მაქსველის დემონი

მაქსველის დემონი — 1867 წლის აზრითი ექსპერიმენტი, აგრეთვე მისი მთავარი პერსონაჟი — მიკროსკოპული ზომის წარმოსახვითი მოაზროვნე არსება, რომელიც მოიგონა ბრიტანელმა ფიზიკოსმა ჯეიმზ კლარკ მაქსველმა თერმოდინამიკის მეორე კანონის მოჩვენებითი პარადოქსის საილუსტრაციოდ.

 პარადოქსის არსი 
აზრითი ექსპერიმენტი შემდგომში მდგომარეობას: დავუშვათ, აირით სავსე ჭურჭელი გაუვალი მემბრანით გაყოფილია ორ ნაწილად: მარჯვენად და მარცხენად. მემბრანაში არის ხვრელი ხელსაწყოთი (ეგრეთ წოდებული მაქსველის დემონით), რომელიც აირის სწრაფ (ცხელ) მოლეკულებს მხოლოდ ჭურჭლის მარცხენა ნაწილიდან მარჯვენაში გადასვლის საშუალებას აძლევს, ხოლო ნელ (ცივ) მოლეკულებს — მხოლოდ ჭურჭლის მარჯვენა ნაწილიდან — მარცხენაში. მაშინ დროის დიდი მონაკვეთის შემდეგ „ცხელი“ (სწრაფი) მოლეკულები აღმოჩნდება მარჯვენა ჭურჭელში, ხოლო „ცივები“ დარჩება მარცხენაში.

ამგვარად ვიღებთ, რომ მაქსველის დემონი სისტემაში ენერგიის დამატების გარეშე გვაძლევს საშუალებას, გავაცხელოთ ჭურჭლის მარჯვენა ნაწილი და გავაცივოთ მარცხენა. ენტროპია სისტემისთვის, რომელიც შედგება ჭურჭლის მარჯვენა და მარცხენა ნაწილებისგან, საწყის მდგომარეობაში მეტია, ვიდრე საბოლოოში, რაც ეწინააღმდეგება თერმოდინამიკურ პრინციპს ჩაკეტილ სისტემებში ენტროპიის შეუმცირებლობის შესახებ (იხ. თერმოდინამიკის მეორე კანონი).

პარადოქსი იხსნება, თუკი განვიხილავთ ჩაკეტილ სისტემას, რომელიც მოიცავს მაქსველის დემონსა და ჭურჭელს. მაქსველის დემონის ფუნქციონირებისთვის საჭიროა გარეშე წყაროსგან მისთვის ენერგიის გადაცემა. სწორედ ამ ენერგიის ხარჯზე ხდება ჭურჭელში ცხელი და ცივი მოლეკულების გაყოფა, ანუ ნაკლები ენტროპიის მდგომარეობაში გადასვლა. დემონის მექანიკური რეალიზაციისთვის (ხრუტუნა და ძაღლუკა) პარადოქსის დეტალური განხილვა მოყვანილია ფეინმანის ლექციებში ფიზიკის დარგში, გამოცემა 4, აგრეთვე ფეინმანის პოპულარულ ლექციებში „ფიზიკის კანონების ხასიათი“Фейнман P., Характер физических законов. Библиотечка «КВАНТ», Выпуск 62. — М.: Наука, Изд. второе, исправленное, 1987; Лекция 5. Различие прошлого и будущего..

ინფორმაციის თეორიის განვითარებასთან ერთად დადგინდა, რომ გაზომვის პროცესმა შეიძლება არც გამოიწვიოს ენტროპიის გაზრდა იმ პირობით, რომ იგი თერმოდინამიკურად შექცევადია. თუმცა ამ შემთხვევაში დემონმა უნდა დაიმახსოვროს სიჩქარეთა გაზომვის შედეგები (მათი დემონის მახსოვრობიდან წაშლა ხდის პროცესს შეუქცევადს). იქიდან გამომდინარე, რომ მეხსიერება სასრულია, გარკვეულ მომენტში დემონი იძულებულია, წაშალოს ძველი შედეგები, რაც საბოლოოდ იწვევს მთელ სისტემაში ენტროპიის გაზრდასLeff, Harvey S. and Andrew F. Rex. Maxwell’s Demon 2: Entropy, Classical and Quantum Information, Computing. CRC Press, 2002, ISBN 0750307595,Google books link page 370.Б. Б. Кадомцев "Динамика и информация", Успехи физических наук, т. 164, 1994, № 5, с. 450—530Ч. Г. Беннет "Демоны, двигатели и второе начало термодинамики", В мире науки, 53, 1988, № 1.

2010 წელს აზრითი ექსპერიმენტი რეალობაში განახორციელეს ტიუსა და ტოკიოს უნივერსიტეტის ფიზიკოსებმა.

სქოლიო

კატეგორია:აზრითი ექსპერიმენტები
კატეგორია:თერმოდინამიკა
კატეგორია:ფიზიკური ექსპერიმენტები