科学|第二热力学还能被违背吗？麦克斯韦的恶魔到底是何方神圣？( 二 )
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熵增加的过程 ， 从有序到无序
因此 ， 在平衡的系统中提取能量是完全不可能的 ， 但恶魔是怎么做到的？
麦克斯韦的恶魔——定律的漏洞
这个实验源自1867年左右麦克斯韦（Maxwell）和彼得?泰特（Peter Tait）之间的信件交换 。 当麦克斯韦的热力学著作《热理论》于1872年发表后 ， 他的恶魔才逐渐被公之于众 。
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麦克斯韦《热理论》一书（图源：Amazon）
麦克斯韦从未用过“恶魔”这个词 ， 而是说在实验中会有一个“有限存在者”代理人打开房间中间的门 。 然而 ， 在1874年的《自然》日报中 ， 威廉?汤姆逊（William Thomson） ， 也就是开尔文勋爵 ， 第一次使用了“恶魔”这个词来描述麦克斯韦所说的“代理人” 。
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麦克斯韦的恶魔示意图（图源：University of Pittsburgh）
这个实验涉及了一个独立系统 。 一个充满任意气体的立方体被分成了两块有着同样温度的等体积区域 。 恶魔就把守在它们的分隔界限上 ， 兢兢业业地筛选着横冲乱撞的粒子们 。 高能量粒子最终都被分到同一个区域 ， 而剩下的低动能粒子则在另一个区域漫游着 。
因此 ， 恶魔可以被认为是一个设备或机器的比喻 ， 这个设备仔细分析容器内每一个粒子的速度和动能 。 基于它的分析 ， 这个设备准确地选择哪些粒子必须引入 ， 而要跟哪些粒子可以玩玩打砖块 。
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左：必须引入的高能量粒子右：跟低能量粒子玩打砖块
这个说法看似违背了“同温度气体中的粒子都以同一个速度运动”的惯例 。 但是这里的同一速度指的是粒子们的平均速度 ， 也就是说粒子跑得有快有慢 ， 相互抵消达成一个平均值 。
通过恶魔的控制 ， 最后所有的高能量粒子都会聚集在其中一个区域 ， 就等于恶魔提高了其中一个区域的温度 。 多出的热量或压力就能供能给涡轮或推动活塞 。 对 ， 就这样凭空造出了能量 。 恶魔在没有做功的情况下降低了系统内的熵！
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就在麦克斯韦因为过于书呆子被禁足一个酒吧后 ， 提出了这个轰动一时的想法
我们要意识到很重要的一点就是 ， 阴险的恶魔否定了熵定律 ， 但是并没有违反能量守恒定律 。 它只是把随意的动能重新分布 ， 造成压力差 ， 从而在这个最初平衡的系统中收割能量！恶魔的诡计让大自然都望而生畏 。
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这样的装置真的存在吗？
你们大概都要觉得我烦了 ， 当然这种事是不可能的！确实 ， 这样的雕虫小技还骗不过大自然的眼睛 。 就算兢兢业业的恶魔逃过了第二（热力学）定律的强势监管 ， 它也逃不开第一（热力学）定律无所不在的探照灯 。
第一热力学定律宣称 ， 没有装置可以在没有热源的情况下做功 ， 并且会在过程中吸收部分热量 。 或者说 ， 没有哪个过程的效能达到100% 。 装置工作不但需要热源的鼓动 ， 还一定会自己吸收一些 ， 增加自身的温度 。
蒸汽机中从热能到机械能的转换并不纯粹：一些热量被机器自己吸收 ， 降低了总体效能 ， 也增加了周围的熵 。
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