Pratite nas

Pozdrav, koji sadržaj vas zanima?

Fizika

Maxwellov demon

Fizičar James Maxwell, poznat po svojim jednadžbama koje su temelj klasične elektrodinamike i teorijske elektrotehnike, smislio je 1867. hipotetski uređaj kojeg su fizičari kasnije nazvali Maxwellovim demonom.

Da bismo mogli shvatiti što je Maxwellov demon, prvo se moramo upoznati s pojmom entropije. Entropijom se označava porast nereda u nekom sustavu. Nered se u zatvorenom sistemu može samo povećavati ili ostati konstantan. Sa protokom vremena, ukupna entropija termički zatvorenog sustava koji nije u termodinamičkoj ravnoteži uvijek raste, težeći da dosegne najveću moguću vrijednost. To je drugi zakon termodinamike. Vjerojatno najpopularnija formulacija ovog zakona glasi: Entropija svemira uvijek raste.

Da bi ilustrirao zakone termodinamike Maxwell je osmislio demona. Demon je uređaj koji se sastoji od dvije komore podijeljene pregradom u kojima se nalazi plin. Demon je toliko brz da može razlikovati molekule, npr. po boji. Zamislimo jedan plin koji se sastoji od plavih i crvenih molekula. Brzim otvaranjem i zatvaranjem demon može propuštati molekule na način da na lijevu stranu propušta samo crvene i ne dopušta im prelazak na desnu, i da na desnu stranu propušta samo plave i ne dopušta im prelaz u lijevu komoru.

Nakon određenog vremena, demon bi mogao odijeliti plave i crvene molekule i tako urediti sustav. S demonom bi sustav postajao uređeniji s vremenom što proturječi zakonima termodinamike. Što bi se dogodilo? Može li se taj uređaj uopće konstruirati?

Odgovor je: ne može. Demon mora biti u kontaktu s kutijom i plinom koji je u kutiji da bi mogao pravovremeno reagirati (podignuti ili spustiti pregradu). To znači da demon i pregrada koju demon kontrolira moraju pretrpjeti niz sudara sa molekulama plina, barem kad je pregrada spuštena. U tim sudarima, demon se mora zagrijati i primiti na sebe dio topline koju plin sadrži. Kad demon postane otprilike iste temperature kao i plin, molekule u njegovim dijelovima moraju se gibati otprilike istim brzinama kakvima se gibaju molekule plina – zbog primljene topline demonu se podiže temperatura i njegovi dijelovi koji su molekularne preciznosti počinju se nekontrolirano i nasumično termalno (Brownovski) gibati. Ovo je i kraj preciznog demona.

Kako mu poluga drhti, demon ne može dovoljno brzo i dovoljno precizno pomicati polugu i on postaje neselektivan – podjednako propušta i plave i crvene molekule na obje strane. Demon se uravnoteži sa okolinom koju kontrolira i primi na sebe dio topline tako da mu temperatura postane jednaka temperaturi plina u kutiji.

Kada se to dogodi, cijeli sistem je u ravnoteži i nikakvo spontano uređenje sistema nije moguće.

Možda će vas zanimati

Energija i gorivo

Kako nastaje nafta? Ovo pitanje otvara vrata u fascinantni svijet geoloških procesa nafte i tajanstvenog putovanja koje sirova nafta prolazi tijekom milijuna godina prije...

Biljke i životinje

Kada razmišljamo o svijesti, često se ograničavamo na ljudsku perspektivu. No, što ako vam kažemo da svijet oko nas, pun raznolikih životinjskih vrsta, od...

Geografija i geologija

Zašto je more slano? Ovo pitanje jednako intrigira znatiželjnike i znanstvenike, otkrivajući duboku povezanost između geologije, kemije i ekologije naše planete. Oceani pokrivaju preko...

Na rubu znanosti

Fizičar Melvin Vopson nedavno je objavio rezultate svoje studije koja sugerira postojanje novog zakona fizike, zvanog “drugi zakon infodinamike”. Prema Vopsonu, ovaj zakon može...