第571章 第三隻神獸！麥克斯韋妖！打破熱寂

  第571章 第三隻神獸！麥克斯韋妖！打破熱寂！逆轉時空！何人可斬？

  所謂的「熱寂」，是特指根據熱力學第二定律推導出的宇宙終極命運假說。

  根據熵增定律，宇宙中所有能量都將變成熱能，使得物質沒有任何宏觀運動，達到熱平衡狀態。

  熱量並不是一種物質，而是機械作用的動態形式。

  如果任何機械運動都沒有了，熱量也就不復存在了。

  所以，熱寂宇宙中物質依然存在。

  只不過它們就好像照片一樣，被定格了，永遠不會再有變化。

  這一點和根據大爆炸理論推導出的宇宙結局有很大不同。

  大爆炸中的大坍縮結局至少還有重來的機會，但是熱寂卻是永恆的孤獨。

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  因此，當時的很多物理學家都無法接受這個命運。

  麥克斯韋就是其中之一。

  他作為熵增定律的奠基者之一，竟然反過來質疑這個理論。

  可見熱寂命運帶給眾人的震撼。

  此刻，李奇維繼續說道：

  「那麼，麥克斯韋要如何顛覆熱力學第二定律或者說熵增定律呢？」

  「他提出了一個思想實驗，過程是這樣的。」

  「假設現在有一個容器，左右分為A和B兩個部分。」

  「A和B中間有隔板擋住。」

  「正常情況下，A中的分子無法跑到B裡面去，B中的分子也無法跑到A裡面去。」

  「但是，AB中的分子因為熱運動會撞擊隔板。」

  「這時，麥克斯韋假設有一個小妖怪。」

  「它有一個神奇的能力：看一眼就能知道單個分子的運動速度。」

  「於是，小妖在隔板上開了一個帶開關的小洞。」

  「當A中速度較快的分子撞擊到隔板時，小妖就打開小洞，讓該分子進入B中。」

  「反之，它就繼續關閉小洞，讓速度較慢的分子留在A中。」

  「同理，當B中速度較低的分子撞擊到隔板時，小妖又打開小洞，讓該分子進入A中。」

  「反之，它就繼續關閉小洞，讓速度較快的分子留在B中。」

  「很長一段時間後，A中就全是速度較慢的分子，而B中就全是速度較快的分子。」

  「我們知道，溫度的本質就是分子的無規則運動。」

  「運動越快，則溫度越高。」

  「於是，容器兩邊就產生了溫度差，可以對外做功了。」

  「等到能量消耗完畢後，小妖再繼續之前的操作。」

  「如此循環往復，這就是一種可行的永動機模型。」

  「首先，這個永動機不違反第一定律-能量守恆定律。」

  「因為小妖並沒有對任何分子【施加影響】。」

  「它只是讓運動速度不同的分子進入不同的區域而已。」

  「且分子是依靠本身的運動進入的。」

  「然後，這個永動機也不違法第二定律。」

  「小妖並沒有消耗額外的能量，就把熱從低溫的A區域轉移到了高溫的B區域。」

  「而且，在這個過程中，它還降低了系統的總熵。」

  「根據玻爾茲曼給出的微觀系統熵公式：S=klnΩ。」

  「S表示系統的熵值，k是常數，Ω是系統的微觀態的數量。」

  「原來的系統內，A和B中分子的速度無規則。」

  「而經過小妖的操作後，A中只有慢速度分子，B中只有快速度分子。」

  「很明顯，系統的微觀態的數量降低了，所以系統總熵降低。」

  「如此一來，小妖打破了熵增定律。」

  「如果把小妖推廣到整個宇宙。」

  「我們的宇宙中也存在這樣一個眼神犀利的小妖。」

  「它不知疲勞地，不停把宇宙中的分子按照速度分割成兩部分。」

  「那麼，宇宙就不會陷入熱寂的悲慘結局了。」

  「這就是大名鼎鼎的【麥克斯韋妖】。」

  「麥克斯韋對熱力學第二定律下了一個限制：」

  「只有當我們能處理大塊的物質，而不能處理構成物質的分子時，熱力學第二定律才是成立的。」

  嘩！

  大部分人都露出震撼的神色。

  在今天以前，他們並不知道熱力學中還有這樣一個匪夷所思的猜想。

  「老天啊！那豈不是說第二定理被打破了？」

  「我感覺麥克斯韋妖沒什麼問題啊。」

  「既不違反第一定律也不違反第二定律。」

  「但是最終的結果卻顛覆了第二定律。」

  「這太神奇了！」

  麥克斯韋果然不愧是能和牛頓並列的偉大存在。

  雖然他的主要成就是統一電和磁。

  但是其在熱力學上也有不俗的成果，更是提出麥克斯韋妖這樣天馬行空的猜想。

  打破熱寂，逆轉時空！

  將宇宙從混亂的廢墟中拉出，重新塑造出秩序！

  一時間，眾人議論紛紛。

  有人好奇地問道：

  「布魯斯教授，麥克斯韋妖和拉普拉斯獸一樣，都被證偽了嗎？」

  李奇維搖搖頭，說道：

  「目前為止，還沒有令人信服的證據表明麥克斯韋妖是錯誤的。」

  嘩！

  眾人再次震撼！

  麥克斯韋妖從提出到現在，大約60年了，竟然還沒有被解決？

  經典物理學果然還有很多的寶藏等待挖掘。

  郎之萬等人苦笑。

  別看現在相對論、量子力學發展的如火如荼，徹底顛覆了物理學的根基。

  但是熱力學自成一派，不受打擾。

  哪怕是量子力學也解決不了熱力學的終極問題。

  在後世，甚至有人想把引力納入到熱力學中，從熱力學的角度重新解釋引力。

  不得不說，這種想法很獨特。

  這時，一直在思考的汪德昭忽然問道：

  「教授，我有一個疑問。」

  「麥克斯韋妖在開關那個小洞的時候，相當於對體系做功，這必然會消耗體系內的熱能。」

  「如此一來，下一次的熱量流動所能產生的功必然小於上一次。」

  「在經過有限的次數之後，整個系統內的熱量必然會被消耗殆盡。」

  「這能不能證明它違反第二定律呢？」

  嘩！

  眾學生皆是一驚！

  超級大佬麥克斯韋提出的猜想，幾十年來都沒有人能解決。

  汪德昭竟然想找出錯誤？

  大家心裡很佩服！

  這才是奧賽大佬！

  大家思考汪德昭的質疑，發現還真是個問題。

  開關洞口，難道不是對體系額外做功嗎？

  李奇維聞言，微微一愣，隨即露出欣慰的笑容。

  他對汪德昭的表現非常滿意。

  於是，笑著說道：

  「不錯，你的觀察很仔細。」

  「小妖和容器是一體的，屬於同一個系統。」

  「小妖開關洞口，雖然用的是機械能，但是卻消耗了整個系統的熱能。」

  「不過，麥克斯韋自己就給出過解釋。」

  「他之所以將這個管理者稱為【妖】，就是為了突出它的特殊性。」

  「你可以把小妖看成幾乎是不存在的，洞口的門也是幾乎沒有能量的。」

  「因此，小妖在開關洞口時是不做功的。」

  嘩！

  眾人一臉懵逼。

  怎麼感覺麥克斯韋有點耍賴皮啊！

  這樣的小妖現實中怎麼可能會存在呢？

  它的能力有點太逆天了。

  它不僅能追蹤每個分子的位置，還能辨別每個分子的速度。

  最關鍵的是，這些過程都不消耗能量。

  想想就離譜。

  不過，既然都是妖怪了，有點「法力」也是正常的。

  至少這些功能目前看並沒有違法物質和能量的定義。

  而且既然是猜想嘛，肯定都會有一些極端條件。

  想要推翻麥克斯韋妖，就必須從理論上證明，小妖必然消耗能量。

  即：麥克斯韋妖的能力就不可能實現！

  至少目前為止，沒有人能做到。

  真實歷史上，物理學家雖然看出了小妖做功的問題，但是他們並不能從理論上反駁這個設定。

  汪德昭聞言，若有所思。

  他其實並沒有認可或者反對麥克斯韋妖的偏向。

  而是把它當成一場思維訓練。

  如果贊同這個猜想，該怎麼論證。

  如果反對這個猜想，又該怎麼論證。

  汪德昭忽然發現自己的思維好像被打開了。

  他開始真正像物理學家一樣思考一個命題。

  而不是在知道答案的情況下，反推過程。

  「李教授的一場演講，抵得上我上一年的課。」

  汪德昭的提問激發了其他學生的興趣。

  眾人紛紛提問。

  熱力學第二定律經過了無數實驗的驗證，它的正確性很難被輕易顛覆。

  所以，在眾人的心裡，麥克斯韋妖大概率是錯誤的，違反第二定律的。

  只不過沒有人能找出其中的錯誤。

  這時，一直沒有說話的奧本海默忽然問道：

  「教授，要如何理解麥克斯韋妖的【測量行為】呢？」

  「按照猜想的描述，小妖應該能實時得知分子的運動速度。」

  「但是，它如何實現這個功能呢？」

  「在宏觀世界中，我們想知道物體的速度，必須對它進行測量。」

  「而只要發生測量行為，必然會損耗能量。」

  「否則測量就無法進行。」

  「因此，小妖在想知道每個分子的運動，必然也要消耗能量。」

  「這樣一來，麥克斯韋妖其實並沒沒有違反第二定律。」

  嘩！

  眾人聞言，皆是震撼！

  這倒是一個非常合理的解釋。

  在真實世界，要想知道物體的速度，至少得拿東西去測吧。

  比如，拿尺子測量身高，你「拿的過程」和「測量過程」都在消耗能量。

  測量汽車的速度，可以在起始點和終點分別站一個人，記錄所用的時間。

  而起點的人又必須告訴終點，計時已經開始。

  如果用電報傳遞消息的話，這也得消耗能量。

  總之，「測量行為」本身是需要消耗能量的。

  麥克斯韋妖測量需要的能量大於系統熵減所需的能量。

  眾人都有種豁然開朗的感覺。

  「這哥們牛逼啊！」

  「何方大佬！」

  「難道他今天要終結麥克斯韋妖嗎？」

  「靠，這要是成功了，他還競個毛賽啊！」

  「妥妥的無冕之王。」

  一時間，大家都在相互打探奧本海默的個人信息。

  然而，還不待李奇維回答，奧本海默旁邊的汪德昭卻率先開口了。

  「奧兄，我認為你的觀點有問題。」

  「麥克斯韋妖並不需要測量分子的具體數值。」

  「它只需要判斷哪個分子的速度更快即可。」

  「而這個判斷過程並不需要能量。」

  「比如兩輛汽車同向行駛，我們一眼就能看出哪輛車跑的更快。」

  「這個過程不需要測量汽車的具體速度。」

  「麥克斯韋妖既然是虛擬的存在，它應該很容易做出這樣的判斷。」

  嘩！

  這一下，眾人簡直驚呆了！

  大家沒想到甚至不需要布魯斯教授出手，汪德昭就把奧本海默的回答破解的乾乾淨淨。

  奧本海默聞言，眼中爆發精光。

  他看向汪德昭，二人開始辯論起來。

  「人眼在看的過程中，汽車反射的光進入眼中，然後被處理成畫面，這個過程也需要消耗能量。」

  【麥克斯韋妖既然都有那麼逆天的能力了，再有一個超越人類的特殊感知器官也不足為奇。】

  「」

  二人你來我往，精彩紛呈。

  最後，兩人誰也沒有說服誰。

  不過，他們倆的眼神中，充滿著欣賞，而不是厭惡。

  英雄惺惺相惜！

  郎之萬、德布羅意等大佬們也微微點頭。

  雖然目前物理學界大概默認麥克斯韋妖是錯誤的。

  但是一日不能嚴格證明，那就一日不能下判斷。

  因此，這些大佬們也只是在思考，而沒有發言。

  就在這時，有膽大的學生直接問道：

  「布魯斯教授，你認為麥克斯韋妖是對是錯呢？」

  嘩！

  會場內瞬間安靜下來。

  所有人都熱切地看著台上。

  奧本海默和汪德昭等天才們瞪大雙眼。

  布魯斯教授在演講開始前就說過，要帶給大家新的啟發。

  那必然是高於他們剛剛所討論的層次。

  就連郎之萬等人也神色激動。

  「布魯斯教授難道又要顛覆了嗎？」

  李奇維看著眾人，隨即微微一笑，說道：

  「關於這個問題，我確實有一點不成熟的想法。」

  「我認為，不應該從物質或者能量的角度去思考麥克斯韋妖。」

  眾人懵逼！

  熱力學第二定律就是關於物質和能量關係的定律啊。

  拋開了物質和能量，那物理學還剩下什麼？

  能從什麼角度考慮？

  李奇維淡定地說道：

  「信息！」

  嘩！

  全場駭然！

  信息？

  （還有更新耶）