Setan Maxwell atau bagaimana menyiasati hukum kedua termodinamika

Halo para tamu dan pelanggan saluran saya. Hari ini saya ingin berbicara kepada Anda tentang apa yang disebut Demon of Maxwell, yang dihasilkan selama pembahasan hukum kedua termodinamika. Jadi mari kita mulai.

Tidak hanya dalam novel fiksi ilmiah Anda dapat menemukan beberapa makhluk yang tidak biasa, tetapi bahkan dalam bentuk yang terlihat sangat ekstrim Jauh dari fiksi, sains seperti fisika ternyata memiliki tempat bagi makhluk yang tidak biasa bahkan fantastis, seperti Iblis.

Mungkin makhluk yang paling terkenal adalah apa yang disebut Maxwell Demon, yang diciptakan oleh James Clerk Maxwell sendiri, pencipta sistem persamaan Maxwell. Dan dia (iblis) ditemukan selama debat aktif seputar hukum kedua termodinamika.

Apa yang dikatakan hukum kedua termodinamika?

Jadi, menurut hukum dinamika kedua, ia memiliki rumusan yang cukup, tetapi pada saat yang sama makna fisiknya sama: sistem, dalam isolasi, tidak dapat secara mandiri bertransisi dari keadaan yang kurang teratur ke yang lebih teratur negara.

Sebagai contoh, bayangkan volume gas tertentu di mana molekul bergerak dengan kecepatan berbeda. Menurut hukum kedua, gas tidak mampu membelah secara mandiri menjadi dua bagian, di mana satu akan berisi gas dengan molekul kecepatan rendah, dan bagian kedua akan berisi gas dengan molekul kecepatan tinggi.

Selain itu, sejumlah besar proses diklasifikasikan sebagai dapat dibalik. Jadi, misalnya, air biasa dapat dibekukan, dan setelah dicairkan, air cair dapat diperoleh kembali.

Logam dapat dimagnetisasi dan kemudian didemagnetisasi. Ada juga proses yang tidak dapat diubah, seperti membakar sesuatu. Tetapi semua proses ini, menurut hukum kedua termodinamika, akan mengarah pada pengawetan atau penurunan tingkat keteraturan sistem.

Situasi ini menghantui dan mengganggu pikiran ilmiah abad ke-19. Dan pada saat inilah Maxwell merumuskan solusi non-remehnya, yang, seperti yang terlihat pada saat itu, diizinkan untuk dengan anggun melewati hukum kedua termodinamika dan mencegah peningkatan kekacauan yang tak terhindarkan secara tertutup sistem.

Dia membuat eksperimen pemikiran seperti itu.

Eksperimen pikiran atau bagaimana Maxwell's Demon muncul

Inti dari eksperimen Maxwell:

Bayangkan sebuah wadah dibagi menjadi dua bagian yang sama. Selain itu, di partisi (ini membagi wadah menjadi dua bagian yang identik dan masih benar-benar tahan terhadap gas) ada pintu bukaan mikroskopis yang hanya dapat membiarkan satu atom gas lewat pada satu waktu.

Dan pada saat yang sama, satu setengah wadah terisi penuh dengan gas, dan yang kedua diisi dengan vakum murni.

Sekarang mari kita bayangkan secara mental bahwa seorang pengawas mikro disajikan ke pintu pos pemeriksaan ini, mengamati molekul gas dengan cara yang paling serius.

Dan pada saat yang sama, dia (penjaga) membuka jalur untuk molekul cepat dan membiarkannya masuk ke paruh kedua wadah dengan ruang hampa, dan meninggalkan molekul berkecepatan tinggi yang tidak mencukupi di tempatnya.

Wajar jika pekerjaan pos pemeriksaan dengan penjaga berlangsung lama, maka gas akan dibagi menjadi dua bagian. Satu akan memiliki gas yang didinginkan dengan molekul lambat, dan yang lainnya akan memiliki gas panas dengan molekul gas panas.

Dengan demikian, sistem akan diatur dalam hubungannya dengan keadaan awal, dan dengan demikian hukum kedua termodinamika dilanggar.

Selain itu, ketidakseimbangan suhu yang diperoleh cukup dapat diterima digunakan untuk memperoleh pekerjaan (Menurut teorema Siklus dan Carnot).

Dan ini berarti jika penjaga terkenal itu dibiarkan di pos pemeriksaan untuk waktu yang tidak terbatas, maka kita tidak akan mendapatkan apa pun selain mesin gerak abadi.

Pengawas-penjaga inilah yang oleh ilmuwan lain disebut Demon of Maxwell. Dan tampaknya dalam percobaan ini semuanya diperhitungkan, dan oh, betapa tidak akan melukai mesin gerak abadi. Tetapi ada satu halangan yang signifikan.

Apa masalah Demon Maxwell

Hampir sejak awal, eksperimen pikiran dipertanyakan, dan inilah alasannya:

Untuk pekerjaan penjaga setan yang tak ada habisnya, diperlukan suplai energi dalam bentuk aliran foton, yang diperlukan untuk menerangi dan menyaring molekul yang masuk.

Juga, menyortir molekul, iblis tidak bisa tidak berinteraksi dengan molekul, yang berarti mereka sendiri akan memperoleh energi termal dari gas. Ini berarti bahwa entropi pasti akan meningkat.

Dan total entropi dari sistem seperti itu tidak akan berkurang dengan cara apa pun. Artinya tidak ada pelanggaran terhadap kedua UU tersebut.

Sebuah argumen tandingan yang signifikan terhadap keberadaan Maxwell's Demon muncul setelah lahirnya mekanika kuantum.

Jadi, untuk menyortir molekul gas yang datang dengan benar, pengawas perlu mengukur kecepatannya secara akurat, yang pada prinsipnya tidak mungkin menurut ketidakpastian Heisenberg. Juga, menurut prinsip yang sama, posisi tepat molekul tidak dapat ditentukan.

Dan ini berarti bahwa pasti beberapa molekul, sebelum pintu terbuka, akan kehilangannya.

Artinya, iblis Maxwell pada dasarnya adalah seekor gajah makroskopis di toko Cina di dunia mikro, hidup dengan aturannya sendiri.

Dan jika dia (penjaga iblis) ditampilkan sesuai dengan hukum mekanika kuantum, maka dia tidak akan dapat mengurutkan molekul. Oleh karena itu, tidak berbahaya bagi hukum kedua termodinamika.

Beginilah cara makhluk mitos fisika - Setan Maxwell dihancurkan.

Jika Anda menyukai materi, maka jangan lupa untuk menilai sesuai keinginan, dan juga berlangganan.

Terima kasih telah membaca sampai akhir!