麦克斯韦精灵与量子力学

麦克斯韦精灵与量子力学

关于麦克斯韦精灵，争辩并未随着西拉德发表研究成果而中止。现今的物理学家一路追踪这个精灵到量子的国度，这个国度里有许多只在原子尺度下运作的古怪规则。在量子力学里，一旦提到单一分子位置与速度的量测，必然会碰到我们能获得多少信息这个基本课题。它被称为海森堡的不确定性原理，又称测不准原理（Heisenberg's Uncertainty Principle），描述我们永远无法同时精确得知一个粒子（或空气分子）的位置及运动速度；量测总会得到有点模糊（fuzzy）的结果。许多物理学家指出，正是因为这种“模糊性”，最终得以保全热力学第二定律。

对于那些仍怀抱永动机之梦者，量子世界似乎成为最后的希望堡垒。许多年来，不断有人建议，或许可以利用一种被称为“真空能”或“零点能”的能量来达成目的。基于物理世界的模糊性，没有任何东西是完全静止的，所有分子、原子或次原子粒子总会至少带有某个最低限度的能量，即便在冷却到绝对零度的情况下。这就是所谓的“零点能”。甚至连虚无的真空也有相同的现象；根据量子物理学，整个宇宙都充满了这种“真空能”。许多人相信我们可以借由某种方法获取这些能量并加以利用。然而，在这个过程中我们会碰到和左右隔室的空气分子一模一样的问题。真空能是均匀分布的，因此任何企图汲取它用来作功的方法，都会消耗比所得更多的能量。均匀分布的真空能无法被任意汲取，正如非得借助外部助力否则无法在温度相等的两侧隔室之间建立温度差一样。

这种外来的助力可以用信息的形态出现，就像麦克斯韦精灵脑海里的知识一样，但是信息的获得仍然需要能量，能量的消耗将导致别处的熵增加。

我们永远无法击败热力学第二定律，这件事一定要记得。

啊，我差点就忘了另一件事：本章开头曾提到，热力学总共有四条定律，但我还没告诉读者剩下两条定律是什么。不用再摒息以待了：热力学第三定律说的是“当一个完美晶体的温度降到绝对零度时，其熵亦降为零”。至于第四条定律唯一有趣的地方是，尽管在前三条定律已建立很久之后才被加进来，但由于它被公认比其他三条定律更基本，因而被称为第零定律，而非第四定律。在这三条定律成立之前，它得先成立才行。第零定律指出，如果两个物体各自同时与第三个物体达成热平衡（thermodynamic equilibrium，也就是温度相等的科学说法），那么两者之间必然也处于热平衡——这没什么好大惊小怪的。这个定律被赋予“零”的代码，只是因为另外三条更重要的定律已经众所皆知，如果将全体代码数字提高，将造成许多混乱与误解。这并不是我们所乐见的，对吧？