Maxwell's demon
제임스 클러크 맥스웰이 고안한 사고실험.
열역학 제 2법칙을 작살내버리는 가상의 악마. 맥스웰의 도깨비란 이름으로도 많이 알려져 있다. 실제로는 있을 리 없지만 이론적으로 이런 존재를 가정하면 뭔가 골치 아픈 역설이 생긴다. (이런 종류의 논증을 사고실험이라고 한다)
간단하게 가정하면 두 종류의 기체의 혼합물로 차있는 고립된 방에 중간에는 벽과 문이 있고 그 사이에 악마가 있어서 떠돌아다니는 입자를 선별적으로 방 한쪽으로 보낸다고 생각하자. 이 과정에서 악마가 문을 여닫을 때 일의 소모가 없다고 가정하며 악마는 완벽하게 일을 처리한다고 본다.[1]
그렇다면 초기에는 두 기체가 혼합되어 있었지만 시간이 지나면 두 분자가 분리되어 결과적으로 엔트로피가 감소한다. …어?[2]
결론만 말하면, 악마까지 하나의 계로 모아서 계산하면 결국 엔트로피는 증가한다. 그런데 이 증가하는 엔트로피의 정체는 다름 아닌 정보, 즉, 분자가 가지는 정보를 악마가 처리하는 과정에서 엔트로피의 증가가 발생한다. 그것도 정보를 얻어서 저장하는 데에서 열이 드는 것이 아니라 정보를 지우는 데 열이 발생[3][4]한다.[5]
그래서 사실 악마의 기억력이 우주구급이라 굳이 정보를 지울 필요가 없다면 결국 엔트로피는 감소한다. 더 정확하게 말하면 악마가 무엇인가를 기억한다는 것 자체가 엔트로피로 취급된다는 것이다. 엔트로피의 열역학적 정의 (모든 가능한 상태 개수를 세서 로그)와 정보론적인 정의가 어떻게 연결될 수 있는지 보여주는 단적인 두 가지 예 중 하나다.(또 하나는 블랙홀)
라플라스의 악마와는 좋은 친구가 될 것 같다. 둘을 싸움 붙여보면 재밌겠다. 사실 맥스웰도 그렇고 라플라스도 그렇고 불쌍한 전기과 공돌이에겐 둘 다 악마 같다...
라이트노벨 문제아 시리즈에서는 이름 그대로 마왕으로 등장한다.모형정원에선 유래적은 남자 얀데레+스토커+싸이코이다 능력이 사기라서 더 문제다항목 참조
- ↑ 정확하게 말하자면, 혼합된 기체의 평균분자속도를 기준으로 그보다 빠른 분자와 느린 분자를 나누는 것이다. 이 과정을 반복하다 보면 결과적으로 벽을 사이에 두고 방의 온도가 달라지게 된다.
- ↑ 엔트로피는 증가하는 반응밖에 나올 수 없다. 자세한 사항은 열역학 제 2법칙 참고.
- ↑ 이론적으로, 발생하는 열의 양은 지우는 정보의 양과 온도에 비례하며 섭씨 25℃의 실온에서 1비트의 정보를 지우면 2.856×10^-21 J의 열이 발생한다. 다시 말하자면, 1비트의 정보를 지우려면 최소한 1조 분의 1 하고도 10억 분의 3줄 정도의 에너지를 소비해야 한다는 뜻이 된다.
- ↑ 이를 ‘란다우어의 원리’라고 한다. 1961년 IBM 소속 물리학자 롤프 란다우어(Rolf Landauer)가 처음으로 발표하였다.
- ↑ 정확히 말하면, 분자가 가지는 정보 자체가 엔트로피이며, 정보를 지울 때 열이 발생하는 것은 정보로 저장된 엔트로피가 열역학적 엔트로피인 열로 전환되는 것이다.