類似麥克斯韋妖的永動機能否實現？

01-23

舉個例子：假設有一條很細的密封水管，首尾相接成環形，管內有類似靜脈瓣膜的單向裝置，水只能朝一個方向流無法反方向，把水管放置不動，因為水分子內部的激烈、隨機運動，會有一些水分子隨機向左運動，結果跑到到瓣膜左邊，又有一些水分子隨機向右運動，結果被瓣膜擋住無法穿過，則長久看水分子一直是向左流動的，那整個水管的水都會向左流動，循環不絕，這不就成了個永動機了嗎？
看理論上似乎過得去啊，能實現不能？
以上假設在分子水平實現，不過我想小能促大，在宏觀範圍應該也可以成立吧。

樓上都是在扯淡！樓上都是在扯淡！樓上都是在扯淡！

首先，測量信息可以不損耗能量！

麥克斯韋妖沒有違背熱力學第二定律的理由是，你把你的測量結果存進儲存器後實際上就是增加了儲存器的信息熵（信息熵的定義你可以看另一個問題信息熵是什麼？ - 數據挖掘）。然後一方面是因為你的儲存器空間不是無限大的，所以你隔一段時間要擦除你的儲存器，另一方面是熱力學第二定律成立條件本來就是不影響外界的條件下，所以不管怎麼說每過一個周期你都得擦除儲存器以保證儲存器恢復原狀，而在這個過程中由於朗道爾原理，你就需要對儲存器做功，儲存器對外放出熱量，以使得自己的信息熵減小，環境的熱力學熵增加。

這樣你就有兩個理解方式，1. 你考慮總的循環過程，系統和環境總的熵使增加的，不違背熱二。2. 信息熵和熱力學熵沒有本質區別，你即使不考慮擦除過程，信息熵和系統的熵算在一起也是要增加的，也不違背熱力學第二定律。

關於信息熵的系統介紹，看我在這個問題下的答案：信息熵是什麼？ - 數據挖掘

這個問題我以前思考過，頗有所得，在此分享一下。

麥克斯韋妖是違反熱力學第二定律的，如果存在麥克斯韋妖，那麼製造第二類永動機是很容易的。這種永動機不違反能量守恆，它只是從系統的熱能中無條件的抽取能量化為己用。與之相對，第一類永動機是指憑空創造能量，違反能量守恆定律，麥克斯韋妖只能表示：這臣妾是萬萬做不到的。

麥克斯韋妖的超能力是知道每個分子的狀態，也就是無條件的全知，這種能力之強遠超你的想像！簡直就是super hero.

題主例子里的半透膜無條件的知道如何辨別下一個經過的分子是向左還是向右的，這也是一種弱化版的全知，在此前提下第二類永動機是可以製造的。需要說明的是，熱力學第二定律只是一種宏觀世界的統計規律，表現為封閉系統從統計上總是從有序變得混亂，僅此而已，遠遠達不到能量守恆定律在這個宇宙的地位。而如果麥克斯韋妖知道一個體系內所有的分子信息，那麼即使在凡人眼中一個絕對混亂的熱平衡體系，在麥克斯韋妖看來也不過是一個絕對有序的系統，因為知道了初始值，所有的分子行為都是可預測的，從有序的系統里提取能量是很顯然很容易的。當然我不會告訴你量子力學裡薛定諤的貓不會允許麥克斯韋妖的存在的。而且無條件的知道遠距離的分子信息破壞了因果論，違反了狹義相對論。因此麥克斯韋妖和量子力學、狹義相對論兩大物理基石都矛盾，並不能存在。

退一步講，如果能無條件的獲得全宇宙的信息，你就可以通過永動機得到近乎全宇宙的熱能，而能量又可以轉化為質量，所以一個有趣的推論是信息是有質量的。注意，知識不等於信息，知識是定義和規律的集合，初值狀態才是信息。

可以確定的是，像這樣的分子門通道是由通道的開閉實現，而這個門通道的開關閉合是需要能量的，這點很重要。

首先，我認為麥克斯韋妖的永動機是違反熱力學第一定律的。這樣的瓣膜無法實現穩定的開閉過程，因為在水平的管道內，瓣膜左右的水分子具有相同的內能，因此在對瓣膜的碰撞過程中會達到瓣膜左右的壓力平衡，不可能實現單向通過；倘若可以單向通過，那麼必須在瓣膜處加入能量。

其次，從熱力學第二定律角度出發，區分分子的能量不可能不引起能量損耗，這個區分機制不在於觀察者而在於分子運動本身。一樓提及的「信息-熱機制」，我沒有看明白，我認為信息是對於觀察者的，熱是對於管道內分子運動本身的，兩者處於兩個分別獨立的系統，不存在內部機制。

引用自百度——「麥克斯韋妖」似乎違背了熱力學第二定律，換句話說，這一過程不能毫無能量損耗地分離熱分子和冷分子。後來匈牙利物理學家馮·勞厄指出，該過程沒有違背物理學法則，因為「麥克斯韋妖」實際上必須消耗能量來確定哪個分子是熱的、哪個分子是冷的。而在本次實驗中，損耗的能量是攝像機的能量通過信息這一媒介轉換而來。他們認為這完全是一種新機制，並稱之為「信息—熱機制」，這意味著，即使不直接同納米機器接觸，也能夠使用信息作為媒介來轉化能量。

還有是不是說用過單向瓣膜也需要消耗能量。

我覺得，快慢分子可以被小妖分開，這樣可以做功，但功做完了分子速度就一樣了，那樣能量就消耗掉了。

快慢分子本來就有勢量，小妖只不過把勢能提取出來罷了

如果熱平衡是宏觀尺度，而永動機是小尺度呢？小尺度總能從宏觀尺度吸收能量。則會如何？

小妖的識別和分離是需要能量的，所以違背了熱二率