在物理學(xué)的發(fā)展史上，有兩只神奇的生物被理工科的研究者們津津樂道。其中一只大名鼎鼎，名為薛定諤的貓，這只由量子物理學(xué)家薛定諤提出的假象動物，困擾了無數(shù)研究者。甚至在科學(xué)明星霍金教授聽到關(guān)于這只貓的描述后，半天只說了一句話：給我一把手槍讓我打死它！相比較而言，另一只神奇生物則流傳較少，這就是我們今天要討論的主角——麥克斯韋妖。

想要講明白這只神奇的妖并不容易，我們要從它的源頭：熱力學(xué)第二定律說起。

什么是熱力學(xué)第二定律呢？先來看看它的原文。

在自然過程中，一個孤立系統(tǒng)的“熵”不會自發(fā)減小

這個關(guān)于熱力學(xué)第二定律的最簡表達，讀起來一點也不簡單。因為對于沒有熱力學(xué)基礎(chǔ)的人來說，自然過程和孤立系統(tǒng)還能有所了解，“熵”這個名詞是完全不熟悉的。別急，讓我們用大白話解釋一下什么叫做“熵”。

先來看兩張圖，找找不同。這兩張桌子最大的差別在哪里？

A 混亂的書桌；B整潔的書桌

嗯，不出意外的話，應(yīng)該是A很亂，B很整潔。

上面這種評價應(yīng)該是正常人會做出的正常評價。但是到了物理學(xué)家這里，這種通俗的語言就不符合他們的風(fēng)格了。他們需要一個更學(xué)術(shù)的，更專業(yè)的，同時也讓大眾更不理解的名詞來闡述這種現(xiàn)象。

于是乎，他們找到了“熵”。這個所謂的“熵”，就是一個數(shù)值。這個數(shù)值越大，說明越混亂。

所以說，當某知名物理學(xué)家謝耳朵看到了上面兩張桌子的時候，大概會說：上面這張桌子的熵很大，下面這張的熵比較小。

到此為止，最重要的一個問題解決了?，F(xiàn)在讓我們再回頭看看熱力學(xué)第二定律，它到底說了些什么呢？

我們還是以書桌為例子，熱力學(xué)第二定律其實說的就是：一個桌子上面的一堆東西（孤立系統(tǒng)），你不去整理它（輸入能量），它不可能自己變著變著就整齊了（熵減?。?。嗯，通俗易懂，好像說了跟沒說沒什么兩樣，這難道不是顯而易見的事實嗎？而且繞了這么一大圈，大概搞明白了熱力學(xué)第二定律，卻連麥克斯韋妖的影子都沒有看見。

別急，這就來了。

其實，這個看似大白話一樣的熱力學(xué)第二定律，自從被提出之后，就在不斷地受到質(zhì)疑。一眾科學(xué)家甚至為了證明它是錯誤的而奮斗終身，比如第二類永動機就是一個典型的例子。然而，他們無一例外，都失敗了。

這場漫長的檢驗持續(xù)了幾十年，熱力學(xué)第二定律來者不拒，毫無破綻。

就在大家已經(jīng)接受了這個定律，覺得這已經(jīng)成為真理的時候，大物理學(xué)家麥克斯韋表示：我反對！

聊到這里，我覺得非常有必要對麥克斯韋這位偉大的物理學(xué)家做一個簡單介紹。

詹姆斯·克拉克·麥克斯韋（James Clerk Maxwell，1831?1879），出生于蘇格蘭愛丁堡，英國物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家。經(jīng)典電動力學(xué)的創(chuàng)始人，統(tǒng)計物理學(xué)的奠基人之一 。1831年6月13日生于蘇格蘭愛丁堡，1879年11月5日卒于劍橋?！?】

物理天才麥克斯韋的生命僅有48年。在這48年里，他幾乎憑借一人之力，建立的經(jīng)典的電磁理論，打下了電磁學(xué)的基礎(chǔ)。而沒有他的電磁學(xué)，就根本不可能有現(xiàn)代文明。他在電磁學(xué)中的地位，好比是牛頓在力學(xué)中的地位一樣。

這樣一位大物理學(xué)家站出反對熱力學(xué)第二定律，自然權(quán)威性要比那些整天叫嚷著發(fā)明永動機的人高出百倍。于是大家認真聽了他的理由，本以為麥克斯韋是發(fā)明了一套神奇裝置，沒想到他只是憑空做了個幻想。但就僅僅是這么一個幻想，卻比之前任何一次質(zhì)疑都來的棘手。

大師的水平，令人折服。

那么，麥克斯韋到底幻想了什么呢？

麥克斯韋在腦海中假設(shè)了一種神奇的生物，就是所謂的麥克斯韋妖。它把守著一道小門。并且可以讓這個小門憑借它的意志關(guān)閉或者打開。在小門的兩邊，連接著兩個小腔室，兩個小腔室里面有兩種不同的小球混在一起飛來飛去。就像下面的圖展示的那樣。

麥克斯韋妖（左圖：熵大；右圖：熵?。?/div>

而這只妖精的任務(wù)就是：選擇合適的開門和關(guān)門時機，使得原本混在一起的兩種小球，最后分開來。顯而易見，在這個過程中，混亂度減小了，自然而然，熵也就減小了。最最重要的是，這只妖精只管開門關(guān)門，從來沒有向這個系統(tǒng)里輸入一丁點能量！

想想看，這就好像在說，一袋大米加沙子的混合物，不用你去挑揀，過一會，就分成了一袋大米和一袋沙子！我們要做的，就是養(yǎng)一只麥克斯韋妖。

于是乎，人們苦苦探索總結(jié)得到的熱力學(xué)第二定律，被這只不存在的小妖精給打破了。因為雖然這只妖怪并不存在，但麥克斯韋告訴我們，只要科技足夠發(fā)達，總有一天我們造出了這么一扇門，和這只妖精有相同作用的時候，熱力學(xué)第二定律就會不成立。

這只妖精，在熱力學(xué)界引起了廣泛的恐慌和爭議。為了維護定律的真確性，更多的科學(xué)家做出了更多的努力，這種努力，甚至比先前為永動機做出的多得多！

到這里，這只妖精的來路我們算是講明白了。

但至于這只妖精現(xiàn)在如何了，很遺憾，那就不是三言兩語就能解釋清楚的了。我們所知道的就是，熱力學(xué)第二定律仍然保住了它的位置，沒有被拉下科學(xué)的神壇。但與此同時，在這只妖精的搗亂下，一種名為“耗散結(jié)構(gòu)理論”的新學(xué)科得以興起，并不斷發(fā)揮著更大的作用。

這就是思維的力量，一個簡單的思維實驗，就推動了科學(xué)的巨大發(fā)展。

難怪愛因斯坦會說：提出一個問題，比解決問題更加重要。

不過前提是，在這之前，你已經(jīng)打下了堅實的基礎(chǔ)。

好了不說了，我要去問問赫敏，他們那里有沒有麥克斯韋妖賣了，我的桌子需要整理了。

注【1】：摘自百度百科