Демон Максвелла

Скорость шаров и есть температура. Чем быстрее мечутся молекулы, тем горячее вещество: в кипятке они носятся, в холодной воде ползают. Значит демон у дверцы нагревает правую половину коробки и остужает левую.

А это очень странно. Тепло само собой всегда идёт от горячего к холодному: чай стынет в комнате, а не нагревается за её счёт. Демон же делает наоборот, причём ничего не толкает и не двигает. Будь это возможно, чайник грелся бы даром: поставил такую дверцу и жди. Эту задачу придумал физик Максвелл в 1867 году, чтобы показать: где-то тут обязана быть ошибка.

Ошибка нашлась не сразу, и она в памяти демона. Чтобы решить судьбу шара, его надо разглядеть и запомнить, быстрый он или медленный. Шары летят без остановки, записи копятся, место кончается, и старые приходится стирать. Вот стирание и стоит энергии.

Сколько именно, посчитал Ролф Ландауэр в 1961 году: на стирание одной записи уходит примерно половина той энергии, которую несёт одна молекула воздуха в комнате. Мелочь, но её ровно столько, сколько демон выгадал на сортировке. Выигрыша нет. В 2012 году это крохотное тепло научились измерять приборами.

Из этого следует неожиданная вещь: любой компьютер обязан греться. Не только от тока в проводах, но и просто потому, что постоянно затирает старые данные. А в живой клетке такие же сортировщики работают без остановки: насосы в оболочке выталкивают наружу одни частицы и не пускают внутрь другие, расходуя на это запасы клетки.

Что показывает экран. Порог «быстрый или медленный» здесь плавающий, это средняя скорость всех шаров на данный момент, она выведена в табло. Над дверцей написано, что она делает сейчас, проём вспыхивает зелёным при пропуске и красным при отказе. Выключите тумблер демона, и дверца останется открытой для всех: половины сравняются за несколько секунд.