麥克斯韋妖由19世紀物理學家麥克斯韋創(chuàng)造、開爾文命名。麥克斯韋妖是物理學中假想的妖,通過對分子運動的控制試圖向熱力學第二定律發(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。學界展開了激烈的討論,延續(xù)至今,今天的人們通過量子實驗繼續(xù)著妖的研究。
書稿從作者的視角、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。書稿記述了麥克斯韋的學術(shù)之路、電磁學與熱力學的典型實驗、麥克斯韋妖的誕生、妖的工作原理、妖與熱力學第二定律的關(guān)系,研究物質(zhì)處于熱狀態(tài)時的相關(guān)性質(zhì)和規(guī)律,探討數(shù)學與物理、公式與理論物理的共生關(guān)系,探討熱力學第二定律是否能被打破,是一部學術(shù)性較強、閱讀感較佳的科普作品。
書稿由10章組成,第1章,彬彬有禮;第2章,一個有創(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,看見光;第6章,用數(shù)字描述科學;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)熱力學第二定律,挑戰(zhàn)熵增!
熱力學第二定律奠定了現(xiàn)實的基礎(chǔ)和萬物的命運。第二定律決定了果必在因之后,實際上,它還決定了時間的流動。它解釋了為什么一個跌落的玻璃杯會破碎且不能復原,解釋了地球為何會出現(xiàn)生命,甚至預測了宇宙的終結(jié)。
第二定律規(guī)定熱只能從一個較熱的物體傳遞到一個較冷的物體,也可以說,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。
物理學家麥克斯韋向第二定律發(fā)起挑戰(zhàn),他意識到自然界也許存在與熵增相拮抗的機制。為證明第二定律可以被打破,著名的麥克斯韋妖應運而生。
簡單地說,一個絕熱盒子被等分為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)則運動時會撞擊這扇門,妖可以觀測分子的運動路徑和速度并通過對門的控制使速度較快的分子進入A、速度較慢的分子進入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)了一個不等溫系統(tǒng),第二定律遭到嚴峻挑戰(zhàn)且引發(fā)了學術(shù)界持久的論戰(zhàn)。
英國理論物理學家布萊恩·克萊格從妖的視角、自己的視角,用兩條線索將偉大科學家麥克斯韋和麥克斯韋妖的故事娓娓道來,用通俗化的語言來闡述晦澀難懂的前沿科學,用講故事的手法將物理學思想實驗作大眾化普及,適合廣大物理學愛好者、科學愛好者閱讀。