تحقق شیطان ماکسول پس از 149 سال و برای اولین بار!

7

جیمز کلارک ماکسول در سال ۱۸۶۷ یعنی در ۱۴۹ سال پیش، یک آزمایش فکری جالب به نام شیطان ماکسول را مطرح کرد که حالا دانشمندان، طرحی برای عملی کردن آن پیشنهاد کرده اند. با دیپ لوک همراه باشید…این آزمایش فکری برای اثبات نقض قانون دوم ترمودینامیک طراحی شده بود. قانون دوم ترمودینامیک می گوید، در یک فرآیند ترمودینامیک، انتروپی همیشه افزایش می یابد. اما ماکسول با مطرح کردن این آزمایش فکری، سعی کرد تا چگونگی نقض این قانون را نشان دهد. ماکسول می گوید فرض کنید جعبه ای داریم که حاوی ملکول های گاز در حال تعادل است. این جعبه توسط یک دیواره ی عایق به دو قسمت مساوی A و B تقسیم شده است. حالا فرض کنید درست در همین دیواره ی عایق، یک درب وجود دارد که توسط دربانی به نام شیطان ماکسول باز و بسته می شود. همه چیز در اختیار شیطان ماکسول است. او قسمت A را بیشتر دوست دارد و به ملکول هایی که سرعت بیشتری نسبت به سرعت متوسط ملکول ها دارند اجازه می دهد تا وارد آن (A) شوند. از طرفی به ملکول هایی که دارای سرعت متوسط کمتری نسبت به سرعت متوسط ملکول ها دارند، فقط اجازه ی رفتن به قسمت B را می دهد. به این ترتیب، قسمت A رفته رفته، گرم تر؛ و قسمت B سردتر می شود. در نتیجه، انتروپی قسمت B کاهش می یابد. در نهایت می توان از این نیروی اجباری شیطان ماکسول، کار هم استخراج کرد. در اینصورت، شیطان ماکسول توانست از سیستمی که در تعادل دمایی اولیه قرار داشت، کار استخراج کند که این در تناقض با قانون دوم ترمودینامیک است. آزمایش فکری شیطان ماکسول، بیشتر به لحاظ نظری، مورد بررسی قرار گرفته است و از نظر تجربی، بسیار کمتر به آن پرداخته شده است.

آزمایش فکری شیطان ماکسول

در مقاله ی تازه ای که در تازه ترین شماره ی ژورنال Physical Review Letters، منتشر شده، فیزیکدانان، نخستین اجرای فوتونیکی شیطان ماکسول را گزارش کرده اند. در واقع آنها نشان داده اند که از اندازه گیری دو پرتوی نور، می توان برای ایجاد عدم تعادل انرژی بین پرتوها استفاده کرد و از آن، کار استخراج کرد. یکی از نکات جالب، این است که از کار استخراج شده می توان برای شارژکردن یک باتری استفاده کرد که این، یک شاهد قوی برای اثبات فعالیت شیطان است!

حالا اجازه دهید به سراغ جزییات اجرایی این آزمایش برویم. فیزیکدانان، در طرح خود به جای یک جعبه ی دو قسمتی از ملکول های گازی، از دو پالس نور، استفاده کردند. نقش شیطان را هم در این آزمایش، ترکیبی از آشکارسازهای نوری ایفا می کنند. این آشکارسازها می توانند تعداد فوتون های هر پالس نوری را اندازه گرفته و کاری، درست شبیه به باز کردن درب در آزمایش اصلی، انجام دهند؛ یعنی پرتوی روشن تر (با فوتون های بیشتر) را در یک جهت هدایت کرده و پرتوی تیره تر (با فوتون های کمتر) را به جهت دیگر بفرستند. این دو پرتوی متفاوت به آشکارسازهای نوری متفاوت می روند و جریانی الکتریکی را تولید می کنند که از جهت های مختلف به سمت یک خازن می روند. اگر انرژی هر دو پالس، مساوی باشد، آنها یکدیگر را تخریب خواهند کرد. اما این اتفاق نمی افتد و در واقع انرژی دو پالس برابر نبوده و یک عدم تعادل وجود دارد و این همان چیزی است که خازن ها را شارژ می کند. اگرچه هدف محققان از این پژوهش، استخراج کار بهینه نبود، اما توانایی استخراج کار از شیطان ماکسول، می تواند باعث کاربردی شدن آن در آینده شود.

دانلود مقاله ی اصلی به صورت PDF

زاده ی اردیبهشت ۶۹ و دانشجوی دکترای شیمی کوانتوم محاسباتی در دانشگاه شهید بهشتی است.او علاقمند به دنیای کوانتوم، تکنولوژی، فوتبال و موسیقی (رپ/راک) بوده و علاوه بر سردبیری دیپ لوک، به طراحی وب و نویسندگی در گجت نیوز، بیگ تم و ماهنامه GB جی اس ام مشغول است.

گفتگو۷ دیدگاه

  1. سلام
    کلمه شیطان که نیست بلکه شیطانک است من در کتب ترمودینامیک و گرما دیدم معروفه به شیطانک ماکسول

    • ناهید سادات ریاحی

      مرسی از توجهتون دوست خوبم، اما این فقط یه تفاوت ترجمه ای کوچیک از واژه ی demon هست و عملاً هیچ تفاوتی بین این دو ترجمه وجود نداره، بعضی افراد شیطان ترجمه می کنن، بعضی شیطانک

  2. خب چرا یه دوربین نمیذارن که دیگه نیازی به چشم مستقیم نباشه؟
    تازه شم چندین بار میتونن فیلم رو عقب جلو کنن و دقیق ببینن اتفاق رو…

    • ناهید سادات ریاحی

      دوست خوبم منظورتون چیه؟ فکر کنم قرار بوده برای مقاله ی “مشاهده ی درهم تنیدگی با چشم” کامنت بذارین. درسته؟!

      • آخ ببخشید.
        یکی دو روز بعد از خوندن مقاله اومدم پاسخ دادم. مثل اینکه یادم رفت مال کدوم مقاله بود

        اره منظورم همینی هست که شما میگید.

ارسال نظر


*