麦克斯韦恶魔：花了115年的时间才被驯服，如何继续令科学家惊奇

宇宙所下的赌注是押在无序上。例如，想象一下，放一勺染料滴入游泳池中，所有的染料分子都将缓慢扩散到整个水池中。物理学家通过计算染料分子可能排列的方式来量化这种扩散趋势。有一种可能的状态，分子被挤进了游泳池中的某一构件。还有另一个地方，例如，这些分子在泳池的底部成一个整齐的丛集。但是有数十亿个分子以不同的方式分布在整个水中。如果宇宙随机地从所有可能的状态中进行选择，那么您可以打赌，它将最终以众多无序可能性中的一种结束。

以这种方式看，如热力学第二定律所量化的，无可避免的熵或无序上升几乎具有数学上的确定性。但是，物理学家当然一直在努力打破它。
一个人几乎做到了这点。苏格兰物理学家詹姆斯麦克斯韦在1867年设计的一项思想实验使科学家后来苦苦工作了115年。即使找到了解决方案，物理学家仍继续使用“麦克斯韦恶魔”将宇宙定律推向极限。
在思想实验中，麦克斯韦设想通过将一扇小门的墙壁将充满气体的房间分成两个隔间。像所有气体一样，这种气体是由单个颗粒组成的。粒子的平均速度与气体的温度相对应，速度越快、温度越高。但是在任何给定的时间，某些粒子的移动速度将比其它粒子慢。

麦克斯韦建议，如果有一个虚构的微生物（后来被称为恶魔）坐在这扇门口，该怎么办？每次看到一个快速移动的粒子从左侧接近时，它会开门，并使其进入右侧隔室。而且，每当有一个缓慢移动的粒子从右边靠近时，恶魔就会将其放到左边的隔室中。
一段时间后，左侧隔间将充满缓慢而较冷的颗粒，而右侧隔间将变热。这种孤立的系统似乎会变得更有序，因为两个可区分的隔离专区比两个相同的隔离专区具有更多的有序性。麦克斯韦创造了一个似乎无视熵上升的系统，从而无视宇宙定律。麦克斯韦试图证明熵将减小的系统。这是一个悖论。