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[掌櫃雜談] 馬克士威爾的惡魔可能是一個人類文明存續的究極幻想

前言

起因只是個突發奇想:如果人類能夠阻止熱量散失到宇宙,是不是就可以迴避熱寂了?於是就和ChatGPT聊聊,順便整理了一下想法。


馬克士威爾的惡魔

回想高中的時後學到熱力學第二定律,那時後怎樣都聽不懂,什麼惡魔什麼分流的,完全不懂惡魔的點在哪, 後來忘記在哪裡讀到一句話人類終將毀滅於熱力學第二定律,於是開始好奇,倒底什麼是馬克士威爾的惡魔

維基的理科解說真的很理科,這裡舉個簡單的例子:

一般來說,把一個熱的東西和冷的東西擺在一起,兩個東西的溫差會漸漸彌平,因為高溫的熱量會往低溫處移動,這就是熱平衡。

而馬克士威爾的惡魔是個阻止熱平衡發生的存在,它可以把運動較快和較慢的粒子分開,讓原本即將消失的溫差重新出現。

人類終將毀滅於熱力學第二定律

宇宙十分巨大,地球所擁有的溫度與能源,主要來自太陽持續供應的能量,整個太陽系受惠於太陽的核反應,太陽不斷的散發熱能到鄰近的星球,再加上地球的大氣,地球因此能保有孕育生命的溫度。 然而太陽不可能永遠燃燒。當宇宙中的恆星逐漸熄滅,原本集中的能量會不斷向外散開,各處的溫差也會越來越小。 最後,即使宇宙中仍然存在能量,也可能因為沒有足夠的溫差與能量落差,而再也無法推動任何事情。這種宇宙逐漸失去可利用能源的結局,就是熱寂

如果人類能把熱量保留在地球上不散去宇宙,是否就可以迴避熱寂?

很遺憾,光靠保存熱量是不行的,因為人類文明並不是單純靠能量本身延續,而是靠能量的釋放所產生的動力推進的, 水從高處往地處流釋放位能,透過水力發電轉換成電能,再透過電位差釋放電能,最終才為我們所利用。

如果全環境都處於高能狀態,比如說所有的水都處於相同高度、所有環境溫度都在100度、所有的電路都充滿了電, 也就是所有的能量都失去了變化的方向,那保有再高的能量也無法利用,最終也只是達成另一種變相的熱寂。

無限制的維持溫差

光保有能量是不夠的,人類文明最終需要的是能量的落差,因此有了這樣的一個幻想:如果有個方式能夠永遠保持能量的流動,是否就能夠無限的提供能源了? 如果加熱後的蒸氣不會因為熱平衡而冷凝,如果把水加熱成蒸氣的熱量不會因為熱平衡而散失... 如果存在一個東西,能夠阻止熱平衡,阻止熱量變平均,那一定很棒,對吧?馬克士威爾的惡魔