科学可以这样看系列：麦克斯韦妖

作者简介

布莱恩？克莱格，英国理论物理学家，科普作家。克莱格曾在牛津大学研习物理，一生致力于将宇宙中最奇特领域的研究介绍给大众读者。他是英国大众科学网站的编辑和英国皇家艺术学会会员。出版有科普书《量子时代》《量子纠缠》《量子计算》《十大物理学家》《麦克斯韦妖》《骰子世界》《人类极简史》等。作者和妻子及两个孩子现居英格兰的威尔特郡。

内容简介

妖之插曲Ⅰ 召唤妖 我欣赏妖鲜于在科普书的题目中出现，但在关于上帝粒子的书里也没有就有些疏忽了。我就是一个妖。我听从可敬的、敬畏上帝的苏格兰教授詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James Clerk Maxwell）的召唤而来，并被他的同胞物理学家威廉·汤姆森（William Thomson）宣布为妖。如同宇宙中的诸多其他事物，我从热力学第二定律中诞生。 “热力学定律”似乎是蒸汽时代的无趣玩意儿，这也是它的起源。但是，第二定律决定了宇宙的运行方式。顺便提一下，严格地说，第二定律应该是第三定律。因为在第一、第二定律宣布之后，在它们之前增加了一个定律，为避免混乱，后者被命名为第零定律。第二定律有两种表达方式且都很简单，但这些简单的陈述却奠定了现实的基础和万物的命运。 第二定律决定了果必在因之后，第二定律决定了关于永动机的书只能放置于图书馆的小说类书架上。事实上，正是第二定律决定了你的世界中的时间流向（在我的世界里可灵活多了）。如果你能打破第二定律，你就能释放混乱、统治世界。作为妖，这听起来很有吸引力，也很合适，打破这个定律正是我的使命。 我的控罪书上是怎么写的？你可以说，这个定律规定热从一个较热的物体传递到一个较冷的物体；也可以说，熵——系统混乱程度的量度——总是增加或保持不变。但我的出现，正是为了挑战这个定律。你是否认为，这些物理学小定律被打破无关紧要？这可是解释了为什么玻璃杯掉到地面会打碎且永不能复原的定律。它使生命在地球上存在成为可能，它还预测了宇宙的终结。没有它，你生活中依赖的众多引擎都会发生故障——从汽车到电脑。所以，请尊重第二定律。 20世纪早期的英国物理学家和科普作家亚瑟·爱丁顿（Arthur Eddington）说：“如果有人告诉你，你钟爱的宇宙理论与麦克斯韦方程（麦克斯韦描述电磁关系的杰作）不一致——那么，麦克斯韦方程或许不妙了；你钟爱的宇宙理论与观察结果不一致——好吧，实验学家有时的确会将事情弄糟；你钟爱的宇宙理论违背了热力学第二定律，我敢断言你没希望了——它除了成为奇耻大辱之外别无他选。” 这为我拉开了帷幕，证明热力学第二定律可以被打破是我此生的唯一使命。我使热可以从较冷的地方传到较热的地方。对妖来说，减少这个世界的混乱水平可不是什么舒服的事。如果我成功了，自维多利亚时代以来的所有物理学家都将坠落至最深的耻辱。 我，就像丘吉尔说的那样，“迷雾重重、神秘莫测”。谁能找到打败我的钥匙，请君往下仔细阅读。但首先，我们需要去了解一下年轻的詹姆斯·克拉克·麦克斯韦。 冒着听起来像科学怪人的危险，准备好去见一见我的创造者。 妖存在吗？它是智慧生命吗？ 挑战热力学第二定律，挑战熵增！ 热力学第二定律奠定了现实的基础和万物的命运。第二定律决定了果必在因之后，实际上，它还决定了时间的流动。它解释了为什么一个跌落的玻璃杯会破碎且不能复原，解释了地球为何会出现生命，甚至预测了宇宙的终结。 第二定律规定热只能从一个较热的物体传递到一个较冷的物体，也可以说，熵——系统混乱程度的量度——总是增加或保持不变。 第二定律可以被打破吗？如果可以，你就能释放混沌、统治世界。 物理学家麦克斯韦向第二定律发起挑战，他意识到自然界也许存在与熵增相拮抗的机制。为证明第二定律可以被打破，著名的麦克斯韦妖应运而生。 简单地说，一个绝热盒子被等分为A、B两格，盒子中间有一扇由麦克斯韦妖控制的小“门”。容器中的空气分子作不规则运动时会撞击这扇“门”，妖可以观测分子的运动路径和速度并通过对“门”的控制使速度较快的分子进入A、速度较慢的分子进入B。如此，A、B两格中的分子总量未变，但能量分布不再均匀，热的系统更热了、冷的系统更冷了，出现了一个不等温系统，第二定律遭到严峻挑战且引发了学术界持久的论战。 英国理论物理学家布莱恩·克莱格从妖的视角、自己的视角，用两条线索将伟大科学家麦克斯韦和麦克斯韦妖的故事娓娓道来，用通俗化的语言来阐述晦涩难懂的前沿科学，用讲故事的手法将物理学思想实验作大众化普及，适合广大物理学爱好者、科学爱好者阅读。