改进了的麦克斯韦妖

著作人：黄柏创作时间：2013年12月3日星期二

改进了的麦克斯韦妖

麦克斯韦设计麦克斯韦妖是为了否定热二定律，但是，如果小妖需要追踪每个气体分子的运行位置和运行速度，那么必须需要消耗外部提供的能源。因此，麦克斯韦妖并不能否定热二定律。

然而，如果把小妖去掉，由气体分子来完成开门的动作，那么系统会变成怎么样？

图1

如图1所示，环形里面充满同温度的气体。环形底下连通，A区和B区之间在环上面隔开。隔开的地方中间有一道门。这道门只能往B区打开，打开后可以自动关闭，使得气体分子只能从A区进入B

区。门的结构象一种捕鱼工具。

图2

如图2所示，鱼只能进入这个捕鱼工具里面，却出不来。

这系统将怎样运行呢？

由于A区和B区之间的分子都在做无规则的热运动，那么必然存在一种情况，即门的左区附近存在一个高能分子，门的右区附近不存在分子或者是存在一个低能的分子。那么高能的分子必然撞开门而进入B区。门打开后自动关上，B区的分子不能从门进入A区。那么B区的分子浓度将增加，使得他们从底下的连通区域回到A区。这样，无规则的分子运动将变成了有规则的分子运动。

如果整个系统不向外做功，那么系统的能量保持不变，这符合能量守恒定律。

这到底是我错了还是热二定律不严谨？

改进了的麦克斯韦妖

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