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論文資訊
- 類型：已發表論文
- 日期：2022-09-02
摘要
西拉德現在著名的單分子引擎只是他在 1929 年推出的三種結構中的第一個，旨在解決麥克斯韋妖引起的幾個悖論。我們分析西拉德剩下的兩個惡魔模型。我們表明，第二種方法雖然採用了不同分子種類和半透膜的明顯不同的實現方式，但在資訊和熱力學上與單分子引擎的理想氣體等效。由於它是一種非相互作用粒子的氣體，因此，根據博伊德和克拉奇菲爾德的說法，我們得出的結論是：（i）它簡化為一個混沌動力系統——稱為西拉德圖，它是三個分段線性圖的組合，實現了測量、控制和擦除的熱力學變換； (ii) 其作為將無序熱能控制為功的發動機的短暫功能控制率；惡魔實現最佳功能所需的最低「智慧」由引擎的統計複雜性給出，並且 (iv) 其功能飽和熱力學界限，因此它是一個最小的、最佳的實現。我們表明，西拉德的第三個模型相當不同，它解決了前兩個模型提出的基本問題，即熱力學系統中的測量和熵的產生。總而言之，西拉德的一套結構列出了麥克斯韋妖的一系列可能的實現，這些實現比香農和維納的信息概念（即驚喜）和控制論的功能信息概念早了近二十年。反過來，這為利用微觀波動的新型奈米級資訊引擎的工程實現提供了新的見解，並為物理、分子、生化和生物系統中利用的熱力學機制和內在計算的多樣性提供了新的見解。