Слонодёмия

Заметки Дёминого папы

Демон Максвелла в пещере

Попробуем понять, с какими явлениями природы столкнулись наши герои. В этом помогут «Заметки Дёминого папы», которые мы будем помещать после каждой главы. Впрочем, можете просто пролистывать эти комментарии и сразу переходить к основному действию книги. Если захотите что-то узнать подробнее – потом вернётесь.

Читателю, наверное, интересно, что такое демон Максвелла для физиков. Это участник мысленного эксперимента. Вымышленный, конечно. Придумал его британский физик Джеймс Максвелл, чтобы наглядно объяснить парадокс Второго начала термодинамики – так называется один физический закон. Его обычно объясняют на примере молекул, но мы вообразим похожие ситуации из жизни.

Представим большой каток и много людей на коньках. Катание в самом разгаре. Погода выдалась морозная. Чем быстрее ты будешь двигаться, тем теплее тебе становится. Легко одетым приходится пошевеливаться. С молекулами всё точно так же. Где молекулы бегают быстро, там и теплее. Зимой, когда воздух холодный, молекулы двигаются медленнее, чем летом, когда заметно теплее.

Разделим каток пополам бортиком. Оставим небольшой проезд в середине. Каток большой, и людей на нём много. Есть и едва ковыляющие новички, и уверенные завсегдатаи, и даже те, кто играет в догонялки и врезается в остальных. При этом на каждой половине есть и те, и другие, и третьи – всё как на большом катке. С молекулами та же история. Если в пещере поставить стену, температура воздуха в каждой половине будет одинаковая.

Поставим в проезде между половинами катка контролёра, который пропускает в левую часть катка только быстрых конькобежцев и не выпускает их направо. Тем, кто не торопится, контролёр разрешает проехать в правую часть катка, но запрещает в левую. Через некоторое время слева будут кататься все быстрые, а справа – все медленные.

В случае с молекулами это означает, что в левой части пещеры стало теплее, поскольку там они бегают быстрее.

Закон природы (Второе начало термодинамики) гласит: холодное не может нагреть тёплое. Чтобы прохладное стало холодным, а тёплое – горячим, нужно поработать! Контролёр добился, чтобы люди в левой части катка бегали быстрее, чем в правой. Однако ему пришлось потрудиться. Контролёр для молекул – это демон Максвелла. Он сортирует молекулы воздуха в перегороженной пещере. Демон Максвелла узнаёт скорость каждой молекулы, подлетающей к отверстию в перегородке. Он именно знает скорость. Затем решает, пропускать молекулу в другую часть пещеры или нет. В результате в одной половине оказываются быстрые молекулы, а в другой – медленные. Значит, и температура в одной части становится выше, чем в другой. Ведь температура напрямую зависит от скорости движения молекул.