Maxwells dæmon

Maxwells dæmon er et berømt tankeeksperiment fra 1867, foreslået af den skotske fysiker James Clerk Maxwell, der stiller spørgsmålstegn ved termodynamikkens anden hovedsætning.

Dæmonen tænkes placeret ved en forbindelse mellem to beholdere A og B med en gas. Ved at lukke forbindelsen, når molekyler fra A bevæger sig med retning mod B, og lade den være åben, når molekyler fra B bevæger sig mod A, kan dæmonen mindske systemets entropi og opbygge en trykforskel mellem A og B, der for eksempelk kan udnyttes til at udføre et arbejde i en turbine. Dette ville være i strid med termodynamikkens anden hovedsætning.

I 1900-tallet viste kvantemekanikken imidlertid, at det ikke er muligt at måle ("se") molekylers bevægelse uden at forstyrre dem. En nærmere analyse af dæmonens vekselvirkning med luftbeholderne har vist, at entropien af det samlede system (dæmon og beholdere) må vokse, og anden hovedsætning er dermed overholdt.

I det 20. århundrede blev dæmonens rolle belyst gennem informationsteori, især af fysikeren Rolf Landauer, der viste, at det kræver energi at slette informationen i dæmonens hukommelse, hvilket øger entropien. Landauer's princip sikrer, at termodynamikkens love forbliver gyldige.

Moderne eksperimenter har eftervist forbindelsen mellem information og termodynamik. For eksempel har forskere i nanoteknologi konstrueret systemer, der fungerer som Maxwells dæmoner, der kontrollerer bevægelsen af enkelte elektroner og deres energi. Disse nanosystemer bruges til at udforske kvantetermodynamik og varmeudveksling på det mikroskopiske niveau.