麦克斯韦妖是什么意思 麦克斯韦妖的操作是可行的吗

  最近小编在网上有看到一则关于这个麦克斯韦妖的说法,小编第一次见这个说法并不知道是什么意思,所以小编思来想去的就在网上研究了一下发现了,这个玩意其实是真的非常有意思的,嘿嘿,更多的小编也简单说了,下面给大家带来详细的解释,有感兴趣的网友可以速度的来阅读看看!

  1、麦克斯韦妖是什么意思

  麦克斯韦妖(Maxwell's demon),是在物理学中假想的妖,能探测并控制单个分子的运动,于1871年由英国物理学家詹姆斯·麦克斯韦为了说明违反热力学第二定律的可能性而设想的。

  

  当时麦克斯韦意识到自然界存在着与熵增加相拮抗的能量控制机制。但他无法清晰地说明这种机制。他只能诙谐地假定一种“妖”,能够按照某种秩序和规则把作随机热运动的微粒分配到一定的相格里。麦克斯韦妖是耗散结构的一个雏形。

  简单描述就是一个绝热容器被分成相等的两格,中间是由“妖”控制的一扇小“门”,容器中的空气分子作无规则热运动时会向门上撞击,“门”可以选择性的将速度较快的分子放入一格,而较慢的分子放入另一格。

  这样,其中的一格就会比另外一格温度高,可以利用此温差,驱动热机做功。这是第二类永动机的一个范例。

  在1981年,Bennett的论文表明,麦克斯韦妖控制“门”使分子从一格进入另一格中的耗散过程,并不是发生在衡量过程中,而是发生在妖的对上个分子判断“记忆”的去除过程,且这个过程是逻辑不可逆的。

  2、麦克斯韦妖的操作是可行的吗

  麦克斯韦妖的操作就目前的证据来看,是不可行的,这也印证了热力学第二定律是正确的,但是麦克斯韦妖的操作并非完全不可行。

  来源:知乎-飞扬

  原文地址:

  学习过热力学第二定律的人,都知道麦克斯韦妖的故事,麦克斯韦妖至今没有出现,使得人们更加坚定了对于热力学第二定律的信念。

  有人说热力学第二定律是科学,所以是真理,然而事实是科学理论是人类对于真实世界的理解程度,理论上是接近真理,而不是等同,想当然的以为二者相同是对科学的无知,所以,麦克斯韦妖也不一定不会出现。

  当然,空洞无物的思辨并不能得到一个切实的结果,本文将从几个案例来深入探讨这种可能。

  

  光隔离器是一种只允许单向光通过的无源光器件,其工作原理是基于法拉第旋转的非互易性,利用磁光晶体的法拉第效应。光隔离器是允许光向一个方向通过而阻止向相反方向通过的无源器件,作用是对光的方向进行限制。

  光隔离器种类较多,主要有块状光隔离器、全光纤型光隔离器、集成光波导光隔离器及与偏振无关的光隔离器等。

  由于红外辐射光广泛存在,只要温度高于绝对零度就会辐射红外光,红外辐射是物体之间热传递的一种重要方式,即便是同温物体之间依然会相互辐射红外光,如果采用光隔离器,光路不对称传递,那么显然就会出现非对称的热传递,从而产生温差,麦克斯韦妖也就诞生了。

  类似的情况绝非独此一家,大家都知道光纤,但具体情况不一定都清楚,比如光纤有个数值孔径的概念,说的是光纤允许进入并传送的入射光角度范围,虽然用角度的正弦值表示,但对应的角度大概9-13°,因为材料不同,单模与多模也不一样,但可以进入并传输的最大角度应小于13°左右,差一点不影响结论。

  自然界广泛存在红外辐射,然而自然界的红外光并不是规则的,任意角度都存在红外光,因此,可以进入光纤的只是与光纤轴夹角为13°以下的部分红外光,而且数量处处相同。

  

 

  上图左右各有一个绝热密室,左边密室连接8条光纤,右边密室连接1条光纤,中间通过光纤合束器将两边光纤连接起来。这样,右边密室只有一份红外辐射通过光纤传递到左密室,而左密室就有8份红外辐射光通过光纤进入右边密室,这种非对称的红外辐射传递,可以实现同温下非对称热交换,从而达到麦克斯韦妖的目的。

  不过以上两种方式理论上可行,实际效率不高,无法达到实用的目的,红外辐射光在常温下每平方大约300-500瓦,只有大面积传递才有实用的可能。目前美国哈佛大学以及日本早稻田大学都有红外光能电池,虽然发电量非常少,却依然相信红外辐射是人类未来的能源。

  不过目前红外能的发展并非如此低迷,有一种嵌套式光锥有望成为大规模实用产品,该专利通过实心光锥与空腔光锥复合使用,通过高折射率实心光锥把杂乱的大角度范围的红外辐射变为小角度范围的行辐射光,然后经过光锥进行聚合,实现非对称的热交换。实际光锥可以微型化,有利于节省材料,提高透光率。

  

 

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