Maxwellův démon – mytický narušitel druhého zákona termodynamiky

Maxwellův démon je fascinující hypotetický koncept z oblasti fyziky, který zpochybňuje jeden z fundamentálních principů termodynamiky — druhý zákon. Tento zákon stanovuje, že entropie izolovaného systému nikdy neklesá, což lze interpretovat jako nevyhnutelnost degradace energie na nepoužitelnou formu. Maxwellův démon nás však nutí položit si otázku: je tomu opravdu tak?

Příběh Maxwellova démona

Koncept poprvé formuloval skotský fyzik James Clerk Maxwell v roce 1867. Představme si uzavřený systém, který je rozdělen na dvě části přepážkou s malým otvorem. Maxwell si představoval hypotetickou bytost — démona — která by dokázala manipulovat s jednotlivými molekulami plynu. Tento démon by otvíral a zavíral otvor podle toho, jak rychle se jednotlivé molekuly pohybují: rychlejší molekuly by propouštěl do jedné části a pomalejší do druhé.

Tím by došlo k narušení rovnováhy — jedna strana by se ohřála a druhá ochladila, aniž by bylo vykonáno jakékoli vnitřní práce. To by znamenalo, že entropie systému klesla, což je v rozporu s druhým zákonem termodynamiky.

Fyzikální dilemata

Maxwellův démon vyvolal vlnu diskusí mezi fyziky. Hlavní otázkou bylo, zda je taková manipulace skutečně možná a zda není samotný démon nějakým způsobem omezen fyzikálními zákony. V roce 1929 maďarský fyzik Leó Szilárd navrhl, že aby démon mohl vykonávat svou činnost, musí nějakým způsobem získávat informace o rychlosti molekul. Tento proces získávání informací a jejich zpracování by však vyžadoval energii, což by ve finále vedlo ke zvýšení entropie celého systému.

Informace a entropie

V 20. století spojil koncept Maxwellova démona teorii informace s termodynamikou. Americký fyzik Rolf Landauer v roce 1961 formuloval princip, podle nějž je mazání informací vždy spojeno se zvýšením entropie. Pokud démon musí mazat staré informace, aby mohl zpracovávat nové, tento proces zajišťuje, že druhý zákon zůstává nenarušen.