От трёх до пяти Связь демона Максвелла и теории информации

Час физика. Гость Евгения Сатановского и Сергея Корнеевского в студии «Вестей ФМ» – заведующий лабораторией теории сложных систем Института химической физики им. Н.Н.Семенова РАН Владик Аветисов.

АВЕТИСОВ: Такая наука, как термодинамика утверждает, что для того чтобы извлекать работу или совершать работу, вам нужно иметь два тепловых резервуара – один горячий, а другой холодный. И вам нужно иметь такую трубку, которая соединяла бы горячий и тепловой резервуар с холодным... Это – метафора, конечно, я условно очень говорю, я надеюсь, что радиослушатели меня понимают, и тогда тепло потечет. Но это, кстати, очень правильный образ, ведь течение тепла – вполне правильно. Там даже уравнение теплопроводности очень похоже на уравнение течение жидкости, ничего такого удивительного нет в действительности. Ну, как бы там ни было, тепло потечет от горячего резервуара к холодному резервуару. Ну и тогда по дорожке надо поставить мельничное колесо или там какой-нибудь ветряк...

КОРНЕЕВСКИЙ: Метафорически выражаясь.

АВЕТИСОВ: Да, метафорически, и оно закрутится. Вот, собственно говоря, вся идеология. Но если у вас один и другой резервуар имеют одну и ту же температуру, то, естественно, тепло не потечет никуда.

КОРНЕЕВСКИЙ: И вот тут вам нужен демон, чтобы разобрать...

АВЕТИСОВ: Да-да, вот примерно, и поэтому работа совершаться не будет. Помните, мы пытались опустить мельничное колесо в спокойное озеро и дождаться, когда оно закрутится?

КОРНЕЕВСКИЙ: И не дождались.

АВЕТИСОВ: На тот момент мы не дождались. Максвелл, который понимал, что это – один из его фундаментальных вкладов в кинетическую теорию газов и в термодинамику на самом деле. Максвелл понимал, что там, в масштабах молекул, когда мы начинаем их уже разглядывать и видим эти молекулы не так, как просто воду в озере, а уже там, внутри, что они движутся с колоссальными скоростями, там дуют жуткие ветра... И тогда мы тоже задавались вопросом на прошлой передаче: а почему ветряк не поставить, пусть он дует там, и ветряк будет крутиться, а в среднем бассейн будет находиться при одной температуре. Собственно говоря, демон Максвелла – это и есть дискуссия на тему, можно так сделать или нельзя так сделать, и если можно так сделать, то что для этого надо. Это как бы такая общая вещь. И вот Максвелл придумал такой мысленный эксперимент, он сказал, что давай возьмем ящик, поделим его перегородкой пополам, сделаем маленькую дырочку со шторкой, возле дырочки поставим этого самого демона, и вот этот демон будет просто смотреть. Если он увидит горячую молекулу, скажем, справа – он будет пропускать эту горячую молекулу, летящую очень быстро, справа налево, а если увидит холодную – он пропускать не будет. Так потихонечку в левой части будут накапливаться горячие молекулы, то есть, летящие с большой скоростью, справа останутся холодные, у вас появится разность температур, а дальше все начнет работать так, как мы уже говорили: тепло потечет слева направо. Можно сделать так или нельзя? Дискуссия на эту тему идет до сих пор.

Полностью слушайте в аудиоверсии.