Maxwell's demon   /   El demonio de Maxwell

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Fernando Galindo Soria

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Red de Desarrollo Informático   REDI

 

Aspects of Information

Entropy and Information  /  Knowledge  /  Linguistic Aspects  /  Fractals and Chaos /..

Aspectos de la Información

Entropía e Información  / Conocimiento  / Aspectos Lingüísticos  / Fractales y Caos,

Datos;   Estructuras;   Patrones;   Normas;   Dinero;   Código Genético, Sistema Nervioso, Neurotransmisores;   Cuerdas, Ondas, Señales, Ruido, Sonido,  Música;   Partículas;   Mezclas, Soluciones, Compuestos;  Campo, Espacio;   Entidades, Atributos, Relaciones;   Unidades de Materia, Energía e Información (UMEI);   Pensamiento;   Noticias, Memes;   Códices, Libros;   Qbit, Entrelazamiento;   Conjunto, Grupo, Anillo;   Sistemas Conexionistas, Redes Neurales;   Sistemas Formales;   Sistemas Evolutivos, Afectivos, Concientes;   Espacio de Caos, Espacio Probabilístico, Espacio Métrico;   Estructuras Arborescentes, Dendritas;   Continuo, Discreto (Numerable, No Numerable) ;   Multiarboles;   Matrices;   recursividad;…

 

Creación de la página www    Ciudad de México, 4 Abril del 2014

Últimas actualizaciones 4 Abril del 2014

 

 

Maxwell's demon

Wikipedia, 20140402

"....a container of gas molecules at equilibrium is divided into two parts by an insulated wall, with a door that can be opened and closed by what came to be called "Maxwell's demon". The demon opens the door to allow only the faster than average molecules to flow through to a favored side of the chamber, and only the slower than average molecules to the other side, causing the favored side to gradually heat up while the other side cools down, thus decreasing entropy.

The thought experiment first appeared in a letter Maxwell wrote to Peter Guthrie Tait on 11 December 1867. It appeared again in a letter to John William Strutt in 1871, before it was presented to the public in Maxwell's 1872 book on thermodynamics titled Theory of Heat.[2]

In his letters and books, Maxwell described the agent opening the door between the chambers as a "finite being". William Thomson (Lord Kelvin) was the first to use the word "demon" for Maxwell's concept, in the journal Nature in 1874, and implied that he intended the mediating, rather than malevolent, connotation of the word.

The second law of thermodynamics ensures (through statistical probability) that two bodies of different temperature, when brought into contact with each other and isolated from the rest of the Universe, will evolve to a thermodynamic equilibrium in which both bodies have approximately the same temperature. The second law is also expressed as the assertion that in an isolated system, entropy never decreases.

Maxwell conceived a thought experiment as a way of furthering the understanding of the second law. His description of the experiment is as follows:[6]

... if we conceive of a being whose faculties are so sharpened that he can follow every molecule in its course, such a being, whose attributes are as essentially finite as our own, would be able to do what is impossible to us. For we have seen that molecules in a vessel full of air at uniform temperature are moving with velocities by no means uniform, though the mean velocity of any great number of them, arbitrarily selected, is almost exactly uniform. Now let us suppose that such a vessel is divided into two portions, A and B, by a division in which there is a small hole, and that a being, who can see the individual molecules, opens and closes this hole, so as to allow only the swifter molecules to pass from A to B, and only the slower molecules to pass from B to A. He will thus, without expenditure of work, raise the temperature of B and lower that of A, in contradiction to the second law of thermodynamics.

.....

Several physicists have presented calculations that show that the second law of thermodynamics will not actually be violated, if a more complete analysis is made of the whole system including the demon. The essence of the physical argument is to show, by calculation, that any demon must "generate" more entropy segregating the molecules than it could ever eliminate by the method described. That is, it would take more thermodynamic work to gauge the speed of the molecules and allow them to selectively pass through the opening between A and B than the amount of exergy gained by the difference of temperature caused by this.

One of the most famous responses to this question was suggested in 1929 by Leó Szilárd, and later by Léon Brillouin. Szilárd pointed out that a real-life Maxwell's demon would need to have some means of measuring molecular speed, and that the act of acquiring information would require an expenditure of energy. Since the demon and the gas are interacting, we must consider the total entropy of the gas and the demon combined. The expenditure of energy by the demon will cause an increase in the entropy of the demon, which will be larger than the lowering of the entropy of the gas.

http://en.wikipedia.org/wiki/Maxwell's_demon

 

Exergy

Wikipedia, 20140402

"In thermodynamics, the exergy of a system is the maximum useful work possible during a process that brings the system into equilibrium with a heat reservoir.[1] When the surroundings are the reservoir, exergy is the potential of a system to cause a change as it achieves equilibrium with its environment. Exergy is the energy that is available to be used. After the system and surroundings reach equilibrium, the exergy is zero. Determining exergy was also the first goal of thermodynamics. The term "exergy" was coined in 1956 by Zoran Rant (1904–1972) by using the Greek ex and ergon meaning "from work"[1][3], but the concept was developed by J. Willard Gibbs in 1873."

http://en.wikipedia.org/wiki/Exergy

 

 

Traduccion apoyada en Google de "Maxwell's demon" (http://en.wikipedia.org/wiki/Maxwell's_demon), Wikipedia, 20140402

"El demonio de Maxwell

....un contenedor de moléculas de gas en equilibrio está dividido en dos partes por una pared aislada, con una puerta que puede ser abierta y cerrada por lo que llegó a ser llamado "el demonio de Maxwell". El demonio abre la puerta para permitir que sólo las moléculas más rápidas que el promedio fluyan a un lado de la cámara, y que sólo las moléculas más lentas que el promedio fluyan hacia el otro lado, haciendo que un lado se caliente gradualmente mientras que el otro lado se enfría , disminuyendo de este modo la entropía .

El experimento mental apareció por primera vez en una carta que escribió Maxwell a Peter Guthrie Tait el 11 de diciembre de 1867. Apareció de nuevo en una carta a John William Strutt en 1871, antes de que fuera presentado al público en 1872 en el libro de Maxwell sobre la termodinámica titulada Teoría del calor .

En sus cartas y libros, Maxwell describió el agente de apertura de la puerta entre las cámaras como un "ser finito". William Thomson (Lord Kelvin) fue el primero en utilizar la palabra "demonio" para el concepto de Maxwell, en la revista Naturaleza en 1874, y dio a entender que la connotación de la palabra. tenía la intención de la mediación, en lugar de malévola.

La segunda ley de la termodinámica asegura (a través de la probabilidad estadística) que dos cuerpos de diferente temperatura , cuando se ponen en contacto entre sí y aislados del resto del Universo, evolucionarán a un equilibrio termodinámico en el que ambos cuerpos tienen aproximadamente la misma temperatura. La segunda ley también se expresa como la afirmación de que en un sistema aislado , la entropía nunca disminuye.

Maxwell concibió un experimento mental como una forma de avanzar en la comprensión de la segunda ley. Su descripción del experimento es la siguiente: [ 6 ]

... Si concebimos un ser cuyas facultades son tan afiladas que puede seguir el curso de cada molécula, tal ser, cuyos atributos son esencialmente finitos como los nuestros, sería capaz de hacer lo que es imposible para nosotros. Porque hemos visto que las moléculas en un recipiente lleno de aire a temperatura uniforme se mueven con velocidades de ninguna manera uniforme, aunque la velocidad media de cualquier gran número de ellos, seleccionados arbitrariamente, es casi exactamente uniforme. Supongamos ahora que un recipiente de este tipo se divide en dos partes, A y B, por una división en la que hay un pequeño agujero, y que un ser, que puede ver las moléculas individuales, abre y cierra este orificio, de modo que sólo permiten que las moléculas más rápidas pasen de A a B, y sólo las moléculas más lentas pasen de B a A. Así hará, sin el gasto de trabajo, elevar la temperatura de B y bajar la de A, en contradicción con la segunda ley de la termodinámica.

.....

Varios físicos han presentado cálculos que muestran que el segundo principio de la termodinámica en realidad no se viola, si un análisis más completo se hace de todo el sistema, incluyendo el demonio. La esencia del argumento físico es mostrar, mediante cálculo, de que cualquier demonio debe "generar" más entropía segregación de las moléculas de lo que nunca podría eliminar por el método descrito. Es decir, se necesitaría más trabajo termodinámico para medir la velocidad de las moléculas y permitirles pasar selectivamente a través de la abertura entre A y B que la cantidad de exergía adquirida por la diferencia de temperatura causada por esto.

Una de las respuestas más famosos a esta pregunta fue sugerida en 1929 por Leo Szilard , y más tarde por Léon Brillouin . Szilárd señaló que un demonio de la vida real de Maxwell tendría que tener algún medio para medir la velocidad molecular, y que el hecho de adquirir la información requeriría un gasto de energía. Dado que el demonio y el gas están interactuando, debemos tener en cuenta la entropía total del gas y el demonio combinado. El gasto de energía por el demonio causará un aumento en la entropía del demonio, que será más grande que la disminución de la entropía del gas..."

 

Exergía

Wikipedia, 20140402

"La exergía es una propiedad termodinámica que permite determinar el potencial de trabajo útil de una determinada cantidad de energía que se puede alcanzar por la interacción espontánea entre un sistema y su entorno. Informa de la utilidad potencial del sistema como fuente de trabajo. Es una propiedad termodinámica, por lo que es una magnitud cuya variación solo depende de los estados inicial y final del proceso y no de los detalles del mismo.

Definida de otra forma la exergía es la porción de la energía que puede ser transformada en trabajo mecánico, la parte restante, sin utilidad practica, recibe el nombre de anergía o entropía"

http://es.wikipedia.org/wiki/Exerg%C3%ADa

 

 

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Information Processing and Thermodynamic Entropy

Owen Maroney, Stanford Encyclopedia of Philosophy, First published Tue Sep 15, 2009

"Are principles of information processing necessary to demonstrate the consistency of statistical mechanics? Does the physical implementation of a computational operation have a fundamental thermodynamic cost, purely by virtue of its logical properties? These two questions lie at the centre of a large body of literature concerned with the Szilard engine (a variant of the Maxwell's demon thought experiment), Landauer's principle (supposed to embody the fundamental principle of the thermodynamics of computation) and possible connections between the two. A variety of attempts to answer these questions have illustrated many open questions in the foundations of statistical mechanics."

http://plato.stanford.edu/entries/information-entropy/

 

 

Satanic science

by Marianne Freiberger

 

Seth Lloyd is professor of quantum mechanical engineering at MIT and external professor at the Santa Fe Institute. He is the author of over 150 scientific papers and of a popular book Programming the Universe (see link below). Marianne Freiberger, Editor of Plus, interviewed him in January 2014.

 

This article is part of our Information about information project, run in collaboration with FQXi. The project gives you the chance to tell us what you'd like to know about information. This article addresses the question 'can information be turned into energy?'.

 

" Entropy is information

It turns out that the definition of entropy in terms of disorder is equivalent to Clausius' original definition in terms of temperature and energy. And the disorder definition also provides a direct link to information. If a system is in a highly disordered state, then you need a lot of information to describe it: there are many configurations in which its constituent components might be arranged. If there is more order in the system, for example if all the molecules that make up a gas are moving in the same direction with the same speed, then you need much less information to describe it. The more disorder there is, the higher the entropy and the more information you need to describe the system.

"When the 20th century rolled around it became clear that entropy was proportional to the amount of information required to describe those molecules; their positions and velocities," explains Lloyd. "Entropy is proportional to the number of bits required to describe the motion of the atoms and molecules. Or, to put it differently, to the amount of information they themselves effectively contain." "

http://plus.maths.org/content/satanic-science

 

Programming The Universe: A Quantum Computer Scientist Takes on the Cosmos [Paperback]

http://www.amazon.com/Programming-Universe-Quantum-Computer-Scientist/dp/1400033861/ref=as_li_qf_sp_asin_til?tag=plusmaga-20&linkCode=w00&creativeASIN=1400033861

 

 

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Physics, Information, and Computation

Jonathan Bain

Dept. of Technology, Culture and Society, Polytechnic School of Engineering, New York University

o         01.  Heat Engines & the 2nd Law

o         02.  Thermodynamic Entropy and Maxwell's Demon

o         03.  Boltzmann Entropy, Gibbs Entropy, Shannon Information

o         04.  Information and Maxwell's Demon

http://ls.poly.edu/~jbain/physinfocomp/index.html

 

 

Information, Physics, and Computation

Marc Mézard and Andrea Montanari

Oxford University press, 2009

"This is an introduction to a rich and rapidly evolving research field at the interface between statistical physics, theretical computer science, discrete mathematics, and coding information theory. It should be accessible to graduate students an researchers without specific training in any of these three fields."

http://www.stanford.edu/~montanar/RESEARCH/book.html

 

Amazon

Information, Physics, and Computation (Oxford Graduate Texts) [Tapa dura]

http://www.amazon.es/Information-Physics-Computation-Oxford-Graduate/dp/019857083X

 

PDF Draft 22 July 2008

http://www.ens-lyon.fr/PHYSIQUE/Peyresq08/documents/Mezard_Peyresq.pdf

 

 

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