這種巧妙的裝置是真正的麥克斯韋妖嗎？它會使熱力學(xué)第二定律失效嗎？盡管它們的機(jī)制似乎與麥克斯韋妖類似，但仍有必要仔細(xì)計算熵 。只有當(dāng)過程中整個系統(tǒng)的熵減小時，該過程才違反了熱力學(xué)第二定律 ?？梢耘e一個熟悉的例子，理想氣體的熵在等溫壓縮過程中減小了，但環(huán)境中的熵增意味著系統(tǒng)的總熵增加 。那么這一裝置的環(huán)境中是否存在補(bǔ)償性的熵增，從而否定了違反熱力學(xué)第二定律的可能性？
麥克斯韋妖一直以來備受爭議[5] 。許多物理學(xué)家認(rèn)為，麥克斯韋妖的活動會產(chǎn)生熵值成本（entropic cost），因為這些巧妙的裝置會導(dǎo)致系統(tǒng)其它地方的熵增加，所以麥克斯韋妖沒有真正違反第二定律，但仍有一些物理學(xué)和哲學(xué)家不同意這個觀點(diǎn)[6] 。熵值成本源于麥克斯韋妖的活動 。麥克斯韋妖需要進(jìn)行反饋的操作：如果分子移動得快，它就會打開活動門，如果分子移動得慢，它就會關(guān)閉活動門 。
這就要求麥克斯韋妖具有記憶，該記憶必須在循環(huán)過程結(jié)束時重置 。但是 重置記憶會產(chǎn)生熵值成本，這可以通過羅爾夫·蘭道爾 （Rolf Landauer）在1961年提出的理論來量化 。他指出，每重置一個信息位，熵就會增加kBln2（kB是玻爾茲曼常數(shù)） 。換句話說，擦除信息將付出熵的代價 。蘭道爾原理在熱力學(xué)和信息論之間建立了聯(lián)系——盡管它們之間的確切關(guān)系仍有爭議 。
盡管如此，在我看來，蘭道爾原理解釋了為什么無論如今的實(shí)驗者多么聰明，手指多么靈活，都不能制造出真正違反熱力學(xué)第二定律的熱機(jī)，以解決全球能源危機(jī) 。一旦窺探到其幕后的原理，我們就會發(fā)現(xiàn)，今天所謂的麥克斯韋妖是靈巧的幻術(shù)師而不是真正的魔術(shù)師 。
當(dāng)代熱力學(xué)的許多活動來自于量子信息論與熱力學(xué)的結(jié)合 。量子信息論能把麥克斯韋妖從蘭道爾原理的桎梏中釋放出來嗎？遺憾的是，它不能 。熱力學(xué)第二定律適用于所有具有相空間體積的動力學(xué)形式，而經(jīng)典力學(xué)和量子力學(xué)都符合這一標(biāo)準(zhǔn) 。此外，量子操作甚至可能有額外的熵值成本，因此 量子計算機(jī)不能達(dá)到蘭道爾極限（Landauer limit）[7] 。
3. 量子蒸汽朋克
麥克斯韋對熱力學(xué)和統(tǒng)計力學(xué)性質(zhì)的哲學(xué)推測超越了他提出的麥克斯韋妖 。為了使這些概率理論與他的古典世界觀相協(xié)調(diào)，麥克斯韋提出了兩個哲學(xué)主張 。第一，熱力學(xué)只適用于具有許多自由度的系統(tǒng)；第二，熱力學(xué)是以人類為中心的，并取決于我們?nèi)祟惖挠^點(diǎn) 。這些哲學(xué)假設(shè)在今天還能成立嗎？
自20世紀(jì)中期以來，熱力學(xué)的實(shí)驗和理論發(fā)展表明，麥克斯韋的第一個主張是不正確的 。在麥克斯韋的時代，熱力學(xué)的產(chǎn)物是為工業(yè)革命提供動力的蒸汽機(jī) 。但今天的熱力學(xué)革命——尼科爾·永格·哈爾彭（Nicole Yunger Halpern）稱之為“ 量子蒸汽朋克” （Quantum steampunk）的子領(lǐng)域——是在原子尺度上的 。[8] 例如，德里克·斯科維爾（Derrick Scovil）和埃里希·舒爾茨·杜波依斯（Erich Schulz-DuBois）在1959年首次提出量子熱機(jī)，證明了三層微波散射器如何作為熱機(jī)發(fā)揮作用 。隨著量子信息論的出現(xiàn)，這些微小的熱力學(xué)系統(tǒng)現(xiàn)在為整個子領(lǐng)域提供了發(fā)展空間 。[9] 其他類型的量子熱機(jī)使用多能級原子、量子比特和量子點(diǎn)等微觀系統(tǒng)作為熱機(jī)的工質(zhì) 。
量子熱機(jī)和經(jīng)典熱機(jī)有什么不同？ 在量子體系中熱機(jī)可以獲得額外的資源，糾纏和相干性可以作為“燃料”使用 。盡管如此，仍然沒有人找到繞過熱力學(xué)第二定律的方法 。[10]也許這是意料之中的，畢竟，賽斯·勞埃德 （Seth Lloyd）認(rèn)為，“除了死亡、稅收和熱力學(xué)第二定律，生活中沒有什么是永恒的” 。
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