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Der Dämon braucht nur Informationen

Das Gedankenexperiment zum Maxwell-Dämon gibt es in mehreren Varianten, aber es geht prinzipiell wie folgt: Man stelle sich eine mit einem Gas gefüllte Box vor. Das Gas hat eine bestimmte Durchschnittstemperatur. Nun ist es wichtig zu wissen, dass Temperatur physikalisch betrachtet die mittlere kinetische Energie der Teilchen eines Körpers beziehungsweise Gases ist. Je schneller sich die Moleküle bewegen, desto höher ist die Temperatur. Die Temperatur selbst ist jedoch nur die mittlere kinetische Energie der Moleküle. Manche Moleküle sind deutlich langsamer als der Durchschnitt, manche sind deutlich schneller.

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Nun stelle man sich vor, dass diese mit Gas gefüllte Box in der Mitte durch eine Wand in zwei gleich große Kammern geteilt ist. Diese Trennwand hat eine mikroskopisch kleine Tür, durch die immer nur genau ein Molekül auf einmal durchfliegen kann, sofern die Tür geöffnet ist. Wenn die Tür geschlossen ist, kommt kein Molekül durch.

Als Nächstes stelle man sich vor, dass ein mikroskopischer Dämon als Wächter bei der Tür steht. Es ist wichtig zu verstehen, dass der Dämon hier nicht böse oder gut ist, der Begriff sollte hier also moralisch nicht bewertet werden. Er ist eine intelligente Existenz. Seine Aufgabe ist es, die linke Seite der Box zu kühlen und die rechte Seite der Box heißer zu machen. Das macht er, indem er ein Molekül, das von der rechten Seite zufällig auf die Tür zufliegt, dann zur linken Seite durchlässt, wenn es langsamer als der Durchschnitt aller Moleküle ist. Analog lässt er ein Molekül, das von der linken Seite zufällig auf die Tür zufliegt, dann zur rechten Seite durch, wenn es schneller als der Durchschnitt aller Moleküle ist. Damit wird mit der Zeit die linke Kammer immer kälter und die rechte Kammer immer heißer.

Der Dämon bringt das Zweite Gesetz der Thermodynamik ins Wanken

Der Dämon braucht hierzu nur die Information über die Geschwindigkeit der einzelnen Teilchen, aber er muss keine Arbeit verrichten, hat also keinen Energiebedarf. Das Öffnen und Schließen der Tür erfordert in einem idealen System keine Arbeit, weil man die Energie beispielsweise mit einem geschickten Pendel- oder Federmechanismus bewahren kann. Sofern es keine Reibung gibt, und Reibung ist in der Physik in einem idealen System keine Notwendigkeit, kann das Öffnen und Schließen der Tür ohne Energiebedarf verrichtet werden.

Somit bleibt die Feststellung: Der Dämon benötigt nur Informationen, um die Entropie zu bekämpfen und das Zweite Gesetz der Thermodynamik ins Wanken zu bringen. Dieses besagt, dass in einem geschlossenen System die Entropie zunimmt oder allenfalls gleich bleibt, aber nie abnimmt. Falls das Universum als Ganzes ein geschlossenes System ist, so nimmt auch in ihm die Entropie mit der Zeit zu.

Nachfolgende Experimente und Forschungen zeigten, dass das Zweite Gesetz der Thermodynamik doch nicht verletzt wird, denn der Dämon erzeugt Informationen, wann immer er ein Teilchen nach seiner Geschwindigkeit bewertet und eine Entscheidung trifft. Das Speichern dieser Informationen ist zwar aus energetischer Sicht kostenlos, aber das spätere Löschen des Speichers, wenn er irgendwann voll ist, erfordert Energie von außen - somit nimmt die Entropie doch wieder zu. Dies zu erklären, wäre an dieser Stelle zu ausufernd, aber der interessierte Leser kann die wissenschaftlichen Erklärungen in diesem Artikel von Eric Lutz und Sergio Ciliberto nachlesen.

Auch wenn das Zweite Gesetz der Thermodynamik durch den Maxwell-Dämon vielleicht doch nicht verletzt wurde, so wird ersichtlich, dass wenigstens temporär, nämlich bis zum Löschen des Speichers, mit Informationen die Entropie verringert werden kann und dass Informationen den Zustand der Welt direkt verändern können.

Welche Rolle spielt diese Erkenntnis für das Leben?

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adjust-IT 30. Jun 2020

Wie geschrieben - Du kannst die Fehler in Dir suchen und wirst sie schnell finden. Auch...

adjust-IT 26. Sep 2019

Warum es weit hergeholt sein soll, dass sich aus Chaos Ordnung bilden soll ist alles...

ph0b0z 23. Sep 2019

Der atheistische Faschismus.. das ich nicht lache. Auch der wird nicht eines Tages...

Framehunter 22. Sep 2019

Herzlich wenig Mutationen. Immer wieder den Urschleim in so eine Disko reinzuschmeißen...

Framehunter 22. Sep 2019

EMU, Es geht nicht um das Bewerten. Unterhaltungswert erzeugt die meißte Energie. Und...


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