Egy igen érdekes kérdésről van szó. Maxwell elsősorban Michael Faraday elgondolásainak matematikai levezetéséért lett híres. Ezek a híres Maxwell féle mezőegyenletek, melyek az elektromágneses mező matematikai mibenlétét adják meg.

James Clerk Maxwell

Azonban Maxwell érdeklődött a termodinamika iránt is. Így ejtenünk kell néhány szót Boltzmannról. Ő volt az a tudós, aki megfogalmazta nézeteit a termodinamika első és második fő tételeivel kapcsolatban. A termodinamika tudománya még a gőzgépek korából származik, azonban ennél sokkal többet árul el a világegyetem működéséről. Ugyanis van egy fogalom: az entrópia, mely az univerzum mozgató ereje.

Az entrópia törvénye szerint mindig a rendezetlenség felé haladnak a dolgok. Egy szobában hagyott forró tea idővel kihűl, a szépen elrendezett rendszerek pedig rendezetlenné válnak. Minden efelé halad. Maga a világegyetem is a rendből a rendezetlenség felé igyekszik. A folyamat pedig – és ez nagyon fontos – nem fordítható meg. Egy másik olvasatban megfogalmazhatjuk úgy is, hogy a magasabb energiájú, azaz rendezettebb állapotból a hidegebb felé, azaz a rendezetlenebb állapot felé áramlik az energia. Sosem fordítva. Nem lehet olyan gépet építeni, mely úgy működne, hogy a hideg vizet még hidegebbé teszi, miközben ezzel az elcsent energiával felforral egy tartály vizet és gőzt fejleszt, majd egy dugattyút működtet.


Ezek olyan fontos törvények, hogy még a fekete lyukak működését is megszabják. Egy fekete lyuknak hőmérséklete van például. A világegyetem mai szép rendezett állapota idővel egyenletes rendezetlenségbe fog átmenni. Ennek a tételnek ellentmondani látszik az élet. Ám az élet is csupán egy bűvésztrükköt alkalmaz. Amikor magunkhoz vesszük a táplálékot, az meglehetősen rendezett, ám ahogy áthalad rajtunk, rendezetlenné válik. Más szóval magasabb energiaállapotból alacsonyabb energiaállapotba kerül. Amint ezen a változáson átmegy, szervezetünk ezt az áramló energiát megcsapolja. Mint amikor egy magas helyről lezúduló víz meghajt egy vízkereket. Értsük úgy, hogy a magas hely, a magasabb energiaállapot a rendezettség, az alacsonyabb hely az alacsonyabb energiaállapot, azaz a rendezetlenség. És ez is csak ideig-óráig működik, hiszen testünk elöregszik, idővel maghalunk és oda a rendezettség.

Ludwig Boltzmann

De hogyan jön a képbe Maxwell? Nos, ő kitalált egy gondolatkísérletet. Képzeljük el, hogy van egy dobozunk, amelyet egy válaszfal két részre oszt. Ezen egy csapóajtó van. A dobozban pedig gáz található, melynek molekulái különböző hőmérsékletűek, azaz meglehetősen rendezetlen. A doboz tetején ül egy démon, aki figyeli a részecskéket, s a nagyobb energiájúakat, azaz gyorsabban mozgókat átengedi a doboz jobb felébe, míg az alacsonyabb energiájúakat, azaz lassabbakat a doboz bal felébe engedi. A démon nem csinál egyebet, mint megfigyeli a sebességet és információt gyűjt. Ezáltal eléri azt, hogy a végén a doboz, mely két részre van osztva, egyik felében forró gáz lesz, a másik felében hideg gáz. Pusztán az információ segítségével a rendezetlenségből rendet teremt. Ez megsérti az entrópia törvényét, és teszi úgy, hogy munkát nem végez, csupán az információ van segítségére.

Nos, a tudósokat ez a paradoxon kétségbe ejtette. Hiszen képzeljük el, hogy információ segítségével energiát lehetne termelni úgy, hogy nem végzünk munkát. Eltelt 100 év is, mire a tudósoknak sikerült megoldani a Maxwell démon ügyét. A megoldás a következő: Amikor a démon információt gyűjt, azt úgy teszi, hogy a memóriájában, mely nem végtelen, eltárolja, azaz megjegyzi a megfigyelt molekulák sebességét. Hiszen e szerint válogat. Ám a memóriája idővel betelik, azt törölnie kell, hogy az újabb adatoknak, megfigyeléseknek jusson hely.

Maxwell démona

Igen ám, csakhogy korunk tudósai rájöttek, hogy egy bit információ törléséhez energia kell. Olyan kicsi energia, hogy az szinte elhanyagolható, de mégis egy kicsi kell. És mivel a démon sokszor töröl, a sok kicsi sokra megy. Így végül is a démon munkát végez. Energiát közöl a rendszerrel, amikor szétválogatja a gázmolekulákat. Így viszont már nem sérti meg az entrópia és a termodinamika ide vonatkozó tételeit. Ugyanis ha egy rendszerbe energiát fektetünk, azaz munkát végzünk, akkor megváltoztathatjuk az állapotát. A hűtőgép kompresszora is munkát végez, így tudja megfagyasztani a benne tárolt dolgokat. Tehát Maxwell démona ravasz bestia, de még ő sem foghat ki a természet egyetemes törvényein.

Garzó László

2014. augusztus 15.

Hozzászólások