Maxwell'in iblisi veya termodinamiğin ikinci yasasının nasıl aşılacağı

Merhaba sevgili misafirler ve kanalımın aboneleri. Bugün sizlerle termodinamiğin ikinci yasasının tartışılması sırasında ortaya çıkan sözde Maxwell Demon'u hakkında konuşmak istiyorum. Öyleyse başlayalım.

Sadece bilim kurgu romanlarında değil, alışılmadık bir yaratık da bulabilirsiniz. kurgudan uzak, fizik gibi bilimin sıradışı ve hatta fantastik yaratıklar için bir yeri olduğu ortaya çıktı. iblisler.

Belki de bu türden en ünlü yaratık, Maxwell denklem sisteminin yaratıcısı James Clerk Maxwell tarafından yaratılan sözde Maxwell Demon'du. Ve o (iblis), termodinamiğin ikinci yasası etrafındaki aktif tartışma sırasında icat edildi.

Termodinamiğin ikinci yasası ne diyor?

Dolayısıyla, ikinci dinamik yasasına göre, yeterli formülasyona sahiptir, ancak aynı zamanda fiziksel anlamı aynıdır: sistem, tek başına, daha az düzenli bir durumdan daha düzenli bir duruma bağımsız olarak geçiş yapamaz durum.

Örneğin, moleküllerin farklı hızlarda hareket ettiği belirli bir hacimde gaz düşünelim. İkinci yasaya göre, gaz bağımsız olarak iki yarıya bölünemez, burada biri düşük hızlı moleküllere sahip bir gaz, diğeri ise yüksek hızlı moleküller içeren bir gaz içerecektir.

Çok sayıda süreç de tersine çevrilebilir olarak kategorize edilir. Böylece örneğin sıradan su dondurulabilir ve buz çözüldükten sonra tekrar sıvı su elde edilebilir.

Metal hem mıknatıslanabilir hem de manyetikliği giderilebilir. Bir şeyi yakmak gibi geri dönüşü olmayan süreçler de vardır. Ancak termodinamiğin ikinci yasasına göre tüm bu işlemler, sistemin korunmasına veya sistemin düzenlenme derecesinde bir azalmaya yol açacaktır.

Bu durum, 19. yüzyılın bilim insanlarının kafasını sıktı ve rahatsız etti. Ve o sırada Maxwell, önemsiz olmayan çözümünü formüle etti ve o anda göründüğü gibi, Termodinamiğin ikinci yasasını incelikle atlamaya ve kapalı bir ortamda kaostaki kaçınılmaz artışı önlemeye izin verildi sistemi.

Böyle bir düşünce deneyi kurdu.

Düşünce deneyi ya da Maxwell'in Demon'ı nasıl ortaya çıktı?

Maxwell deneyinin özü:

İki eşit yarıya bölünmüş bir kap hayal edin. Dahası, bölmede (bu, kabı iki özdeş parçaya böler ve yine de kesinlikle gaz geçirmezdir), bir seferde yalnızca bir gaz atomunun geçmesine izin verebilen mikroskobik bir açılış kapısı vardır.

Aynı zamanda, kabın yarısı tamamen gazla, ikincisi ise saf vakumla doldurulur.

Şimdi zihinsel olarak bu kontrol noktası kapısına bir mikro bekçinin sunulduğunu ve gaz moleküllerini en kasıtlı şekilde gözlemlediğini hayal edelim.

Ve aynı zamanda o (bekçi) hızlı moleküller için geçişi açar ve onları bir vakumla kabın ikinci yarısına sokar ve yetersiz derecede yüksek hızlı olanları bulundukları yerde bırakır.

Kontrol noktasının bekçi ile çalışması önemli bir süre devam ederse, gazın iki kısma ayrılması mantıklıdır. Biri yavaş moleküllü soğutulmuş bir gaza sahip olacak ve diğerinde sıcak gaz molekülleri olan sıcak bir gaz olacak.

Böylece, sistem başlangıç ​​durumuna göre sıralanacak ve böylece termodinamiğin ikinci yasası ihlal edilmiş olacaktır.

Dahası, elde edilen sıcaklık dengesizliğinin iş elde etmek için kullanılması oldukça kabul edilebilir (Döngü ve Carnot teoremine göre).

Ve bu, kötü şöhretli bekçi kontrol noktasında sınırsız bir süre bırakılırsa, sürekli bir hareket makinesinden başka bir şey alamayacağımız anlamına gelir.

Bu bekçi-denetleyici, diğer bilim adamlarının Maxwell Demon'ı olarak adlandırdı. Görünüşe göre bu deneyde her şey hesaba katılmıştı ve oh, bunun sürekli bir hareket makinesine nasıl zarar vermediği. Ancak önemli bir nokta var.

Demon Maxwell'in sorunu nedir

Neredeyse en başından beri, düşünce deneyi sorgulandı ve işte nedeni:

İblis bekçisinin sonsuz çalışması için, gelen molekülleri aydınlatmak ve elemek için gerekli olan bir foton akışı biçiminde enerji kaynağı gereklidir.

Ayrıca, molekülleri sınıflandırırken, iblis moleküller ile etkileşime giremez, bu da onların gazdan termal enerji elde edeceği anlamına gelir. Bu, entropinin kaçınılmaz olarak artacağı anlamına gelir.

Ve böyle bir sistemin toplam entropisi hiçbir şekilde azalmayacaktır. Bu, ikinci yasanın ihlali olmadığı anlamına gelir.

Maxwell's Demon'ın varlığına karşı önemli bir karşı argüman, kuantum mekaniğinin doğumundan sonra geldi.

Bu nedenle, yaklaşan gaz moleküllerini doğru bir şekilde sıralamak için, bekçinin hızlarını doğru bir şekilde ölçmesi gerekir ki bu prensipte Heisenberg'in belirsizliğine göre imkansızdır. Ayrıca aynı prensibe göre molekülün tam konumu belirlenemez.

Ve bu, kapının açılacağı bazı moleküllerin kaçınılmaz olarak onu ıskalayacağı anlamına gelir.

Yani Maxwell'in iblisi, esasen mikro dünyanın porselen dükkanında kendi kurallarına göre yaşayan makroskopik bir fildir.

Ve eğer o (iblis bekçisi) kuantum mekaniği yasalarına göre sunulursa, molekülleri sıralayamayacaktır. Bu nedenle, termodinamiğin ikinci yasası için tehlikeli değildir.

Bu, fiziğin efsanevi yaratığı Maxwell Demon'ı nasıl yok edildi.

Malzemeyi beğendiyseniz, istediğiniz gibi derecelendirmeyi unutmayın ve ayrıca abone olun.

Sonuna kadar okuduğunuz için teşekkürler!