شيطان ماكسويل أو كيفية الالتفاف على القانون الثاني للديناميكا الحرارية
مرحبا ضيوفنا الكرام ومشتركي قناتي. اليوم أريد أن أتحدث إليكم عن ما يسمى بشيطان ماكسويل ، والذي تم إنشاؤه أثناء مناقشة القانون الثاني للديناميكا الحرارية. اذا هيا بنا نبدأ.
ليس فقط في روايات الخيال العلمي يمكنك أن تجد مخلوقًا غير عادي ، ولكن حتى في ما يبدو للغاية بعيدًا عن الخيال ، تبين أن العلوم مثل الفيزياء لها مكان لمخلوقات غير عادية وحتى رائعة ، مثل الشياطين.
ولعل أشهر هذه المخلوقات هو ما يسمى بشيطان ماكسويل ، الذي أنشأه جيمس كليرك ماكسويل نفسه ، مبتكر نظام ماكسويل للمعادلات. وقد تم اختراعه (الشيطان) خلال النقاش النشط حول القانون الثاني للديناميكا الحرارية.
ماذا يقول القانون الثاني للديناميكا الحرارية؟
لذلك ، وفقًا لقانون الديناميات الثاني ، يحتوي على صيغ كافية ، ولكن في نفس الوقت المعنى المادي هو نفسه: النظام ، في عزلة ، غير قادر على الانتقال بشكل مستقل من حالة أقل تنظيماً إلى حالة أكثر تنظيماً حالة.
على سبيل المثال ، لنتخيل حجمًا معينًا من الغاز حيث تتحرك الجزيئات بسرعات مختلفة. وفقًا للقانون الثاني ، لا يمكن أن ينقسم الغاز بشكل مستقل إلى نصفين ، حيث يحتوي أحدهما على غاز بجزيئات منخفضة السرعة ، والآخر يحتوي على غاز بجزيئات عالية السرعة.
أيضًا ، يتم تصنيف عدد كبير من العمليات على أنها قابلة للعكس. لذلك ، على سبيل المثال ، يمكن تجميد المياه العادية ، وبعد إذابة الجليد ، يمكنك الحصول على الماء السائل مرة أخرى.
يمكن أن يكون المعدن ممغنطًا ثم إزالته. هناك أيضًا عمليات لا رجوع فيها ، مثل حرق شيء ما. لكن كل هذه العمليات ، وفقًا للقانون الثاني للديناميكا الحرارية ، ستؤدي إما إلى الحفاظ أو إلى انخفاض في درجة ترتيب النظام.
كان هذا الموقف يطارد ويقلق العقول العلمية في القرن التاسع عشر. وفي هذا الوقت ، صاغ ماكسويل حله غير التافه ، والذي ، كما بدا في ذلك الوقت ، جعل من الممكن تجاوز القانون الثاني للديناميكا الحرارية برشاقة ومنع الزيادة الحتمية في الفوضى في النظام.
أقام مثل هذه التجربة الفكرية.
تجربة الفكر أو كيف ظهر شيطان ماكسويل
جوهر تجربة ماكسويل:
تخيل حاوية مقسمة إلى نصفين متساويين. علاوة على ذلك ، يوجد في القسم (هذا يقسم الحاوية إلى جزأين متطابقين ولا يزال غير منفذة تمامًا للغاز) باب فتح مجهري لا يسمح إلا لذرة غاز واحدة بالمرور في كل مرة.
وفي نفس الوقت ، نصف الحاوية مملوء بالكامل بالغاز ، والثاني مملوء بفراغ نقي.
الآن دعونا نتخيل عقليًا أن مراقبًا صغيرًا يتم تقديمه إلى باب نقطة التفتيش هذا ، وهو يراقب جزيئات الغاز بأكثر الطرق نية.
وفي الوقت نفسه ، يفتح (الحارس) ممرًا للجزيئات السريعة ويسمح لها بالدخول إلى النصف الثاني من الحاوية بفراغ ، ويترك الجزيئات عالية السرعة غير الكافية حيث كانت.
من المنطقي أنه إذا استمر عمل الحاجز مع الحارس لفترة طويلة ، فسيتم تقسيم الغاز إلى قسمين. سيحتوي أحدهما على غاز مبرد بجزيئات بطيئة ، والآخر يحتوي على غاز ساخن مع جزيئات غاز ساخنة.
وبالتالي ، سيتم ترتيب النظام فيما يتعلق بالحالة الأولية ، وبالتالي يتم انتهاك القانون الثاني للديناميكا الحرارية.
علاوة على ذلك ، فإن عدم توازن درجة الحرارة الذي تم الحصول عليه مقبول تمامًا للاستخدام في الحصول على عمل (وفقًا لنظرية الدورة وكارنو).
وهذا يعني أنه إذا ترك الحارس سيئ السمعة عند نقطة التفتيش لفترة غير محدودة ، فلن نحصل على أكثر من آلة دائمة الحركة.
كان هذا الحارس المراقب هو ما أطلق عليه علماء آخرون اسم شيطان ماكسويل. وبدا في هذه التجربة أن كل شيء قد تم أخذه في الاعتبار ، وكيف أنه لا يؤذي آلة الحركة الدائمة. ولكن هناك مشكلة واحدة مهمة.
ما هي مشكلة ديمون ماكسويل
منذ البداية تقريبًا ، تم التشكيك في التجربة الفكرية ، وإليكم السبب:
من أجل العمل اللامتناهي للحارس الشيطاني ، يلزم توفير الطاقة في شكل تيار من الفوتونات ، وهو أمر ضروري لإلقاء الضوء على الجزيئات القادمة وغربلها.
أيضًا ، عند فرز الجزيئات ، لا يمكن للشيطان أن يتفاعل مع الجزيئات ، مما يعني أنهم سيحصلون هم أنفسهم على طاقة حرارية من الغاز. هذا يعني أن الانتروبيا ستزداد حتمًا.
ولن ينخفض الانتروبيا الكلية لمثل هذا النظام بأي شكل من الأشكال. هذا يعني أنه لا يوجد انتهاك للقانون الثاني.
جاءت الحجة المضادة الهامة ضد وجود شيطان ماكسويل بعد ولادة ميكانيكا الكم.
لذلك ، من أجل فرز جزيئات الغاز القادمة بشكل صحيح ، يحتاج الحارس إلى قياس سرعتها بدقة ، وهو أمر مستحيل من حيث المبدأ وفقًا لشكوك هايزنبرغ. أيضًا ، وفقًا لنفس المبدأ ، لا يمكن تحديد الموضع الدقيق للجزيء.
وهذا يعني أن بعض الجزيئات التي سيفتح الباب أمامها حتما ستفوتها.
أي أن شيطان ماكسويل هو في الأساس فيل مجهري في متجر الصين للعالم المجهري ، يعيش وفقًا لقواعده الخاصة.
وإذا تم تقديمه (الحارس الشيطاني) وفقًا لقوانين ميكانيكا الكم ، فلن يكون قادرًا على فرز الجزيئات. لذلك ، فإنه لا يشكل خطورة على القانون الثاني للديناميكا الحرارية.
هذه هي الطريقة التي تم بها تدمير مخلوق الفيزياء الأسطوري - شيطان ماكسويل.
إذا كنت تحب المادة ، فلا تنس تقييمها كما تريد ، والاشتراك أيضًا.
شكرا على القراءة حتى النهاية!