Qu'est-ce que le démon de Maxwell?

Le concept de Maxwell's Demon doit son nom à un James Clerk Maxwell. Le concept cherche à expliquer ce qui se passe lorsque deux objets sont soumis à des degrés de chaleur différents. Le concept selon lequel un démon ouvre la porte à des particules en mouvement rapide les faisant passer dans une chambre, la rendant ainsi plus chaude que celle de l'autre chambre fait encore l'objet de nombreuses recherches. L'idée a violé la deuxième loi de la thermodynamique.

Origine et histoire du démon de Maxwell

L'idée a été lancée pour la première fois le 11 décembre 1867 par Maxwell dans une lettre à Peter Guthrie Tait, son collègue scientifique. En 1871, Maxwell écrit à nouveau à John William Strutt sur la même idée. Avec leur contribution, Maxwell a présenté l'idée au public en 1972 par le biais d'un livre intitulé «Theory of Heat». Le nom de «démon» a été utilisé pour la première fois par William Thomson dans le journal «nature» en 1874. Ses recherches étaient basées sur les deux principes suivants: lois de la thermodynamique. La première loi stipule que l'énergie ne peut être ni «créée ni détruite», tandis que la seconde stipule qu'une fois convertie, l'énergie est irréversible.

L'expérience de Maxwell

Maxwell a utilisé deux navires; navire X et Y avec du gaz à l'intérieur. Les navires ont été placés les uns à côté des autres et un petit trou a été percé entre eux. Les températures ont ensuite été soit abaissées soit augmentées dans l’un ou l’autre des navires. Les molécules d’un navire avaient tendance à se déplacer en fonction de l’ajustement initié à la suite de l’acquisition ou de la perte d’énergie. Il imaginait qu'un démon gardait la porte et séparait les molécules se déplaçant à grande vitesse de celles se déplaçant à une vitesse moyenne.

Quand une molécule en mouvement rapide de X tire dans la direction de la trappe, la porte est ouverte par le démon et la molécule se déplacera de X à Y. De même, lorsqu'une molécule en mouvement plus lent de Y se précipite vers la trappe, le le démon le laissera passer de Y à X. La vitesse approximative des molécules dans Y aura augmenté tandis que dans X elles auront progressivement diminué. Puisque la vitesse moléculaire approximative correspond à la température, la température diminue en X et augmente en Y, contrairement à la deuxième loi de la thermodynamique. Le démon doit permettre aux molécules de passer de l'un à l'autre afin de ne produire qu'une variation de température. L'expérience a montré que la grille séparant les deux sections s'ouvrait sélectivement en fonction de la vitesse des particules.

Critique à l'expérience

En 1929, Leo Szilard et Leon Brillouin se demandaient comment le "démon" pouvait mesurer la vitesse des molécules. Ils ont fait valoir que la théorie ne pouvait pas éliminer la règle thermodynamique. Ils ont également affirmé que le "démon" manquera, avec le temps, d'espace pour stocker les informations et commencera donc à effacer les données précédemment stockées. Scientifiquement, il n’est pas possible de produire plus d’énergie que ce que vous avez investi. Le processus d’ouverture et de fermeture de la porte «démon» nécessite une certaine consommation d’énergie. Cela signifie que pour identifier les molécules chaudes ou froides, il faut plus d'énergie, ce qui rend l'idée de Maxwell douteuse dans la mesure où elle déclencherait l'ouverture de la porte, même pour les molécules froides.