如果真的有麦克斯韦妖，会证明永动机存在，宇宙的结局也将改写
科学新视界2020-10-27 23:44
物理学家有着无穷无尽的创造力，经常会捣鼓出一些匪夷所思的东西，比如薛定谔的猫。这是一只物理学界的神兽，特点是既是死的又是活的。如果不用量子力学的语言来描述它，我们根本无法理解它，怎么会有一只猫既是死的又是活的？但是它对应的是量子力学里的叠加态。它就是介于“死和生”的叠加状态，听起来是不是很荒谬？然而薛定谔提出它的目的，就是要说明叠加态是多么的“荒谬”，我们不能用常规方法去看待它。同理，我们也不能用常规办法去看待麦克斯韦妖，它也是个“神兽”，和薛定谔的猫一样，本质都是个思维实验。它的提出者麦克斯韦，论成就可以和牛顿、爱因斯坦比肩。薛定谔的猫对应的是量子力学，麦克斯韦妖对应的是热力学和统计力学。统计力学其实是从宏观角度，去研究大量粒子的运动规律的学科。典型的实验对象是空气，温度这一概念从微观角度来说，是用来描述空气分子热运动的剧烈程度的物理量。在一定区域内的空气分子，它们运动速度的快慢其实是不同的，想要精准追踪，是一件不可能的事情。而麦克斯韦妖的本领，恰好是追踪每一个空气分子，并且知道它们的速度。假设存在一个密闭性完美的容器，中间有一扇门，只能由麦克斯韦妖打开。当一个速度快的空气分子接近门的时候，麦克斯韦妖将识别出它的身份，打开门，让它去另一边。而当一个速度慢的空气分子接近门的时候，则不允许它通过。我们能得出结果：长久以往下去，容器内的两个单独空间，就变成了一个温度高，一个温度低。这就是麦克斯韦妖的本领，麦克斯韦还说它在工作时是不消耗能量的，也就是说它不做功。容器却因为温差的存在，有了对其他物体做功的可能，变成了“第二类永动机”。然而第二类永动机真的存在吗？麦克斯韦妖的本事真有这么大？许多物理学家都不相信麦克斯韦妖能够存在，因为它违背了热力学第二定律，它可是物理学的“铁律”之一！热力学第二定律又名熵增加原理，由德国物理学家克劳修斯指出。大意是说宇宙中所有的孤立系统，其内部的熵都是不断增加的，宇宙作为一个整体，同样是如此。简单来说，熵指的是一个系统的混乱程度，熵不断增加，意味着系统的混乱程度越来越高。这对宇宙来说并不是好事，当熵趋于极大值时，宇宙中的所有运动全部转化为热运动，物质运动几乎停滞。同时，温度趋于恒定，达到“热平衡状态”，宇宙不会再有丝毫变化，是“寂静无声”的，这就是热力学第二定律预言的宇宙结局。如果麦克斯韦妖真的存在，那它就能以一己之力扭转宇宙的结局，因为它能将空气分子隔开，容器里的混乱程度减小，熵减少了。扩大到宇宙的层面，它也能够把宇宙的“熵”减少，宇宙的结局将被改写。遗憾的是，科学家提出了“信息熵”的概念，断绝了麦克斯韦妖存在的可能。麦克斯韦妖是利用“负熵”来削弱“熵增”的，但是“负熵”的获取也要消耗能量，通过某种方式获取，它不是凭空出现的。在这一过程中，麦克斯韦妖还是让“熵”增加了，而且增加的熵不会少于它让系统减少的熵。所以说麦克斯韦妖只是设想中的存在，热力学第二定律不允许它存在。