作业帮麦克斯韦妖为何不成立
来源：学生作业帮 编辑：作业帮 分类：物理作业 时间：2024/05/27 11:45:21
麦克斯韦妖为何不成立
麦克斯韦妖是麦克斯韦为了证否热力学第二定律提出的一个假想.这个假想从表面上看很难发现其中的错误,但仔细推敲发现有两个问题.
第一,麦克斯韦设想小妖可以分辨粒子运动速度的快慢,而不影响其原始状态,但是实际上这是无法办到的.例如,如果你想要知道一个粒子的速率就需要通过碰撞的方法来测出粒子的速率,但这样就该变了粒子的运动状态.改变一个物体的状态就必须通过做功的方式,做工就必然消耗能量.这样就与最初的设想矛盾（麦克斯韦的设想是麦克斯韦妖不用消耗能量就能将高速率和低速率的粒子分开.）
第二,将速率不同的粒子分开依然需要消耗能量.当一个粒子要同过麦克斯韦妖时,麦克斯韦妖将会把它们分为两类,一类是高速率,一类是低速率.假如小妖允许高速率的粒子通过,那么小妖将把所有运动方向朝向小妖的低速粒子都阻止,也就是改变这些低速粒子的运动方向,改变运动方向同样是改变运动状态,同样要消耗能量来做功,这样又与最初的设想矛盾.
以上两点说明麦克斯韦妖不成立.现已证明热力学第二定律是正确的,任何违反热力学第二定律的设想都不成立.
第一,麦克斯韦设想小妖可以分辨粒子运动速度的快慢,而不影响其原始状态,但是实际上这是无法办到的.例如,如果你想要知道一个粒子的速率就需要通过碰撞的方法来测出粒子的速率,但这样就该变了粒子的运动状态.改变一个物体的状态就必须通过做功的方式,做工就必然消耗能量.这样就与最初的设想矛盾（麦克斯韦的设想是麦克斯韦妖不用消耗能量就能将高速率和低速率的粒子分开.）
第二,将速率不同的粒子分开依然需要消耗能量.当一个粒子要同过麦克斯韦妖时,麦克斯韦妖将会把它们分为两类,一类是高速率,一类是低速率.假如小妖允许高速率的粒子通过,那么小妖将把所有运动方向朝向小妖的低速粒子都阻止,也就是改变这些低速粒子的运动方向,改变运动方向同样是改变运动状态,同样要消耗能量来做功,这样又与最初的设想矛盾.
以上两点说明麦克斯韦妖不成立.现已证明热力学第二定律是正确的,任何违反热力学第二定律的设想都不成立.