1867年12月11日,詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(James Clerk Maxwell)在写给彼得·格思里·泰特(Peter Guthrie Tait)的一封信中首次提出了带“麦克斯韦妖”(Maxwell's demon)的假想实验。
麦克斯韦在1871年写给约翰·威廉·斯特鲁特(John William Strutt)的信中再次提到该实验。后来,他将这一实验在1872年出版的热力学书籍《热理论》(Theory of Heat)中公之于众。
麦克斯韦在信件和书中,把打开门的施事描述为一个“有限的存在”(finite being)。在1874年的《自然》期刊上,开尔文勋爵威廉·汤姆逊(William Thomson, Baron Kelvin)第一次用“妖(demon)”这个词来形容麦克斯韦这一概念,并且表示他打算扩展这个词的含义。
在麦克斯韦的思想实验中,他设想有一间充满气体的房间,房间被一面墙分成2个隔间,墙上有一扇小门。房间里的气体是由一个个粒子组成的。在任何给定的时刻,总有一些粒子运动相对快些,一些粒子运动相对慢些。
麦克斯韦考虑,假如有一个小生物(也就是后人所称的“妖”)在门口。每当它看到运动较快的粒子从左边向门靠近,它就打开门让粒子进入右边的隔间。每当它看到运动较慢的粒子从右边向门靠近,它就打开门让粒子进入左边的隔间。
一段时间后,左边的隔间里就会充满慢速的“冷”粒子,而右边的隔间则会变得很热。这套孤立系统逐渐变得更有序而不是无序。这违背了宇宙的熵增原理。
这个思想实验困扰了大家很多年后终于得到解决。1961年,罗夫·兰道尔(Rolf Landauer)提出:消除一个比特信息需要热动力学消耗,导致熵的增加。兰道尔原理表明,信息具有物理性。这是解开“麦克斯韦妖”的核心。1982年,查尔斯·本内特(Charles Bennett)意识到,麦克斯韦妖实质上就是一台信息处理机器:它需要记录和存储单个粒子的信息,以决定什么时候开门和关门,它还需要定期擦除这一信息。因此这个系统实际还是一个熵增系统。
资料来源:

[1]https://huanqiukexue.com/a/qianyan/tianwen__wuli/2021/0510/31532.html
[2]https://wiki.swarma.org/index.php/%E9%BA%A6%E5%85%8B%E6%96%AF%E9%9F%A6%E5%A6%96
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