Diavoletto di Maxwell
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Il cosiddetto diavoletto di Maxwell è un ipotetico congegno capace di agire sulla scala microscopica (ovvero interagendo direttamente con le singole particelle) allo scopo di produrre una violazione (ovviamente) macroscopica del secondo principio della termodinamica.
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[modifica] Contesto teorico
L'idea, che porta il nome del fisico James Clerk Maxwell, è basata sul fatto che il secondo principio ha, a differenza del primo, carattere statistico. Se si accetta di poter descrivere un gas (o in generale un corpo macroscopico) come un insieme di particelle (eventualmente interagenti) si può reinterpretare lo stato di equilibrio termodinamico di un sistema chiuso come quello più probabile e quindi quello più di frequente realizzato dalle particelle. Nulla vieta l'esistenza di fluttuazioni termodinamiche che possono portare il sistema in uno stato diverso da quello di equilibrio: esse sono escluse solo sulla base della loro improbabilità, non per ragioni fisiche codificate nelle leggi della meccanica che sottostanno alla statistica. Il diavoletto dovrebbe allora essere un congegno di qualche tipo, operante secondo tali leggi, ma a livello microscopico.
[modifica] Ipotesi di realizzazione pratica
Una semplice implementazione del diavoletto potrebbe essere la seguente. Si consideri un contenitore pieno di gas all'equilibrio termodinamico. Lo si divida con un setto dotato di un foro che lasci passare le particelle solo in un verso ma non nell'altro. La pressione da un lato del setto supererà ben presto di una quantità macroscopica quella dall'altro lato permettendo di estrarre lavoro meccanico dal sistema. Il tutto si può facilmente rendere ciclico, violando così il secondo principio della termodinamica. Il setto si comporta efficacemente come un diavoletto di Maxwell.
[modifica] Ragioni dell'impossibilità
Delle molte possibili implementazioni simili a quella proposta nessuna è stata realmente realizzata. Non appena si scende nel dettaglio, cercando di modellizzare concretamente il diavoletto, ad esempio chiedendosi come si possa costruire un setto con le proprietà suddette, ci si scontra con una serie di problemi non banali che suggeriscono una natura fondamentale del secondo principio, che non è quindi violabile con trucchi di questo genere. Uno di questi problemi è legato al fatto che è necessario individuare le particelle (determinare ad esempio se provengono da un lato o dall'altro del setto) tramite qualche meccanismo, che in genere richiede energia (ad esempio l'invio di un fotone) e che è necessario implementare una struttura decisionale che consenta al diavoletto di agire in modo diverso a seconda del verso di provenienza della molecola (il diavoletto va quindi modellizzato come un computer, che necessita di energia per funzionare). Il campo di studi che si occupa di questi problemi è quello dell'informazione quantistica, che è uno dei più vitali della fisica contemporanea; il paradosso del diavoletto di Maxwell è in gran parte ancora attuale.
