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Versión giratoria del demonio de Maxwell: ¿Dónde está la energía?

Me han confundido a mí mismo acerca de la siguiente variante del demonio de Maxwell y me parece que no puede averiguar en donde la energía se fue.

Considere esto: Usted tiene una cadena (una dimensión) de las tiradas (arriba/abajo) con un vecino más cercano de acoplamiento. La energía se minimiza si los espines están alineados. Digamos que la diferencia de energía entre la alineación y la no-alineación es la E. El cero de temperatura de estado es de todos o todas. Si calentamos el estado a una temperatura T, algunas de las vueltas que le dará la vuelta con una probabilidad dada por la Bolzmann-factor, dependiendo de la relación T/E. hasta ahora Tan bueno.

Ahora la temperatura finita estado ha de energía debido a que los estados no están todos alineados, pero la distribución térmica es y no es útil (gratis) de energía. Sin embargo, si usted sabía que los espines están desalineados, usted podría selectivamente voltear. Digamos que el sistema es tal que se puede girar por disparos de un fotón con la energía E en el spin. Por ejemplo, se dispara a la media vuelta en una serie de tres. Si es arriba,arriba,arriba, a continuación, el fotón es absorbido, y usted termina con arriba, abajo, arriba. Si es arriba, abajo, arriba, el fotón estimula la emisión y se obtiene arriba, arriba, arriba, además de dos fotones de energía E. Si usted tiene arriba, abajo, abajo, el fotón no cambia nada sobre el total de la energía. Lo mismo sucede si cambio de todos los ups con el síndrome de down.

Ahora la cosa es esta: Si usted no sabe que vueltas tiene la flip, sus posibilidades de ganar o perder energía por disparo de fotones en la cadena son los mismos. Usted acaba de convertir un estado térmico en el otro. Pero si usted sabía que gira a la flip, que pueden caerse sobre ellos de forma selectiva y obtener energía del sistema. Esencialmente, el extracto de los baños termales que hizo calor de la cadena. Eso es posible (creo) porque está utilizando la información para reducir la entropía del sistema.

Mi pregunta es esta: ¿Cómo puedo ver que la energía necesaria para medir el spin orientaciones de la cadena, es al menos tan grande como la energía que se puede obtener mediante el seteo de ellos selectiva de una vez he medido? Lo que no está claro para mí por qué no debería ser posible medir con algunos muy bajo-energía de la sonda, por ejemplo, la medición del campo magnético local, con el efecto Hall.

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La energía necesaria para medir los giros pueden ser esencialmente cero, o al menos, en un pensamiento punto de vista experimental, puede hacerse arbitrariamente pequeña. Sin embargo, si usted piensa que la segunda ley es rescatada por un valor distinto de cero trabajo necesario para la medición de usted, aunque en última instancia mal, en la mayoría de excelente compañía. Nada menos que el gran Leo Szilard propuesta de esta explicación, en 1929, L Szilard, "Über die Entropieverminderung en einem thermodynamischen Sistema bei eingriffen intelligenter Wesen (en la reducción de la entropía en un sistema termodinámico por la intervención de seres inteligentes)", Zeitschrift für Physik 53 (1929), pp840-856.

Sin embargo, este sistema aún cumple con la segunda ley de la termodinámica a través de Landauer del Principio. En esta explicación, el trabajo necesario que "defiende" la segunda ley no procede de la medición, pero la necesidad de olvidar la información. Curiosamente, por lo tanto, es la pérdida , en lugar de la obtención de la información que los costos. Usted necesita último para limpiar el finito de memoria de cualquier equipo que está continuamente a la conversión de la thermalised gira de trabajo: esta máquina se necesita medir las tiradas para voltear a la derecha.

Pero las leyes de la naturaleza en el nivel microscópico, son reversibles y por lo que el tiempo de evolución operador de asignación el estado del Mundo en cualquier momento a cualquier otro (ya sea del pasado o del presente) es bijective. La naturaleza no puede olvidarse de Su historia.

Por lo tanto, la medición de giro de los estados, aunque borradas de la memoria de la computadora, debe de alguna manera de viento de hasta codificados en el ahora sutilmente cambiado miembros del equipo del asunto, para que todo el sistema del estado es todavía reversible asignadas por la evolución en el tiempo. Así, el equipo se vuelve más y más thermalised como la conversión corre hacia adelante. En última instancia, su información de remojo se ha agotado la capacidad y el trabajo debe ser hecho para expulsar el exceso de entropía para que pueda seguir trabajando. Qué gana usted, desde el giro de tiradas, que se pierde a través de la necesidad de "olvidar".

Véase mi respuesta a la Física que SE pregunta "¿Cómo puede la microstates ser medido con cero gasto de energía?" así como mi respuesta a la pregunta "Exorcismo del Demonio de Maxwell" así como Emilio Pisanty la respuesta a la misma pregunta. Tenga en cuenta que Emilio cita un respetado objetor para el olvido argumento, por lo que usted haría bien en leer otro punto de vista y pensar acerca de todo esto por ti mismo, como parece, a través de su pregunta, para ser capaz de hacer. No te preocupes por los errores en su pregunta, los comentaristas señalan: aún así es una gran pregunta y me hacen peor que los todo el tiempo.

Una de las mejores referencias en torno a esta materia es el de Charles Bennett revisión del papel:

Charles Bennett, "La Termodinámica de la Computación: Una Revisión", Int. J. Theo. Phys., 21, Nº 12, 1982

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