麦克斯韦的妖(麦克斯韦的妖的意义)

麦克斯韦妖有什么作用

麦克斯韦妖的作用是：

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。

特点：

可以简单的这样描述，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。

以上内容参考百度百科—麦克斯韦妖

麦克斯韦妖是什么，为何纠缠物理学界一百多年？

妖怪之类的从来都只存在于古代的传说中，然而在物理学界，也有个假想出来的妖，叫做麦克斯韦妖，而这究竟又是个什么东西呢?

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。

如果要评选全世界最伟大的两位物理学家，那么牛顿爱因斯坦将毫无疑问入选，一个人构建了宏观世界的力学体系，一位带我们进入了微观世界， 探索 这茫茫宇宙。而连接这两位的，毫无疑问是麦克斯韦，他是旧时代的终结者，也是新时代的开创者。

这个所谓的“妖怪”是与热力学第二定律有关的，这个定律的表述为：不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，或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，或不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。

在1871年，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，而设想了这样的一个妖怪，它能够探测并控制单个分子的运动。

这个妖的出现，是由于麦克斯韦意识到了自然界存在有一种与熵增加相抵抗的能量控制机制，而这个熵是热力学中的单位，它的物理意义是表示体系混乱程度的度量。

但又由于麦克斯韦没有办法清晰的说明这种机制究竟是怎样的，就干脆假想出了一个妖怪。

据说剑桥某位物理学家有一次恭维爱因斯坦说：“你站在了牛顿的肩上”，爱因斯坦却回答：不，我是站在麦克斯韦的肩上！

麦克斯韦方程可以说是浓缩了麦克斯韦的毕生成果，让无数物理学家前赴后继去研究，但除了麦克斯韦方程之外，麦克斯韦放出的麦克斯韦妖，也整整纠缠了物理学家一个多世纪。所以物理学家一直想证明麦克斯韦妖的存在！

在麦克斯韦构想中，麦克斯韦妖有极高的智能，可以追踪每个分子的行踪，并能辨别出它们各自的速度。妖精掌握和控制着高温系统和低温系统之间的分子通道。它利用了分子运动速度的统计分布性质。

通过这样一个能够控制分子运动的小妖精，只允许快分子从低温往高温运动，慢分子则从高温往低温运动，在“小妖”的这种管理方式下，两边的温差会逐渐加大，高温区的温度会越来越高，低温区的温度越来越低。

我们知道永动机是不可能存在的，于是人们想到了第二类永动机，这个麦克斯韦妖就是第二类永动机的范例。这个装置所吸收的热量最终是能够作为驱动永动机的源头。

于是后来在1881年，约翰·嘎姆吉开始着手设计了一个利用海水的热量将液氨汽化，推动机械运转。

但是这一装置无法持续运转，因为汽化后的液氨在没有低温热源存在的条件下无法重新液化，因而不能完成循环。所以物理学界的这个妖怪，也只能存在于假想之中，不可能真是存在。

时至今日，科学家依然不敢说彻底斩杀了“麦克斯韦妖”，但是可以确定地说，兰道尔已经彻底将“麦克斯韦妖”从热力学第二定律中驱逐了出去。

“麦克斯韦妖”的 探索 其实也就是人类对于能量与信息之间的本质关系的 探索 ，同时也是人类对于漫漫宇宙的思考，那就是在浩渺宇宙，会不会存在这样的一个地方，违背人类认知中的所有规则与定律，还是整个宇宙就是一个超大的孤立系统，就是完完全全按照其已经存在的法则运行。

可怕得“麦克斯韦妖”，它的出现拯救了宇宙，为何如此强大？

提到“妖怪”，我们都知道，这都与民间传说有关，在现实中，是并没有“妖魔鬼怪”存在的，不过，对于不甘寂寞的科学家们来说，他们虽然信奉科学，但是却也有着“怪力乱神”的一面，比方说，在19世纪末，就有一名科学家创造出了一只假象中的妖怪——麦克斯韦妖。

麦克斯韦妖再现江湖

先看看什么是麦克斯韦妖，它是一种物理学中的假象妖，创造它的物理学家——詹姆斯·麦克斯韦，赋予了它非常强大的技能，在詹姆斯·麦克斯韦的设定中，麦克斯韦妖可以探测并且控制单个分子的运动，甚至它的出现，直接与宇宙的最终命运有关。

那么，信奉科学，从不相信迷信的物理学家，又是如何创造出麦克斯韦妖的呢？这需要从热力学第一定律开始说起。

19世纪50年代，一种涉及热现象领域内的能量守恒和转化定律被提出，简单来说，热力学第一定律认为，热量是可以从一个物体传递到另一个物体上的，并且也可以与其它能量进行转换，同时，因为能量守恒定律，这也意味着，即使能量在不同的物体之间进行转换，但是，能量的总值却仍然是保持不变的。

当然，一个定律的提出，自然也意味着它需要经过不断地验证，才可以最终被承认，当然，事实也证明，热力学第一定律，是完全经得起时间考验的，这也让它很快就成为了被公认的科学定律。

当然，任何定律在提出后，即使被公认，但是仍然会存在着质疑和不足，这也与人类的认知和科学技术发展有关，于是，很快就有研究者提出，虽然热量可以从一个物体传递到另一个物体之上，不过，如果是低温物体和高温物体，那么，热量只能自发地从高温物体上传递到低温物体上，是无法自发从低温物体转移到高温物体上的。

在这个观点下，热力学第二定律也被提出，它还有一个别名，就是熵增加原理。看到这里，可能有朋友会好奇，什么是“熵”呢？

简单来说，熵也是热力学的概念之一，它是物理学上的一个度量，也是热力学中表征物质状态的参量之一。

不过，在热力学第二定律提出后，很多研究者也并不认同热力学第二定律，认为它的出现代表着一种“绝望”，它可能直接让我们所在的宇宙再也没有未来。

因此，很多研究者也是希望可以通过研究，来证明热力学第二定律的错误，麦克斯韦妖就是在这个过程中被提出来的，它的出现就是为了说明，热力学第二定律是存在错误的。

说起来，之所以麦克斯韦妖被提出，还与一个原因有关，因为从热力学第二定律的角度出发，事实上，既然说低温是无法自发向高温传递热量的，那么，这也意味着，整个宇宙中的热量也是如此。

在宇宙大爆炸发生后，宇宙的热量就开始从高温向低温传递，最终达到热量平衡，也就是宇宙中不再存在着温差，这个效应也被称作“宇宙热寂论”，它的出现让人们感到绝望，因为这意味着无论人类如何发展，都免不了和宇宙一起消亡。

什么是宇宙“热寂论”？

我们都知道，当科学家们有了“宇宙”的概念之后，就开始对宇宙进行各种研究，一方面是希望可以找到宇宙的起源，而另一方面，则是希望可以知晓宇宙的最终命运如何。

毕竟，这直接关系到我们的起源，以及我们的未来，说白了，人类文明能否一直永存，在不考虑任何可能会中途让人类文明毁灭的因素条件下，宇宙的最终命运，才是和人类最息息相关的。

那么，宇宙的最终命运究竟如何呢？多年来，科学家们也是提出了很多种的猜想，而其中最悲观的一个，就是根据热力学第二定律提出的宇宙“热寂论”。

作为一种假说，宇宙“热寂论”认为，伴随着宇宙中高温不断向低温转移，最终宇宙中的热量会达到一个完美的平衡状态，而在这个时候，因为温差不再出现，所以，宇宙也变成了“热寂”，再也没有任何可以维持宇宙继续演化，包括维持宇宙中生命继续存在的能量出现。

这也意味着，只要宇宙中的温差消失，宇宙中的所有物质温度都达到了热平衡，那么，宇宙也就正式迎来了末日，宇宙中的一切，也都会随之毁灭。

不得不说，这个假说的确是很令人绝望的，因为在此前的研究中，很多研究者都认为，宇宙会一直存在下去，宇宙膨胀是不会停止的，这也意味着，宇宙并不会消亡。然而，伴随着宇宙“热寂论”的出现，相当于直接给宇宙判了死刑。

所以，为了让人们对于宇宙重新充满期待，詹姆斯·麦克斯韦就创造出了麦克斯韦妖，通过它来告诉人类，宇宙是存在未来的。

那么，麦克斯韦妖又是如何和宇宙“热寂论”抗衡的呢？让我们看一下相关的思想实验：先让我们准备一个容器，在这个容器里，装满了空气，并且容器里面的分子温度也是均匀的，不过，这些分子的运动速度，却是完全不同的，这也意味着，受到运动速度不同的影响，直接会导致分子之间的温度也出现不同。

这个时候，我们从这个容器中，任意选取平均速度几乎是一样的大量分子，然后将它们分为两部分A和B，这个时候，运动速度快的分子从A去往B，而运动速度慢的分子则从B去往A，在这个过程中，原本是温度均匀的容器中，因为分子的速度不同，所以，就会导致B里面的温度要比A的高很多，自然，也就无法实现热寂。

在设定中，麦克斯韦妖就是这样一只可以随时追踪、检测分子运动、运动的“假象妖精”，不过我们都知道，分子是不可见的，这也意味着，即使我们从肉眼的角度来说，判断大块的物体之间会实现“热寂”，但是内部的分子却仍然是存在着温差。

所以，宇宙也是如此，这样一来，也就意味着从热力学第二定律角度出发的“宇宙热寂论”，本身就是一个伪命题，自然，麦克斯韦妖在和宇宙“热寂论”对抗的过程中，也就捍卫了宇宙的明天，也让人类不再担心有一天会因为宇宙死亡而走向终结。

那么，既然无论是麦克斯韦妖也好，还是宇宙“热寂论”，它们本身都是假说的一种，不妨让我们从宇宙命运研究的角度出发，看看科学家们还有哪些有趣的猜想。

宇宙的最终命运究竟走向如何？

如今，伴随着研究的深入，人们基本上已经对于宇宙的起源有了一个普遍的认识，现代科学研究认为，宇宙是起源于一场大爆炸，在大爆炸发生之前，宇宙什么都没有，时间、空间等所有的概念也都不存在，说白了，大爆炸发生之前的宇宙，就是一片虚无。

一直到大约137.7亿年前，一颗奇点大爆炸，让宇宙随之诞生，宇宙也在大爆炸的高温之下快速膨胀，并且一直到今天也在持续膨胀着，并且在过去的130多亿年时间里，通过膨胀不断变大，宇宙中的各类物质也逐渐丰富起来。

不过，都对于宇宙大爆炸的研究，只能为我们解释宇宙是如何起源的，却并不能够回答宇宙最终的命运如何。

一些比较乐观的研究者认为，宇宙是会一直膨胀下去的，从宇宙诞生的那一刻开始，也就意味着宇宙会“永生”不停止。

不过，如果真的如此，似乎也无法解释，当初引发宇宙大爆炸的那个奇点，究竟是如何出现的，对此，也有研究者认为，或许宇宙本身就是一个不断的轮回过程。

研究认为，当宇宙膨胀到极限后，宇宙就会开始坍缩，最终重新变成一个奇点，之后积蓄能量，开始重新在大爆炸中迎来新生。

换句话说，我们目前存在的宇宙，就是上一个宇宙的轮回，这也可以解释奇点是如何出现的。那么，既然宇宙最终的命运都会是毁灭，是不是意味着，人类也会伴随着宇宙毁灭而消亡呢？事实上，人类并不是完全没有出路。

因为我们都知道，现阶段来看，科学家们都相信平行宇宙的存在，只要人类在我们所在的宇宙毁灭之前，找到通往另一个宇宙的入口就可以了。这样一来，虽然宇宙是每一个独立的，存在着末日的个体，但是只要新的宇宙不断出现，那么，我们就有办法实现“永生”，对此，你怎么看？

麦克斯韦妖真的存在吗？

我个人认为不可能吧，因为这个违反了科学热力学的第二定律。

日本研究人员，他们在2012年的时候说到，在11月15日，按北京时间算，出版的《自然物理学》网络版上报告说，他们让纳诺球沿着实验室电场制造的梯子向上爬，爬行所需的能量是根据粒子在任何给定时间移动方向的信息转换而来的，这意味着科学家们首次在实验室中实现了从信息到能量的转变。

大约在150年验证了英国物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦提出的麦克斯韦妖的想法。它是一个虚构的妖精，可以检测和控制单个分子的运动，它是由英国物理学家麦克斯韦在 1871年构思的，目的是为了说明违反热力学第二定律的可能性。

现在，物理学家已经证明遗忘已经完全粉碎存在的可能性，因为遗忘需要能量消耗，德国奥格斯堡大学的奥格斯堡大学的鲁兹和他的同事根据实验结果发现，消除信息需要的能量是多么的少。实验结果发表在 3月7日的《自然》杂志上。在 1961 中，IBM物理学家罗夫·兰道尔 证明重置 1 位信息会释放热量。

也就是说，将二进制位放入计算机中为零，无论初始值是 1 还是 0，释放的热量都很少。该能量是兰道尔的阈值，与环境温度成正比，因为人才删除的信息，他们是将两种可能的状态压缩为一种状态，所以正是这种信息的压缩，才可以导致热量的散发。

关于以上的问题今天就讲解到这里，如果各位朋友们有其他不同的想法跟看法，可以在下面的评论区分享你们个人看法，喜欢我的话可以关注一下，最后祝你们事事顺心。

薛定谔猫和麦克斯韦妖怪是怎么回事

薛定谔的猫实验是这样的：在一个盒子里有一只猫，以及少量放射性物质。之后，有50%的概率放射性物质将会衰变并释放出毒气杀死这只猫，同时有50%的概率放射性物质不会衰变而猫将活下来。

根据经典物理学，在盒子里必将发生这两个结果之一，而外部观测者只有打开盒子才能知道里面的结果 。在量子的世界里，当盒子处于关闭状态，整个系统则一直保持不确定性的波态，即猫生死叠加。猫到底是死是活必须在盒子打开后，外部观测者观测时，物质以粒子形式表现后才能确定。

这项实验旨在论证量子力学对微观粒子世界超乎常理的认识和理解，可这使微观不确定原理变成了宏观不确定原理，客观规律不以人的意志为转移，猫既活又死违背了逻辑思维。

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。

麦克斯韦妖可以简单的这样描述，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。

扩展资料：

薛定谔的猫是奥地利著名物理学家薛定谔提出的一个思想实验，试图从宏观尺度阐述微观尺度的量子叠加原理的问题，巧妙地把微观物质在观测后是粒子还是波的存在形式和宏观的猫联系起来，以此求证观测介入时量子的存在形式。随着量子物理学的发展，薛定谔的猫还延伸出了平行宇宙等物理问题和哲学争议。

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。

参考资料：百度百科-科学史上最著名的猫，以及它令人意外的残忍隐喻

麦克斯韦妖是什么

麦克斯韦妖是在物理学中，假象的能探测并控制单个分子运动的“类人妖”或功能相同的机制，是1871年由19世纪英国物理学家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。他只能诙谐的假定一种“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

在19世纪早期，不少人沉迷于一种神秘机械——第一类永动机的制造，因为这种设想中的机械只需要一个初始的力量就可使其运转起来，之后不再需要任何动力和燃料，却能自动不断地做功。在热力学第一定律提出之前，人们一直围绕着制造永动机的可能性问题展开激烈的讨论。

直至热力学第一定律发现后，第一类永动机的神话才不攻自破。

热力学第一定律是能量守恒和转化定律在热力学上的具体表现，它指明：热是物质运动的一种形式。这说明外界传给物质系统的能量（热量），等于系统内能的增加和系统对外所作功的总和。它否认了能量的无中生有，所以不需要动力和燃料就能做功的第一类永动机就成了天方夜谭式的设想。

热力学第一定律的产生是这样的：在18世纪末19世纪初，随着蒸汽机在生产中的广泛应用，人们越来越关注热和功的转化问题。于是，热力学应运而生。1798年，汤普生通过实验否定了热质的存在。德国医生、物理学家迈尔在1841?843年间提出了热与机械运动之间相互转化的观点，这是热力学第一定律的第一次提出。焦耳设计了实验测定了电热当量和热功当量，用实验确定了热力学第一定律，补充了迈尔的论证。

在热力学第一定律之后，人们开始考虑热能转化为功的效率问题。这时，又有人设计这样一种机械——它可以从一个热源无限地取热从而做功。这被称为第二类永动机。

1824年，法国陆军工程师卡诺设想了一个既不向外做工又没有摩擦的理想热机。通过对热和功在这个热机内两个温度不同的热源之间的简单循环（即卡诺循环）的研究，得出结论：热机必须在两个热源之间工作，热机的效率只取决与热源的温差，热机效率即使在理想状态下也不可能的达到100%。即热量不能完全转化为功。

1850年，克劳修斯在卡诺的基础上统一了能量守恒和转化定律与卡诺原理，指出：一个自动运作的机器，不可能把热从低温物体移到高温物体而不发生任何变化，这就是热力学第二定律。不久，开尔文又提出：不可能从单一热源取热，使之完全变为有用功而不产生其他影响；或不可能用无生命的机器把物质的任何部分冷至比周围最低温度还低，从而获得机械功。这就是热力学第二定律的“开尔文表述”。奥斯特瓦尔德则表述为：第二类永动机不可能制造成功。

在提出第二定律的同时，克劳修斯还提出了熵的概念S=Q/T，并将热力学第二定律表述为：在孤立系统中，实际发生的过程总是使整个系统的熵增加。但在这之后，克劳修斯错误地把孤立体系中的熵增定律扩展到了整个宇宙中，认为在整个宇宙中热量不断地从高温转向低温，直至一个时刻不再有温差，宇宙总熵值达到极大。这时将不再会有任何力量能够使热量发生转移，此即“热寂论”。

为了批驳“热寂论”，麦克斯韦设想了一个无影无形的精灵（麦克斯韦妖），它处在一个盒子中的一道闸门边，它允许速度快的微粒通过闸门到达盒子的一边，而允许速度慢的微粒通过闸门到达盒子的另一边。这样，一段时间后，盒子两边产生温差。麦克斯韦妖其实就是耗散结构的一个雏形。

1877年，玻尔兹曼发现了宏观的熵与体系的热力学几率的关系S=KlnQ，其中 K为 玻尔兹曼常数。1906年，能斯特提出当温度趋近于绝对零度 T→0 时，△S / O = 0 ，即“能斯特热原理”。普朗克在能斯特研究的基础上，利用统计理论指出，各种物质的完美晶体，在绝对零度时，熵为零（S 0 = 0 ），这就是热力学第三定律。

热力学三定律统称为热力学基本定律，从此，热力学的基础基本得以完备。