爱因斯坦曾说过“热力学第二定律”是宇宙中唯一“永不颠覆”的物理理论。
何谓热力学第二定律。
克劳修斯表述为:热量不能自发地从低温物体转移到高温物体。
英国物理学家开尔文表述为:第二类永动机不可能实现。
不可能制成一种循环动作的热机,从单一热源取热,使之完全变为功而不引起其它变化。
熵增加原理表述为:孤立系统的熵永不自动减少,熵在可逆过程中不变,在不可逆过程中增加。
经典电动力学的创始人,统计物理学的奠基人之一,18世纪英国伟大的物理学家麦克斯韦,曾经提出一个麦克斯韦妖的悖论,试图打破热力学第二定律。
(麦克斯韦妖)
麦克斯韦妖可以简单表述为:一个绝热容器被分成相等的两格,中间是由“妖”控制的光滑无摩擦的一扇小“门”,容器中的空气分子作无规则运动向门上撞击,妖操纵“门”将热分子(速度较快)放入B格,而冷分子(速度较慢)放入A格,这样B格就会比A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。
若真能制造永动机,从宇宙层面上来说则可以逆转宇宙熵增,拯救宇宙。
从人类社会层面上来说,则可以实现能量无限,能量无限意味可创造财富无限。
可梦想很美好,现实很骨感。无数人为了创造“永动机”前赴后继。
麦克斯韦放出的这头“妖”,纠缠了物理学家将近100年。
直到香龙创立信息论才杀死了麦克斯韦妖。
香农认为:“信息是用来消除随机不定性的东西”。物质、能量与信息是组成世界的三大要素。
“妖”要分隔冷热分子,首先要判断分子冷热,这就必须对原子测量,提取信息,这就需要消耗能量,这样就增加了熵。而且,熵的增量比麦克斯韦妖为了平衡熵而失去的量还多。
另外还可以把妖看成是一台电脑,当测量分子冷热后就要在磁盘上写下一个比特的测量记录,然后按照这个记录来执行程序,决定“门”是开是关。
任何电脑的存储量都是有限制的,如果存满了,就得删除一些信息,腾出新的空间。但删除信息会导致热量耗散,向外释放更多的熵。所以,妖在获取、储存、删除信息时都要付出能量和熵增的代价,依然要遵守热力学第二定律。
人类制造永动机的梦想再一次破灭。