Холодильник Эйнштейна

Как и Максвелл, Сцилард просит нас представить сосуд с перегородкой. Внутри этого сосуда, однако, находится лишь одна подвижная молекула. Сначала она свободно движется по сосуду, время от время сталкиваясь со стенками и отскакивая от них. Демону Сциларда, таким образом, достаточно следить за одной молекулой, в то время как демону Максвелла приходилось наблюдать за целыми триллионами частиц. Далее Сцилард еще сильнее упрощает задачу своему демону. Он просит его лишь следить, в какой половине сосуда — в левой или в правой — молекула находится в каждый момент времени. Заметив молекулу, скажем, в левой половине сосуда, демон Сциларда ставит перегородку, которая разделяет сосуд пополам, и молекула, по сути, оказывается в ловушке в его левой части.

Сцилард делает перегородку подвижной: она может двигаться внутри сосуда подобно тому, как поршень движется внутри цилиндра двигателя.

Поняв, в какой стороне сосуда находится молекула, демон приступает к действию. Если он знает, что молекула в левой части сосуда, то через блок прикрепляет груз к левой части подвижной перегородки. Теперь, двигаясь из стороны в сторону, молекула периодически сталкивается с подвижной перегородкой. При этом перегородка сдвигается дальше вправо и поднимает груз.

Суть этого остроумного устройства в том, что, имея одну простую единицу информации, в частности знание, что молекула находится в левой части сосуда, демон Сциларда способен поднимать груз, то есть совершать работу. Демон может повторять этот процесс бесконечно. По сути, он получает нечто из ничего, благодаря единственному биту информации — знанию, в которой части сосуда находится молекула. Я не случайно использовал здесь слово “бит”. Выбор между левой и правой частью сосуда двоичен, как и выбор между 1 и 0. Располагая лишь двоичной информацией, демон Сциларда способен преобразовать случайные движения молекулы в полезную работу. Это противоречит второму началу термодинамики, поскольку предполагает, что выполнять полезную работу можно и без перемещения теплоты из горячей зоны в холодную. С “демоном Сциларда” мы могли бы получать энергию из любого объема газа, даже если бы его температура везде была одинаковой. Если выпустить достаточное количество “демонов Сциларда”, можно генерировать все необходимое нам электричество из воздуха в земной атмосфере! Кажется, что можно создать “вечный двигатель”, как выражается Сцилард, просто “позволив разумному существу вмешиваться в работу термодинамической системы”.

Что же это значит? В предыдущей главе мы увидели, что обработка информации приводит к увеличению энтропии. Неужели, описывая свой мысленный эксперимент, Сцилард предполагает, что информация может делать и обратное, преодолевая второе начало термодинамики и преобразуя теплый воздух постоянной температуры в полезную работу? Такая система уменьшала бы энтропию Вселенной, поскольку “дармовую” работу можно было бы использовать, чтобы заставить теплоту перемещаться в “неправильном” направлении из холодной зоны в горячую.

Сцилард категорически заявляет, что этого не может произойти по следующей причине: в момент измерения, когда демон определяет местоположение молекулы, энтропия не может не увеличиваться, и это увеличение в итоге компенсирует любое уменьшение энтропии в результате работы поршня.

Аргумент Сциларда кажется закольцованным, и ученый лишь в общих чертах описал, как его демон провоцирует увеличение энтропии. Однако в своей статье он первым заявил, что обработка битов информации должна приводить к рассеянию теплоты, потому что в ином случае мы могли бы конструировать вечные двигатели, противоречащие законам термодинамики. Любопытно и то, что Сцилард написал эту статью в 1929 году, за несколько десятилетий до начала применения битов в глобальных сетях связи и осознания их важности для передачи и хранения информации.

Следующие лет тридцать демон Сциларда/Максвелла оставался в тени: ученые считали его любопытной, но все-таки не слишком значимой головоломкой. Немногие научные статьи, которые выходили в этот период и упоминали о демоне, следовали логике Сциларда. Их авторы строили догадки относительно того, какой аппарат демон может использовать для определения положения молекулы, и приходили, как и Сцилард, к выводу, что любая подобная система будет рассеивать достаточное количество теплоты, чтобы компенсировать снижение энтропии, которое происходит, когда поршень поднимает груз.