麥克斯韋妖由19世紀(jì)物理學(xué)家麥克斯韋創(chuàng)造、開(kāi)爾文命名。麥克斯韋妖是物理學(xué)中假想的妖,通過(guò)對(duì)分子運(yùn)動(dòng)的控制試圖向熱力學(xué)第二定律發(fā)起挑戰(zhàn),也許我們可以讓熱的系統(tǒng)更熱、冷的系統(tǒng)更冷。學(xué)界展開(kāi)了激烈的討論,延續(xù)至今,今天的人們通過(guò)量子實(shí)驗(yàn)繼續(xù)著妖的研究。
書(shū)稿從作者的視角、妖的視角,用兩條線索串聯(lián)麥克斯韋和麥克斯韋妖的故事。書(shū)稿記述了麥克斯韋的學(xué)術(shù)之路、電磁學(xué)與熱力學(xué)的典型實(shí)驗(yàn)、麥克斯韋妖的誕生、妖的工作原理、妖與熱力學(xué)第二定律的關(guān)系,研究物質(zhì)處于熱狀態(tài)時(shí)的相關(guān)性質(zhì)和規(guī)律,探討數(shù)學(xué)與物理、公式與理論物理的共生關(guān)系,探討熱力學(xué)第二定律是否能被打破,是一部學(xué)術(shù)性較強(qiáng)、閱讀感較佳的科普作品。
書(shū)稿由10章組成,第1章,彬彬有禮;第2章,一個(gè)有創(chuàng)造力的年輕人;第3章,年輕的教授;第4章,首都奇遇記;第5章,看見(jiàn)光;第6章,用數(shù)字描述科學(xué);第7章,莊園生活;第8章:劍橋在召喚;第9章,最后的作品;第10章,遺產(chǎn)。
妖存在嗎?它是智慧生命嗎?
挑戰(zhàn)熱力學(xué)第二定律,挑戰(zhàn)熵增!
熱力學(xué)第二定律奠定了現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)和萬(wàn)物的命運(yùn)。第二定律決定了果必在因之后,實(shí)際上,它還決定了時(shí)間的流動(dòng)。它解釋了為什么一個(gè)跌落的玻璃杯會(huì)破碎且不能復(fù)原,解釋了地球?yàn)楹螘?huì)出現(xiàn)生命,甚至預(yù)測(cè)了宇宙的終結(jié)。
第二定律規(guī)定熱只能從一個(gè)較熱的物體傳遞到一個(gè)較冷的物體,也可以說(shuō),熵系統(tǒng)混亂程度的量度總是增加或保持不變。
第二定律可以被打破嗎?如果可以,你就能釋放混沌、統(tǒng)治世界。
物理學(xué)家麥克斯韋向第二定律發(fā)起挑戰(zhàn),他意識(shí)到自然界也許存在與熵增相拮抗的機(jī)制。為證明第二定律可以被打破,著名的麥克斯韋妖應(yīng)運(yùn)而生。
簡(jiǎn)單地說(shuō),一個(gè)絕熱盒子被等分為A、B兩格,盒子中間有一扇由麥克斯韋妖控制的小門。容器中的空氣分子作不規(guī)則運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)撞擊這扇門,妖可以觀測(cè)分子的運(yùn)動(dòng)路徑和速度并通過(guò)對(duì)門的控制使速度較快的分子進(jìn)入A、速度較慢的分子進(jìn)入B。如此,A、B兩格中的分子總量未變,但能量分布不再均勻,熱的系統(tǒng)更熱了、冷的系統(tǒng)更冷了,出現(xiàn)了一個(gè)不等溫系統(tǒng),第二定律遭到嚴(yán)峻挑戰(zhàn)且引發(fā)了學(xué)術(shù)界持久的論戰(zhàn)。
英國(guó)理論物理學(xué)家布萊恩·克萊格從妖的視角、自己的視角,用兩條線索將偉大科學(xué)家麥克斯韋和麥克斯韋妖的故事娓娓道來(lái),用通俗化的語(yǔ)言來(lái)闡述晦澀難懂的前沿科學(xué),用講故事的手法將物理學(xué)思想實(shí)驗(yàn)作大眾化普及,適合廣大物理學(xué)愛(ài)好者、科學(xué)愛(ài)好者閱讀。