麦克斯韦妖与信息能

摘要：

在麦克斯韦妖系统中,常规能量是守恒的,所以之前学者只能通过不可逆过程的熵产分析来证明麦克斯韦妖问题并不违反热力学第二定律,而无法采用能量分析,鉴于传热过程中热量具有的质量特性,热质理论提出相对论性质量——热质的概念.热质在传递过程中具有热质动能,在热势场中具有热质势能,这些能量是相对论性能量.可逆热力学分析表明,只需输入热质能(相对论性能量)就能把相同数量的热量从低温处转移至高温处,而不需输入功或热量(常规能量).在改进的麦克斯韦妖系统中,利用两个小妖可以实现在筛选阀门两侧分子速度的同时,满足两侧区域中分子数不变即密度不变的要求,从而可以在不输入任何功或热量的前提下,把相同数量的热量从低温区转移至高温区.由于系统不仅满足常规能量的守恒,还满足相对论性能量的守恒,因此输入信息的同时,也必然伴随着信息熵和信息能的输入.信息能是另一种相对论性能量.因此,通过可逆过程的相对论性能量的守恒分析就可表明麦克斯韦妖问题不违反热力学第二定律.

关键词：麦克斯韦妖、相对论性能量、信息能、热质理论

所属期刊栏目：66

分类号：TK124;O414.1;TB611

资助基金：国家自然科学基金51621062

在线出版日期：2021-04-20（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：1083-1090