Mis on Maxwelli deemon?
Maxwelli deemonide kontseptsioon on nime saanud James Clerk Maxwelli järgi. Selle kontseptsiooni eesmärk on selgitada, mis juhtub siis, kui kaks objekti kuumutatakse erineval määral. Mõistet, et deemon avab uksed kiiresti liikuvatele osakestele, muutes need ühele kambrile, muutes selle kuumemaks kui teine kamber, on endiselt laialdaselt uuritud. Idee on rikkunud termodünaamika teist seadust.
Maxwelli demoni päritolu ja ajalugu
Idee kerkis esimest korda Maxwelli poolt 11. detsembril 1867 kirjas Peter Guthrie Taitile. 1871. aastal kirjutas Maxwell uuesti John William Struttile sama idee kohta. Oma sisendiga tutvustas Maxwell ideed avalikkusele 1972. aastal raamatu pealkirjaga „Soojuse teooria”. Nime „deemon” kasutas William Thomson esmakordselt ajalehes „loodus“. termodünaamika seadused. Esimeses seaduses on sätestatud, et energiat ei saa „luua ega hävitada”, samas kui teine seadus sätestab, et kui energia teisendatakse, on see pöördumatu.
Maxwelli eksperiment
Maxwell kasutas kahte laeva; laev X ja Y gaasiga. Laevad paigutati üksteise kõrval ja nende vahele puuriti väike auk. Seejärel alandati või tõsteti temperatuure kummaski anumas. Ühes anumas olevad molekulid kaldusid liikuma sõltuvalt energiasäästu või -kaotuse tõttu algatatud reguleerimisest. Ta kujutas ette, et deemon valvab ukseava ja eraldas suure kiirusega liikuvad molekulid keskmistel kiirustel liikuvatest.
Kui kiirelt liikuv molekul X-st lööb ukseava suunas, avab uks deemon, ja molekul liigub X-st Y-ni. demon laseb tal Y-st X-le edasi minna. Molekulide ligikaudne kiirus Y-s on suurenenud, samas kui X-s on nad järk-järgult vähenenud. Kuna ligikaudne molekulkiirus vastab temperatuurile, langeb temperatuur X-s ja suureneb Y-s, vastupidiselt teisele termodünaamika seadusele. Deemon peab võimaldama molekulidel liikuda mõlemale poole nii, et tekiks ainult temperatuurivahetus. Katse käigus leiti, et kaks sektsiooni eraldav värav avati valikuliselt sõltuvalt osakeste kiirusest.
Kriitika eksperimenti suhtes
1929. aastal mõtlesid Leo Szilard ja Leon Brillouin, kuidas “deemon” oli võimeline mõõtma molekulide kiirust. Nad väitsid, et teooria ei suutnud termodünaamilist reeglit kõrvaldada. Samuti väitsid nad, et "deemonil" ei ole ajaga ruumi informatsiooni salvestamiseks, mistõttu hakatakse eelnevalt salvestatud andmeid kustutama. Teaduslikult ei ole võimalik rohkem energiat välja tuua, kui sisestate. „Demoni” värava avamise ja sulgemise protsess nõuab mõningast energiatarbimist. See tähendab, et kuuma või külma molekuli kindlakstegemiseks on vaja rohkem energiat, et Maxwelli idee oleks küsitav, sest see käivitaks värava avamise isegi külmade molekulide jaoks.
