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  • 麥克斯韋妖

    麥克斯韋妖

    麥克斯韋妖是在物理學(xué)中,假想的能探測并控制單個分子運動的“類人妖”或功能相同的機制,是1871年由19世紀英國物理學(xué)家麥克斯韋為了說明違反熱力學(xué)第二定律的可能性而設(shè)想的。

    當(dāng)時麥克斯韋意識到自然界存在著與熵增加相拮抗的能量控制機制。但他無法清晰地說明這種機制。他只能詼諧的假定一種“妖”,能夠按照某種秩序和規(guī)則把作隨機熱運動的微粒分配到一定的相格里。麥克斯韋妖是耗散結(jié)構(gòu)的一個雛形

    在19世紀早期,不少人沉迷于一種神秘機械——第一類永動機的制造,因為這種設(shè)想中的機械只需要一個初始的力量就可使其運轉(zhuǎn)起來,之后不再需要任何動力和燃料,卻能自動不斷地做功。在熱力學(xué)第一定律提出之前,人們一直圍繞著制造永動機的可能性問題展開激烈的討論。

    直至熱力學(xué)第一定律發(fā)現(xiàn)后,第一類永動機的神話才不攻自破。

      

      


    說明1

      為了批駁“熱寂論”,麥克斯韋設(shè)想了一個無影無形的精靈(麥克斯韋妖),它處在一個盒子中的一道閘門邊,它允許速度快的微粒通過閘門到達盒子的一邊,而允許速度慢的微粒通過閘門到達盒子的另一邊。這樣,一段時間后,盒子兩邊產(chǎn)生溫差。麥克斯韋妖其實就是耗散結(jié)構(gòu)的一個雛形。

      

    說明2

      首先對“熱寂說”提出詰難的是詹姆斯·克拉克·麥克斯韋(James Clerk Maxwell )。1871年,他在《熱理論》一書的末章《熱力學(xué)第二定律的限制》中,設(shè)計了一個假想的存在物——“麥克斯韋妖”。麥克斯韋妖有極高的智能,可以追蹤每個分子的行蹤,并能辨別出它們各自的速度。這個設(shè)計方案如下:“我們知道,在一個溫度均勻的充滿空氣的容器里的分子,其運動速度決不均勻,然而任意選取的任何大量分子的平均速度幾乎是完全均勻的,F(xiàn)在讓我們假定把這樣一個容器分為兩部分,A和B,在分界上有一個小孔,在設(shè)想一個能見到單個分子的存在物,打開或關(guān)閉那個小孔,使得只有快分子從A跑向B,而慢分子從B跑向A。這樣,它就在不消耗功的情況下,B的溫度提高,A的溫度降低,而與熱力學(xué)第二定律發(fā)生了矛盾"。[9]麥克斯韋認為,只有當(dāng)我們能夠處理的只是大塊的物體而無法看出或處理借以構(gòu)成物體分離的分子時,熱力學(xué)第二定律才是正確的,并由此提出應(yīng)當(dāng)對熱力學(xué)第二定律的應(yīng)用范圍加以限制。

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      不知道后面的人怎么批駁的,

      skydarken觀點:觀測分子和打開或關(guān)閉那個小孔,也都是要作功的,功可能極小,但是打開或關(guān)閉那個小孔是有無窮次的,因此無法忽略。

    麥克斯韋妖

      而耗散結(jié)構(gòu),如果不考慮這個妖精,是按照概率統(tǒng)計分布的,分子的概率統(tǒng)計分布就不可能產(chǎn)生溫差。

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      1877年,玻爾茲曼發(fā)現(xiàn)了宏觀的熵與體系的熱力學(xué)幾率的關(guān)系S=KlnQ,其中 K為 玻爾茲曼常數(shù)。1906年,能斯特提出當(dāng)溫度趨近于絕對零度 T→0 時,△S / O = 0 ,即“能斯特?zé)嵩怼。普朗克在能斯特研究的基礎(chǔ)上,利用統(tǒng)計理論指出,各種物質(zhì)的完美晶體,在絕對零度時,熵為零(S 0 = 0 ),這就是熱力學(xué)第三定律。

      熱力學(xué)三定律統(tǒng)稱為熱力學(xué)基本定律,從此,熱力學(xué)的基礎(chǔ)基本得以完備。

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