Historien om Maxwells dæmon. Maxwells dæmon, kvantedæmon. I skønlitteraturen

Encyklopædisk YouTube

1 / 5

✪ Maxwells Dæmon

✪ Videnskabsshow. Udgave nr. 58. To dæmoner i teoretisk fysik

✪ Videnskabsshow. Udgave 50. Visualisering i fysik

✪ Videnskabsshow. Udgave nr. 63. Fremskridt i Big Bang-teorien

Undertekster

Ifølge termodynamikkens anden lov er universets entropi konstant stigende. Det hele er ret forvirrende. generel tidsplan partikelfordelinger. Så mellem disse to systemer... Lad os sige, at de er isolerede. Så hvad skete der her? nyt system T2. Og mit nye T1-system vil rykke lidt til højre. Gennemsnittet vil være højere. du ville sandsynligvis bruge en slags computer med forskellige sensorer til at gøre dette, og nogle mennesker har faktisk forsøgt at gøre dette på et bestemt niveau... Så denne computer og hele dens system vil skabe en masse entropi - her, dette delta S. Det vil skabe mere entropi end den entropi, der går tabt under afkøling kolde side og opvarmning varmt.

Så Maxwells dæmon og jeg har ikke gjort noget bestemt.

Jeg har ikke bevist dette matematisk. 中央大学 Men Maxwells dæmon er et meget interessant tankeeksperiment, fordi det giver dig et lidt bredere syn på forskellen mellem makro- og mikrotilstande.

Og også om, hvad der sker på molekylært niveau i forhold til temperatur, og hvordan man kan gøre en kold krop endnu koldere, og en varm krop endnu varmere. Men vores svar er slet ikke paradoksalt. Når du tænker på entropien af et helt system, skal du inkludere selve dæmonen.

Og hvis du inkluderer selve dæmonen i systemet, så vil den øge entropien, hver gang den åbner sit smuthul – der kræves en vis mængde energi for at åbne døren.

Men ved at gøre det, vil dæmonen skabe mere entropi end den entropi, der kunne gå tabt, f.eks. når en af disse langsomme partikler krydser over til den anden side af barrieren.

Jeg ville i hvert fald lige fortælle dig om det, fordi det er et virkelig interessant tankeeksperiment. Indtil næste video! Essensen af paradokset I 2010 lykkedes det fysikere fra Chuo University (japansk) at implementere et tankeeksperiment i virkeligheden.) og Tokyo University I 2015 blev en autonom kunstig Maxwells dæmon implementeret i form af en enkelt-elektron transistor med superledende aluminiumsledninger. Denne enhed tillader stort antal måleoperationer på kort tid. Forklaring af Maxwells paradoks Maxwells paradoks blev først løst af Leo Szilard i 1929 baseret på følgende analyse. Dæmonen skal bruge nogle ℏ ω 1 > T 0 (\displaystyle \hbar \omega _(1)>T_(0)) for at lyskvanter kan genkendes på baggrund af termisk stråling med temperatur

I fravær af en dæmon, energi E (\displaystyle E), udsendes af en pære ved en temperatur T 1 (\displaystyle T_(1)) absorberes i gas ved temperatur T 0 (\displaystyle T_(0)) og samlet entropi stiger: Δ S = E T 0 − E T 1 > 0 , (\displaystyle \Delta S=(\frac (E)(T_(0)))-(\frac (E)(T_(1)))>0,) fordi ℏ ω 1 T 0 > 1 , (\displaystyle (\frac (\hbar \omega _(1))(T_(0)))>1,) EN p Ω 0 ≪ 1. (\displaystyle (\frac (p)(\Omega _(0)))\ll 1.)

I nærværelse af en dæmon er entropiændringen: Δ S = ℏ ω 1 T 0 − p Ω 0 > 0. (\displaystyle \Delta S=(\frac (\hbar \omega _(1))(T_(0)))-(\frac (p)( \Omega _(0)))>0.) Her betyder det første led en stigning i entropi, når et kvantum af lys udsendt af en lommelygte rammer dæmonens øje, og det andet led betyder et fald i entropi på grund af et fald i den statistiske vægt af systemet Ω 0 (\displaystyle \Omega _(0)) med beløbet p , (\displaystyle p,) hvilket fører til et fald i entropi med mængden Δ S s = S 1 − S 0 = ln ⁡ (Ω 0 − p − ln ⁡ Ω 0 ≈ − p Ω 0. (\displaystyle \Delta S_(s)=S_(1)-S_(0)=\ln (\Omega _(0)-p-\ln \Omega _(0)\ca. -(\frac (p)(\Omega _(0))).)

Lad os se nærmere på denne proces. Lad en beholder indeholdende gas opdeles i to dele A (\displaystyle A) Og B (\displaystyle B) med temperaturer TB > TA, TB − TA = Δ T, TB = T 0 + 1 2 Δ T, TA = T 0 − 1 2 Δ T.(\displaystyle T_(B)>T_(A),\quad T_(B)-T_(A)=\Delta T,\quad T_(B)=T_(0)+(\frac (1)(2) )\Delta T,\quad T_(A)=T_(0)-(\frac (1)(2))\Delta T.) Antag, at dæmonen vælger et hurtigt bevægende molekyle med kinetisk energi 3 2 T (1 + ϵ 1) (\displaystyle (\frac (3)(2))T(1+\epsilon _(1))) A (\displaystyle A) i et område med lav temperatur og leder den til området B. (\displaystyle B.) Derefter udvælger han et langsomt bevægende molekyle med kinetisk energi 3 2 T (1 − ϵ 2) (\displaystyle (\frac (3)(2))T(1-\epsilon _(2))) B (\displaystyle B) i et område med lav temperatur i området med

høj temperatur EN. (\displaystyle A.)

For at forudvælge disse to molekyler har dæmonen brug for mindst to lyskvanter, hvilket vil føre til en stigning i entropi, når den kommer ind i hans øje Δ S m = Δ Q (1 T B − 1 TA) ≈ − Δ Q Δ T T 2 = − 3 2 (ϵ 1 + ϵ 2) Δ T T .(\displaystyle \Delta S_(m)=\Delta Q\venstre((\frac (1)(T_(B)))-(\frac (1)(T_(A)))\right)\ca. -\ Delta Q(\frac (\Delta T)(T^(2)))=-(\frac (3)(2))\venstre(\epsilon (1)+\epsilon _(2)\right)(\ frac (\Delta T)(T)).) Mængder Og ϵ 1 (\displaystyle \epsilon (1))ϵ 2 , (\displaystyle \epsilon (2),) højst sandsynligt lilleΔ T ≪ T (\displaystyle \Delta T\ll T) og derfor

Δ S m = − 3 2 ν , ν ≪ 1. (\displaystyle \Delta S_(m)=-(\frac (3)(2))\nu ,\quad \nu \ll 1.) Således vil den totale entropiændring være

Δ S = Δ S d + Δ S m = 2 ℏ ω 1 T 0 − 3 2 ν > 0. (\displaystyle \Delta S=\Delta S_(d)+\Delta S_(m)=2(\frac ( \hbar \omega _(1))(T_(0)))-(\frac (3)(2))\nu >0.) Dæmonens temperatur kan være meget lavere end gassens temperatur Td ≪ T 0 . (\displaystyle T_(d)\ll T_(0).) Samtidig kan den modtage lyskvanter med energi ℏ ω (\displaystyle \hbar \omega), udsendes af gasmolekyler ved temperatur T0.(\displaystyle T_(0).) Så kan ovenstående ræsonnement gentages med udskiftning af betingelser< T 0 , ℏ ω 1 >T 1 > T 0 , ℏ ω 1 > T 0 (\displaystyle T_(1)>T_(0),\quad \hbar \omega _(1)>T_(0)) på forhold

T 2

T2.

(\displaystyle T_(2) T_(2).) I populærkulturen
I skønlitteraturen
I historien "Monday Begins on Saturday" af Strugatsky-brødrene bliver Maxwells dæmoner tilpasset af administrationen af NIICHAVO til at åbne og lukke

Tankeeksperimentet er som følger: antag, at et kar med en gas er opdelt af en uigennemtrængelig skillevæg i to dele: højre og venstre. I skillevæggen er der et hul med en enhed (den såkaldte Maxwells dæmon), som tillader hurtige (varme) gasmolekyler kun at flyve fra venstre side af karret til højre, og langsomme (kolde) molekyler kun fra højre side af fartøjet til venstre. Så vil de "varme" (hurtige) molekyler efter lang tid ende i det højre kar, og de "kolde" vil "blive" i det venstre.

Således viser det sig, at Maxwells dæmon giver dig mulighed for at opvarme højre side af fartøjet og afkøle venstre uden yderligere energiforsyning til systemet. Entropien for et system bestående af højre og venstre del af karret i starttilstanden er større end i sluttilstanden, hvilket er i modstrid med det termodynamiske princip om ikke-aftagende entropi i lukkede systemer (se Termodynamikkens anden lov)

Paradokset er løst, hvis vi betragter et lukket system, der inkluderer Maxwells dæmon og fartøjet. For at Maxwells dæmon kan fungere, skal energi overføres til den fra en tredjepartskilde. På grund af denne energi sker adskillelsen af varme og kolde molekyler i karret, det vil sige overgangen til en tilstand med lavere entropi. En detaljeret analyse af paradokset for den mekaniske implementering af dæmonen (skralde og pal) er givet i Feynman Lectures on Physics, vol. 4, samt i Feynmans populære foredrag "The Nature of Physical Laws".

Med udviklingen af informationsteori blev det fundet, at måleprocessen muligvis ikke fører til en stigning i entropi, forudsat at den er termodynamisk reversibel. Men i dette tilfælde skal dæmonen huske resultaterne af måling af hastigheder (sletning af dem fra dæmonens hukommelse gør processen irreversibel). Da hukommelsen er begrænset, er dæmonen på et vist tidspunkt tvunget til at slette gamle resultater, hvilket i sidste ende fører til en stigning i entropien af hele systemet som helhed.

Japanske fysikeres succes

For første gang var japanske fysikere i stand til eksperimentelt at opnå en stigning i den indre energi i et system ved kun at bruge information om dets tilstand og uden at overføre yderligere energi til det.
Generering af energi fra information blev først teoretisk beskrevet af den britiske fysiker James Maxwell i hans tankeeksperiment. I den vogtede et væsen, senere kaldet "Maxwells dæmon", døren mellem to rum. Dæmonen, der kender energien af det molekyle, der nærmer sig døren, åbner kun passagen for "hurtige" molekyler og lukker døren foran "langsomme" molekyler. Som et resultat vil alle de "hurtige" molekyler være i det ene rum, og alle de langsomme i det andet, og den resulterende temperaturforskel kan bruges til praktiske formål.
Implementeringen af et sådant "dæmonisk" kraftværk kræver meget større energiomkostninger, end der kan udvindes fra den resulterende temperaturforskel, så rigtige motorer, der fungerer efter dette princip, er aldrig blevet seriøst overvejet af videnskabsmænd. Interessen for sådanne systemer er dog genopstået på det seneste med udviklingen af nanoteknologi.
Forfatterne af undersøgelsen, japanske fysikere ledet af Masaki Sano fra University of Tokyo, gennemførte et tankeeksperiment, der involverede "Maxwells dæmon."
Forskerne brugte et polymerobjekt på omkring 300 nanometer i størrelse, der ligner en perle. Dens form er valgt, så rotation med uret er energetisk mere gavnlig for den, da dette er ledsaget af frigivelse af mekanisk energi. Rotation mod uret fører tværtimod til "vridning" af perlen og en stigning i den mekaniske energi, der er lagret i den.
Perlen blev placeret i en speciel løsning, og på grund af dens lille størrelse begyndte den at tage del i Brownsk bevægelse og rotere - både med uret og mod uret.
Forskerne brugte specialudstyr til at spore hver drejning af perlen, og da den roterede mod uret, påførte de en elektrisk spænding til beholderen, hvori den var placeret. Denne operation overførte ikke yderligere energi til systemet, men på samme tid tillod den ikke perlen at "afvikle" tilbage. Således ved kun at bruge information om, hvor perlen vendte sig, var forskerne i stand til at øge dens forsyning af mekanisk energi kun på grund af energien fra Brownsk bevægelse af molekyler.
Loven om bevarelse af energi er ikke overtrådt. Ifølge Sanos beregninger var effektiviteten af at konvertere information til energi i deres eksperiment 28%, hvilket stemmer overens med teoretiske beregninger.
En sådan mekanisme kunne bruges til at betjene nanomaskiner eller molekylære mekanismer, siger Vlatko Vedral, en fysiker ved University of Oxford, som ikke deltog i Sanos eksperiment, hvis mening er citeret af online-publikationen Nature News.
"Det ville være meget interessant at opdage brugen af dette princip om energioverførsel i levende systemer," tilføjede videnskabsmanden.

Ledende forsker på laboratoriet svarer kvanteteori oplysninger fra MIPT og Institut for Teoretisk Fysik opkaldt efter L.D. Landau RAS Gordey Lesovik:

— Ifølge en af formuleringerne af termodynamikkens anden lov bevæger varme sig fra et varmt legeme til et koldt. Dette er et almindeligt og forståeligt fænomen. Men hvis du starter Maxwell's Demon ind i et lukket system (det menes, at det øger graden af orden i systemet), så er det i stand til at forstyrre tingenes naturlige orden og eliminere uorden, hvis du vil. Det vil afspejle højenergiske atomer eller molekyler, ændre flow og derved igangsætte helt andre processer i systemet. En lignende proces kan opnås ved hjælp af vores kvanteenhed.

Skematisk repræsentation af Maxwells dæmon. Foto: Commons.wikimedia.org

Vi har vist, at selvom kvantemekanikken generelt set netop sikrer denne meget klassiske termodynamiske lov og sikrer tingenes naturlige orden, så er det muligt kunstigt at skabe betingelser, hvorunder denne proces kan forstyrres. Det vil sige, nu er Maxwells kvantedæmon - med andre ord, et kunstigt atom (det kaldes normalt en qubit, dvs. en kvantebit) er i stand til at sørge for, at varme overføres fra en kold genstand til en varm genstand, og ikke omvendt. . Dette er hovednyheden i vores arbejde.

I den nærmeste fremtid planlægger vi at skabe et kvantekøleskab, hvor vi eksperimentelt vil vende naturlige varmestrømme. Samtidig vil vores superkøleskab ikke selv kunne bruge energi på transformationer, men (i en vis forstand) udvinde det fra en kilde, der kan placeres få meter væk fra det. Ud fra dette synspunkt vil vores kvantekøleskab (lokalt) være absolut energieffektivt. For at undgå misforståelser er det vigtigt at understrege, at når en fjern energikilde tages i betragtning, genoprettes gyldigheden af termodynamikkens anden lov, og verdensordenen som helhed vil ikke blive forstyrret.

Med hensyn til anvendelsesområdet for Maxwells Quantum Demon, dvs. vores enhed, så først og fremmest er dette naturligvis kvantemekanikkens felt. Nå, for eksempel bliver en almindelig computer ofte varm under drift, det samme sker med kvanteenheder, kun dér er disse processer endnu mere kritiske for normal drift. Vi vil være i stand til at køle dem eller nogle individuelle mikrochips. Nu lærer vi at gøre dette med tæt på 100 % effektivitet.

Og selvfølgelig vil sådanne eksperimenter gøre det muligt i fremtiden at tale om skabelsen evighedsmaskine anden type. Der kræves ingen batterier, motoren vil være i stand til at udtrække energi fra det nærmeste termiske reservoir og bruge det til at flytte nogle nanoenheder.

En evighedsmaskine af den anden slags er en maskine, der, når den sættes i drift, ville omdanne al den varme, der udvindes fra de omgivende kroppe, til arbejde. Ifølge termodynamikkens love betragtes det stadig som en uigennemførlig idé.

Fysikere fra Finland, Rusland og USA har været banebrydende for Maxwells autonome elektrondæmon. Forfatterne offentliggjorde resultaterne af deres forskning i tidsskriftet Physical Review Letters. Hvad er Maxwells dæmoner, og hvordan de kan forstyrre betjeningen af computere, siger Lenta.ru.

Intrigen omkring Maxwells dæmoner har bestået i videnskaben i 150 år. Begrebet et overnaturligt væsen blev foreslået i 1867 af den britiske fysiker James Clerk Maxwell. Det handler om om en bestemt enhed, der fungerer på en sådan måde, at den fører til en krænkelse (tilsyneladende) af termodynamikkens anden lov - en af de mest fundamentale naturlove.

I sit tankeeksperiment tog Maxwell en lukket gascylinder og delte den i to dele med en indervæg med en lille luge. Ved at åbne og lukke lugen adskiller Maxwells dæmon hurtige (varme) og langsomme (kolde) partikler. Som et resultat opstår der en temperaturforskel i cylinderen, og varme overføres fra en koldere gas til en varmere, hvilket ser ud til at modsige termodynamikkens anden lov.

Termodynamikkens anden lov bestemmer retningen af fysiske processer. Især, som den tyske fysiker Rudolf Clausius viste, gør det det umuligt for en spontan overførsel (det vil sige uden arbejde) af varme fra et koldere legeme til et varmere eller, hvad der er det samme, et fald i entropien (et mål for uorden) af et isoleret system. I franskmanden Sadi Carnots formulering lyder denne lov sådan: En varmemotor med en effektivitetsfaktor på hundrede procent er umulig.

Termodynamikkens anden lov blev endelig formuleret i det 19. århundrede. Så var det en lov for en række særlige tilfælde (den grundlæggende karakter blev tydeligere senere). Fysikere ledte efter modsigelser i det, og en af dem (sammen med universets termiske død) blev præsenteret af Maxwell i et brev til sin kollega Peter Tate.

Paradokset tiltrak straks videnskabsmænds og videnskabselskeres opmærksomhed. I det 20. århundrede blev berømmelsen af Maxwells dæmon formørket af Schrödingers kat (eller kat). I mellemtiden, som et kæledyr fra kvantemekanikken, tjente den britiske fysikers dæmon som kilden til mange vigtige opdagelser. Især takket være ham opstod den termodynamiske teori om information og den relaterede idé om informationsentropi.

I 1960'erne formulerede Rolf Landauer, en forsker ved det amerikanske firma IBM (International Business Machines), det princip, der bærer hans navn. Han forbandt tabet af en smule information i ethvert fysisk system med frigivelsen af en tilsvarende mængde varme (eller, hvad der er det samme, en stigning i termodynamisk entropi). Landauers arbejde var grundlæggende for computerteknologi, som stadig eksisterer i dag. Udtrykket, opkaldt efter Landauer samt amerikanerne Claude Shannon og John von Neumann, giver mulighed for at bestemme grænsen fysiske egenskaber enheder (primært dens kraft og størrelse), hvori information er ødelagt. Menneskeskabte processorer er gået fra at sprede milliarder af gange mere varme end forudsagt af Landauer-princippet til moderne betydninger, kun tusindvis af gange højere end det.

Lad der være en hukommelsescelle indeholdende information kodet i bits (med værdierne nul og en). Hvis du ødelægger det (det vil sige transformerer det til en tilstand, der kun indeholder nuller eller enere), vil varme blive frigivet. På termodynamikkens sprog betyder det, at systemets entropi bliver nul, da den maksimale ordnede tilstand (kun beskrevet af nuller eller etaller) er opnået. Landauer kunne godt lide at gentage, at "information er en fysisk størrelse," dette var hans motto.

For første gang målte forskere fra Frankrig og Tyskland den varme, der frigives, når en smule information ødelægges. Hukommelsescellen var en kvartsperle med en diameter på to mikrometer placeret i vand. Ved hjælp af en optisk pincet skabte fysikere et par potentielle huller, hvori perlen kunne ende. Disse systemtilstande stemte overens logiske værdier nul og en. Da systemet blev overført til én tilstand, blev oplysningerne slettet. Maskinen tog højde for mange nuancer, især fluktuationer, hvis rolle voksede sammen med faldet i dybden af gruberne. Ved hjælp af Rapid observerede fysikere overgangen af et system fra en tilstand til en anden. Processen blev ledsaget af varmeafgivelse, vandtemperaturen steg, og dette blev registreret. De opnåede data viste sig at være tæt på dem, der blev forudsagt af Landauers princip.

Men hvad har Maxwells dæmon med det at gøre? Faktum er, at når de sorterer varme og kolde molekyler i Maxwells tankeeksperiment, akkumulerer dæmonen information om partiklernes hastigheder. På et tidspunkt bliver hukommelsen fuld, og dæmonen skal slette den for at fortsætte med at arbejde. Dette kræver, at man udfører arbejde nøjagtigt svarende til det arbejde, der teoretisk kunne udvindes fra et system af varme og kolde partikler. Det vil sige, at termodynamikkens anden lov ikke er overtrådt. Der opstår imidlertid et metafysisk spørgsmål om, at entiteten sletter dæmonens hukommelse. Kunne hun være en slags superdæmon, der påvirker en mindre dæmon? Svaret på dette spørgsmål blev først foreslået i 1929 af en af deltagerne i Manhattan Project, den amerikanske fysiker Leo Szilard. Enheden opkaldt efter ham giver Maxwells dæmon autonom drift.

Japanske videnskabsmænd formåede at implementere det for første gang i 2010. Deres elektromekaniske model er en polystyrenperle med en diameter på omkring 300 nanometer placeret i en elektrolyt. Det elektromagnetiske felt forhindrede perlen i at bevæge sig nedad, hvilket resulterede i, at den fik mekanisk (potentiel) energi proportionalt med feltets arbejde. Maxwells dæmon i et sådant system var observatøren og hans videnskabelige instrumenter, hvis funktion kræver energi. Sidstnævnte omstændighed tillader igen ikke, at man overtræder termodynamikkens anden lov. I modsætning til japanske videnskabsmænd skabte deres kolleger fra Finland, Rusland (Ivan Khaimovich fra Institute of Physics of Microstructures of the Russian Academy of Sciences) og USA for første gang ikke en elektromekanisk, men en fuldstændig elektronisk Szilard-maskine (Maxwells autonome dæmon) .

Systemet er baseret på en enkelt-elektron transistor, som danner en lille kobber-ø forbundet med to superledende aluminiumsterminaler. Maxwells dæmon styrer bevægelsen af elektroner af forskellige energier i en transistor. Når partiklen er på øen, tiltrækker dæmonen den med en positiv ladning. Hvis en elektron forlader øen, frastøder dæmonen den med en negativ ladning, hvilket får transistorens temperatur til at falde og dæmonens temperatur til at stige.

Dæmonen udfører alle manipulationer i offline tilstand(dets adfærd bestemmes af transistoren) og temperaturændringerne indikerer en sammenhæng mellem den og systemet, så det ser ud som om Maxwells dæmon kender til systemets tilstand og er i stand til at styre det. Den elektroniske dæmon giver dig mulighed for at udføre et stort antal målinger på kort tid, og lave temperaturer i systemet gør det muligt at registrere ekstremt små ændringer. Dette system overtræder heller ikke termodynamikkens anden lov og er i overensstemmelse med den intuitive idé om, at information kan bruges til at udføre arbejde.

Hvorfor har videnskabsmænd brug for sådan forskning? På den ene side er de af klar akademisk interesse, da de tillader studiet af mikroskopiske fænomener i termodynamikken. På den anden side viser de, hvor vigtig produktionen af entropi er ud fra den information, som dæmonen modtager. Dette er netop, hvad forfatterne af undersøgelsen mener, kan være nyttigt til design af qubits (kvanteanaloger af klassiske bits) af kvantecomputere, selv på trods af de nye fremskridt inden for reversible computing, en historie om hvilken ligger uden for denne artikels omfang.

"Maxwells Dæmon" er et tankeeksperiment udtænkt af James Maxwell i 1867 for at illustrere det tilsyneladende paradoks i den anden termodynamiske lov. Hovedpersonen i dette eksperiment er et hypotetisk intelligent mikroskopisk væsen, som senere fik navnet "Maxwells dæmon."

Lad os antage, at et kar med en gas er opdelt af en uigennemtrængelig skillevæg i højre og venstre dele. Der er et hul i skillevæggen med en enhed, den såkaldte Maxwells dæmon, som tillader hurtige, varme gasmolekyler kun at flyve fra venstre side af karret til højre, og langsomme, kolde molekyler kun fra højre side af fartøjet til venstre.

Så vil alle de varme molekyler efter et ret langt tidsrum være til højre, og de kolde til venstre. Således viser det sig, at Maxwells dæmon, uden yderligere energiforsyning, kan opvarme den ene del af karret og afkøle den anden.

Som et resultat viser det sig, at entropien i et system bestående af to halvdele i starttilstanden er større end i sluttilstanden, og det er i modstrid med det termodynamiske princip om ikke-aftagende entropi i lukkede systemer, dvs. termodynamikkens anden lov.

Når alt kommer til alt, følger det af termodynamikkens anden lov, at det er umuligt at overføre varme fra et legeme med en lavere temperatur til et legeme med en højere temperatur uden at udføre arbejde.

Paradokset er løst, hvis vi betragter et lukket system, der inkluderer Maxwells dæmon og fartøjet. For at Maxwells dæmon selv kan fungere, er det nødvendigt at overføre energi til den fra en tredjepartskilde. På grund af denne energi vil adskillelsen af varme og kolde molekyler blive udført

Dette mindeværdige bas-relief dukkede op til ære for James Maxwell og hans undvigende dæmon på væggen på et af de amerikanske universiteter.

Og hvis sådan en dæmon kunne eksistere i virkeligheden, så ville det være muligt at skabe en varmemotor, der ville fungere uden at forbruge energi.

Med udviklingen af informationsteori blev det fundet, at måleprocessen muligvis ikke fører til en stigning i entropi, forudsat at den er termodynamisk reversibel.

Men i dette tilfælde skal dæmonen huske resultaterne af måling af hastigheder (sletning af dem fra dæmonens hukommelse gør processen irreversibel).

Da hukommelsen er begrænset, er dæmonen på et vist tidspunkt tvunget til at slette gamle resultater, hvilket i sidste ende fører til en stigning i entropien af hele systemet som helhed.

I 2010 lykkedes det fysikere fra Tokyo University at implementere tankeeksperimentet i virkeligheden. Forskere bemærkede, at de blev inspireret til at skabe dette eksperiment af Maxwells berømte dæmon. Japanske fysikere var de første til at konvertere information til energi.

De har skabt et fungerende nanoskalasystem, der kan omdanne information til energi med en effektivitet på omkring 28 procent (til sammenligning er effektiviteten af de mest moderne forbrændingsmotorer lidt over 40 procent). Forskere udelukker ikke, at det princip, de udviklede, i fremtiden vil gøre det muligt at skabe systemer, hvor dimensionerne af både det kontrollerede objekt og "dæmonen" ikke vil overstige hundredvis af nanometer.

Og i 2015 skabte fysikere fra Finland, Rusland og USA en autonom kunstig Maxwells dæmon, som blev implementeret i form af en enkelt-elektron transistor med superledende aluminiumsledninger. Maxwells dæmon styrer elektronernes bevægelse gennem en transistor.

Installationen vil hjælpe med at studere mikroskopiske fænomener i termodynamik og kan finde anvendelse i qubits til kvantecomputere.