驱逐“妖精”
2025年09月26日
驱逐“妖精”
麦克斯韦试图说明,当人们能够控制分子的微观运动时,就可以实现熵减过程,从而推翻热力学第二定律。“麦克斯韦妖”确实使人们困惑了达大半个世纪之久。直到本世纪50年代,法国物理学家布里渊应用信息熵的概念,才驱逐了这个“妖精”。
布里渊指出,“麦克斯韦妖”若要能尽职工作,就必须准确无误地判断分子速度,哪些是高于方均速度的,哪些是低于方均速度的。而要做到这一点,就需要获得分子运动的信息,例如,设法“照亮”分子以辨别它的速度。“照亮”分子就需要用光源,这就打破了这个气体系统的封闭性,从外界输入信息和能量,从而引起该系统熵的增加。这个熵的增加量足以抵消小妖所减少的熵,而且还有余。因此,把小妖、气体系统和外界的光源作为一个整体来考虑的话,熵增加还是成立的。事实上,“麦克斯韦妖”不过是一个开放系统,它是靠外界输入信息或能量而工作的,而开放系统的熵减与孤立系统的熵增并不矛盾,它们都符合热力学第二定律。
“麦克斯韦妖”虽然最后被否定了,但是,它有一个历史功绩,即它使信息和熵产生了联系。如果不能获得分子运动的信息,小妖就无法工作。
1948年,美国贝尔实验室的数学家香农提出了信息熵的概念,大大推广了熵的概念,并创立了信息论。由于这已超出了本书的范围,在此就不多谈了。