过程是逻辑不可逆的。在2003年，贝内特进一步把兰道尔原理更新为：任何逻辑上不可逆的信息操纵过程，例如擦除1比特的信息，或者是合并两条计算路径，一定伴随着外部环境或者是信息存储载体以外的自由度的熵增。
这样麦克斯韦妖就和第二类永动机有了区别，在有能源的消耗下，麦克斯韦妖就有可能存在，但它同时也失去了第二类永动机般的神奇。不过有另外一个观点，麦克斯韦妖是成立的，并且不违背热力学第二定律。原因是觉得麦克斯韦妖属于微观世界的，而热力学第二定律是宏观世界的，所以两者是不冲突的。不过个人对此不表态。
最后还是不得不再夸赞一下人类的思维，无论是有理有据的推理，还是天马行空的想象。我们可以不受到自身和环境的束缚，让想法自由翱翔。而你所想的，都有可能成为历史上至关重要的一部分，千万不要约束自己的思维，更不要故步自封。有可能思维才是我们的本体！
个人觉得是重点的总结：
1.麦克斯韦，全名詹姆斯·克拉克·麦克斯韦。英国物理学家、数学家。经典电动力学的创始人，统计物理学的奠基人之一。1873年出版的《论电和磁》，也被尊为继牛顿《自然哲学的数学原理》之后的一部最重要的物理学经典。没有电磁学就没有现代电工学，也就不可能有现代文明。所以麦克斯韦被认为是对物理学最有影响力的物理学家之一。
2.麦克斯韦妖就是为了站在熵增和热力学第二定律的对立面而提出的。应该说是一种机制，是能探测并控制单分子运动的机制。假想在一个绝热的容器，平均一分为二，中间的隔板是一扇“门”，由麦克斯韦妖控制的“门”。这扇门可以引导运动较快的分子和运动较慢的分子分别穿过，左边空间是运动较快的分子，它只能从右边穿过来而不能去右边。右边空间是运动较慢的分子，他们只能从左边穿过来而不能去左边。
3.研究发现麦克斯韦妖需要消耗能量，而能量消耗发生在它需要“忘记”对前一个分子的判断，然后再判断下一个分子。这个过程是逻辑不可逆的。在有能源的消耗下，麦克斯韦妖就有可能存在。
4.有另外一个观点，麦克斯韦妖是成立的，并且不违背热力学第二定律。原因是觉得麦克斯韦妖属于微观世界的，而热力学第二定律是宏观世界的，所以两者是不冲突的。
我是舒宜昂，希望你喜欢，欢迎留言讨论，谢谢观看！
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