‘ледующий раздел: —то такое энергиЯ? ‚ыше по контексту: ЉраткаЯ физическаЯ энциклопедиЯ¹ Џредыдущий раздел: Џочему ученые ожидают потепление климата?

—то такое демон Њаксвелла?

‚опрос: —то такое демон Њаксвелла?

Ћтвет: ‚от такое определение демона Њаксвелла дано в известном бестселлере "Џонедельник начинаетсЯ в субботу" ЂркадиЯ и Ѓориса ‘тругацких: „емон Њаксвелла -- важный элемент мысленного эксперимента крупного английского физика Њаксвелла. ЏредназначалсЯ длЯ нападениЯ на второй принцип термодинамики. ‚ мысленном эксперименте Њаксвелла демон располагалсЯ рЯдом с отверстием в переборке, разделЯющей сосуд, наполненный движущимисЯ молекулами. ђабота демона состоит в том, чтобы выпускать из одной половины сосуда в другую быстрые молекулы и закрывать отверстиЯ перед носом медленных. €деальный демон способен таким образом без затраты труда создать очень высокую температуру в одной половине сосуда и очень низкую -- в другой, осуществлЯЯ вечный двигатель второго рода. Ћднако только сравнительно недавно и только в нашем институте (имеетсЯ в виду Ќ€€—Ђ‚Ћ -- Ќаучно-€сследовательский €нститут —Ђродейства и ‚Ћлшебства) удалось найти и приспособить к работе таких демонов.

’еперь по порЯдку: ‚торое начало термодинамики было сформулировано ђ. Љлаузиусом в 1850 году: "Ќевозможен процесс, при котором теплота переходила бы самопроизвольно от тел более холодных к телам более нагретым". ‚торое начало термодинамики исключает возможность созданиЯ вечных двигателей второго рода -- машин непрерывного действиЯ, способных превращать в полезную работу всю подводимую к ним теплоту (обходитьсЯ только нагревателем и не использовать холодильник при своей работе).

‘ередина XIX века -- это времЯ, когда происходила ломка стереотипов. Ќа место причинных динамических законов становЯтсЯ статистические законы, позволЯющие предвидеть эволюцию природы не с абсолютной точностью, а лишь с большой степенью вероЯтности. „лЯ того чтобы показать, что второе начало термодинамики не ЯвлЯетсЯ абсолютным (непреложным и всегда выполнимым) законом природы на сцену поЯвилсЯ мысленный эксперимент с демоном Њаксвелла (1871 г.).

„емон работает таким образом, что одна часть сосуда самопроизвольно нагреваетсЯ, а другаЯ охлаждаетсЯ -- это нарушает второе начало термодинамики. Џреодоление трудностей с нарушением второго начала потребовало от Ѓольцмана радикального нововведениЯ: второе начало термодинамики рассматриваетсЯ не как достоверный закон природы (который таки нарушаетсЯ с помощью демонов Њаксвелла), а как в высшей степени вероЯтный.

„опустим у нас есть резервуар с горЯчими ( $N_1$ штук) и холодными ( $N_2$ штук) молекулами (газ идеальный и взаимодействиЯ между молекулами не происходит). Њы его оставили на длительное времЯ. Њысленно поделим резервуар пополам. ‚ероЯтность того что холоднаЯ молекула окажетсЯ в правой половине равна $1/2$ (поделили пополам), то же самое можно сказать и про вероЯтность длЯ горЯчей молекулы оказатьсЯ в левой половине. ‚ероЯтность того, что все горЯчие молекулы соберутсЯ слева, а все холодные справа, есть просто произведение вероЯтностей и равно:

$\begin{displaymath} \frac{1}{2^{N_1+N_2}} \end{displaymath}$

(11)

Џолученное число есть вероЯтность того, что второе начало термодинамики нарушаетсЯ. ‚ реальной жизни обычно имеют дело с объемами, в которых содержатсЯ около $\sim 10^{23}$ молекул. …сли это чило подставить в формулу 11, то полученнаЯ вероЯтность будет очень мала:

$\begin{displaymath}\sim 10^{-100,000,000,000,000,000,000,000}.\end{displaymath}$

—ем же занимались демоны Њаксвелла в Ќ€€—Ђ‚Ћ: "„емоны играли в самую стохастическую из игр -- в орлЯнку... Ћдин выигрывал, а другой, соответственно, проигрывал, и это их беспокоило, так как нарушало статистическое равновесие."

ђекомендуемаЯ литература: Њарио ‹ьоцци "€сториЯ ”изики", ”изический ќнциклопедический словарь.

Ћчень рекомендуемаЯ литература: "Џонедельник начинаетсЯ в субботу" -- сказка длЯ научных работников младшего возраста, Ђркадий и Ѓорис ‘тругацкие.

baldin@inp.nsk.su
1999-05-25