Demônio de maxwell

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ombros de gigantes.
Demônio de maxwell é o nome dado a umexperimento de pensamentoprojetado para questionar a possibilidade de violação dosegunda lei da termodinâmica. Foi formulado e nomeado em homenagem ao físico escocês James Clerk Maxwell em 1867.

Conteúdo

Premissa

O centro do experimento mental envolve uma caixa de moléculas de gás, uniformemente distribuídas e com uma distribuição de energia de equilíbrio: conhecida como distribuição de Boltzmann. Neste caso, algumas moléculas terão alta energia, outras terão menos energia - no nível molecular, é a rapidez com que as partículas se movem e se manifestam no mundo macroscópico como calor. Maxwellhipotetizadoque se você separasse esta caixa com uma barreira e tivesse um demônio parado em um portão entre as duas seções, ele poderia abrir o portão seletivamente para permitir que as partículas de alta energia (movimento mais rápido) entrassem em uma sala. Também pode barrar o caminho para as partículas que se movem mais lentamente, permitindo que elas viajem apenas na direção oposta. A energia consumida pelo demônio ao fazer isso pode ser minúscula, pois está apenas abrindo uma porta, em vez de transportar moléculas ativamente de um lado para o outro. Se deixado funcionando assim, o sistema criaria um diferencial de temperatura entre os dois compartimentos que poderia ser usado para realizar o trabalho - e inverteria oentropiado sistema. Como o experimento mental pede que o demônio não gaste energia para abrir o portão (ou consuma apenas uma quantidade mínima) para criar esse diferencial, o sistema criaria um movimento Perpétuo máquina.

Isso violaria as leis da termodinâmica, já que o movimento perpétuo é impossível - você não pode obter mais energia do que gasta. No entanto, o demônio do experimento mental, dada a capacidade de olhar para uma molécula e abrir um portão, consumiria muito menos energia do que todo o sistema gerado. Essa maneira aparentemente simples de contornar as leis fixas da termodinâmica intrigou James Clerk Maxwell e muitos outros cientistas da época. Como provar que o demônio de Maxwell não poderia funcionar (deixando as leis da termodinâmica intactas) teve que esperar algum tempo.

Solução

Observando os motores de movimento perpétuo convencionais, sabe-se que não é possível extrair mais energia do que você gasta. Com o demônio de Maxwell, a ação de observar as moléculas para identificar sua energia cinética e a ação de abrir e fechar o portão requer energia. Enquanto a barreira de energia para abrir o portão poderia, em princípio, ser reduzida a quantidades insignificantes, a parte sobre o processamento de informações para identificar as moléculas 'quentes' e 'frias' apropriadassempreconsome energia. Para fazer isso, sem recorrer a Magia , no mínimo as moléculas teriam que entrar em contato físico com um detector, ou interagir com os fótons para sentir suas propriedades remotamente, e isso consumiria energia. O processamento de informações pelo demônio, então, é um processo que necessariamente consome energia e equivale a qualquer trabalho que possa ser derivado de um gradiente de calor produzido pelo demônio. Isso levou à introdução da informação no mundo da termodinâmica, e como ordem, energia e informação estavam intimamente relacionadas.

O conceito de informação relacionada à energia e entropia é uma parte fundamental dos processos de computação subjacentes à física. Os chips de RAM que armazenam informações são, na verdade, ligeiramente mais pesados ​​do que os chips de RAM sem informação, devido à relação entre energia e informação, e à relação entre massa e energia (E = mc). Particularmente, a informação e a entropia sãomuitoconceitos intimamente relacionados: muita informação é um estado de baixa entropia, menos informação é um estado de alta entropia. Portanto, o armazenamento de informações, a organização dos bits em um chip de computador em um padrão menos aleatório, exige que a energia seja bombeada para um sistema para reverter a entropia natural experimentada e organizar os graus de liberdade disponíveis.

Também envolveria trabalhar com demônios , que são notoriamente não confiáveis.

Cultura pop

O demônio de Maxwell forneceu inspiração para a ideia deDemônio de Mortonque é usado para descrever os processos mentais decriacionistas.



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