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電腦auto是什么意思( 二 )

云知道


與我們將遇到的其他兩個(gè)妖精（麥克斯韋妖與拉普拉斯妖）不同，洛施密特妖可以與現(xiàn)實(shí)世界和平相處 。然而，事實(shí)證明自旋回波實(shí)驗(yàn)是一個(gè)特例 ?，F(xiàn)實(shí)世界中，大多數(shù)系統(tǒng)都趨向平衡狀態(tài)，而不是回溯到非平衡狀態(tài) 。但 洛施密特妖生動(dòng)地提醒我們，力學(xué)的基本定律允許一個(gè)系統(tǒng)回溯到原來的狀態(tài) 。為什么我們在現(xiàn)實(shí)世界中沒有看到這種可能性的發(fā)生？為什么氣體不會(huì)被壓縮到更小的體積？為什么雞蛋不會(huì)從破碎狀態(tài)恢復(fù)，一杯咖啡不會(huì)自發(fā)升溫？
答案在于規(guī)律和初始條件的區(qū)別 ?？紤]將石頭扔進(jìn)池塘，其初始條件為石頭擊中池塘，這解釋了為什么我們看到水波向外擴(kuò)散 。相比之下，我們從來沒有看到水波向內(nèi)匯聚，把石頭從池塘深處推出來，因?yàn)樵撨^程所需的初始條件是非常難以設(shè)置的 。同樣地，在涉及氣體的系統(tǒng)中，典型的初始條件解釋了為什么它們會(huì)趨向平衡狀態(tài) 。但是，確實(shí)也存在具備精確相關(guān)性的特殊初始條件，可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)達(dá)到反平衡的情況，例如咖啡自發(fā)地變熱或石頭被推出池塘 。換句話說，根據(jù)物理學(xué)的微觀動(dòng)力學(xué)定律，反平衡是可能出現(xiàn)的，但這只有當(dāng)系統(tǒng)具有非常特殊的初始條件時(shí)才有可能 。
2. 麥克斯韋妖與熱力學(xué)第二定律
到目前為止，物理學(xué)中最著名的假想妖精是麥克斯韋在1867年設(shè)想的妖精（見圖2） 。他設(shè)想了在充滿氣體的盒子里存在一個(gè)妖精，它可以觀察單個(gè)氣體分子 。盒子中間有一個(gè)隔板，如果這個(gè)妖精看到一個(gè)快速移動(dòng)的氣體分子，它就打開隔板上的活動(dòng)門，讓快速移動(dòng)的分子通過，而把慢速移動(dòng)的分子留在隔板的另一邊 。反復(fù)這樣操作會(huì)使隔板兩邊產(chǎn)生溫度差，而熱機(jī)可以利用這個(gè)溫差來做功，這與熱力學(xué)第二定律相矛盾 。
圖3. 麥克斯韋妖是一個(gè)假想的生物，它可以觀察一個(gè)充滿氣體的盒子里的各個(gè)分子，盒子中間有一個(gè)隔板將A室和B室分開 。如果這個(gè)妖精看到一個(gè)快速移動(dòng)的氣體分子，它就打開隔板上的活動(dòng)門，讓快速移動(dòng)的分子進(jìn)入B室，而把慢速移動(dòng)的分子留在A室 。麥克斯韋妖反復(fù)這樣操作將在隔板的兩邊建立起溫度差 。而熱機(jī)可以利用這個(gè)溫差來做功，這與熱力學(xué)第二定律相矛盾 。
麥克斯韋妖和洛施密特妖屬于同類問題嗎？即麥克斯韋妖是否僅在現(xiàn)實(shí)中難以實(shí)現(xiàn)，而不是物理上的不可能情況？麥克斯韋認(rèn)為兩者是同類問題 。根據(jù)物理哲學(xué)家韋恩·米爾沃德（Wayne Myrvold）的說法，麥克斯韋認(rèn)為，“只是我們目前（也許僅是暫時(shí)）無法操縱單個(gè)分子......才會(huì)阻止我們做這個(gè)小妖精能做的事 ?！盵3]
在150多年前時(shí)，操縱單個(gè)分子的可能性可能看起來很小，但今天情況已不再如此 。從特制的實(shí)驗(yàn)裝置到自然界中發(fā)現(xiàn)的分子機(jī)器，類似麥克斯韋妖的裝置比比皆是 。例如，使用棘輪式機(jī)構(gòu)（ratchet-style mechanisms）的生物分子機(jī)器[4]，類似于理查德·費(fèi)曼（Richard Feynman）在1962年的一次演講中所提出的麥克斯韋妖 。
此外，研究人員似乎已經(jīng)能夠在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)麥克斯韋妖 。東京一個(gè)由佐野正明（Masaki Sano）領(lǐng)導(dǎo)的小組，在2010年設(shè)計(jì)了一個(gè)麥克斯韋妖式的實(shí)驗(yàn) 。通過使用一個(gè)傾斜的光學(xué)晶格來操縱單個(gè)粒子，他們創(chuàng)造了一個(gè)“螺旋樓梯” 。平均而言，粒子傾向于“下樓” 。通過使用CCD相機(jī)，實(shí)驗(yàn)人員實(shí)時(shí)監(jiān)測粒子位置的波動(dòng) 。當(dāng)粒子“上樓”時(shí)，他們改變電壓并將其困在較高的位置，就像妖精關(guān)閉了活動(dòng)門一樣（見圖3） 。通過重復(fù)這一過程，他們能夠逐漸將粒子向上移動(dòng)并做功 。
圖4. 佐野正明的小組在2010年設(shè)計(jì)了一個(gè)麥克斯韋妖式的實(shí)驗(yàn) 。他們使用傾斜的光學(xué)晶格來創(chuàng)造“螺旋樓梯”，使粒子傾向于“下樓” 。實(shí)驗(yàn)人員實(shí)時(shí)監(jiān)測粒子位置的波動(dòng)，當(dāng)粒子“上樓”時(shí)，他們改變電壓并將其困在較高的位置，正如麥克斯韋妖關(guān)閉活動(dòng)門 。| 來源：Adapted from S. Toyabe et al., Nat. Phys. 6, 988, 2010, doi:10.1038/nphys1821.

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