Introduction to Complexity: Maxwell's DemonYouTube↗  IA↗(long shot)
Science & Technology  5.9K views 3 likes 0 dislikes   13 Sep 2018
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In the 1860's the physicist James Clerk Maxwell came up with the paradox
In den 1860er kam der Physiker James Clerk Maxwell mit einem Paradoxon auf
regarding the second law of thermodynamics.
bezüglich des Zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik.
This paradox came to be called Maxwell's Demon.
Dieses Paradoxon wird Maxwell-Dämon genannt.
The paradox concerns two rooms of gas
Das Paradoxon betrifft zwei Raume mit Gas,
very much like what we saw in the NetLogo model in the previous subunit.
die sehr ähnlich sind denen im NetLogo Modell von der vorherigen Einheit.
As before the rooms are connected by a wall with an opening in it.
Wie zuvor sind die Räume mit einander durch eine Wand verbunden, die eine Öffnung hat.
This time however there is a track door on the opening that can be opened or closed by a demon,
Diesmal jedoch gibt es eine Tür auf der Öffnung, die geöffnet oder geschlossen werden kann durch einen Dämon,
not the scary kind of demon, but simply a very smart, very small being
nicht die gruselige Art von Dämon, sondern einfach ein sehr cleveres, sehr kleinen Wesen,
who can measure the speed of the molecules as they whiz past him.
das die die Geschwindigkeit der vorbei sausenden Moleküle messen kann.
In Maxwell's formulation, this demon opens the door
In Maxwells Formulierung öffnet dieser Dämon die Tür
to let the fast molecules go from the left side to the right side
um die schnellen Moleküle von der linken auf die rechte Seite zu lassen
and closes it when the fast molecule was coming from the right towards the left.
und schließt es wenn die schnellen Moleküle von rechts nach links steuern.
Similarly, he let slow molecules go from right to left but not vice versa.
Ähnlich lässt er langsame Moleküle von rechts nach links gehen aber nicht umgekehrt.
After some time there'll be many more fast molecules on the right side and slow molecules on the left side.
Nach einiger Zeit es auf der rechten Seite mehr schnelle Moleküle und langsame Moleküle auf der linken Seite.
The system will be more ordered because he sorted the slow molecules from the fast molecules.
Das System wird mehr geordnet sein, weil er die langsamen Moleküle von den schnellen Moleküle aussortiert hat.
And this means that overall entropy of the system will be decreased.
Und dies bedeutet dass die gesamte Entropie des Systems gesunken sein wird.
Here's the NetLogo model of Maxwell's Demon also from the NetLogo model library.
Hier ist das NetLogo Modell des Maxwell-Dämons aus der NetLogo Bibliothek.
It's also from the GasLab section, and it's called GasLab Maxwell's Demon.
Es ist auch aus der "Gaslab" Sektion, und es ist genannt "GasLab Maxwell's Demon".
Let's do setup.
Lasst uns "setup" drücken.
Here again are the molecules, these little green dots that fly around,
Hier sind wieder die Moleküle, diese kleinen, grünen Punkte fliegen herum,
colliding with one another, transfering energy to one another according to the laws of physics,
kollidieren miteinander, übertragen sich gegenseitig Energie nach den Gesetzen der Physik,
but this time we're going to have a demon in the middle.
aber dieses mal werden wir den Dämon in der Mitte haben.
We can't actually see him, but we can see the trap door.
Wir können ihn nicht sehen, aber wir können die Falltür sehen.
And the demon's going to measure the speed of the particles
Und der Dämon wird die Geschwindigkeit der Partikel messen
and only let fast ones go to the right and slow ones go to the left.
und nur die die Schnellen nach rechts gehen lassen und die Langsamen nach links gehen lassen.
So let's do go.
Lasst uns beginnen.
As they collide with each other, they uh, some of them gain energy, some of them lose energy,
Bein Zusammenstoßen gewinnen einiger Energie, andere verlieren Energie,
and the red ones are the faster ones, the blue ones are the slower ones,
und die Roten sind die Schnelleren, und die Blauen sind die Langsamen,
and the green ones are in the middle.
und die Grünen sind in der Mitte.
And gradually the demon is letting the faster ones go over this side,
Nach und nach lässt der Dämon die Schnellen auf diese Seite,
and the slower ones go over this side.
und die Langsamen auf diese Seite gehen.
So you can see that the average speed of the right side is going up,
Demnach kann man sehen das die Durchschnittsgeschwindigkeit auf der rechten Seite steigt,
and the average speed of the left side is going down.
und die Durchschnittsgeschwindigkeit auf der linken Seite sinkt.
If I speed this up some, let it run for a little while.
Wenn ich dies schneller laufen lasse, lasst es uns für eine Eile laufen lassen.
We're actually able to see it better.
Wir können es tatsächlich besser sehen.
So now you can see that on average
Nun können Sie sehen, dass im Durchschnitt
the right side is starting to move a lot faster than the left side.
die rechte Seite beginnt sich viel schneller zu bewegen als die Rechte.
So in this case we get the opposite effect of what we saw in the previous NetLogo model.
Also, in diesem Fall erhalten wir den umgekehrten Effekt verglichen zum vorherigen NetLogo Modell.
Here the gas starts out very disordered with high entropy and gradually becomes very ordered.
Hier beginnt das Gas sehr unorganisiert mit hoher Entropie und wird schrittweise sehr ordentlich.
Namely, the fast particles have been sorted away from the slow particles.
Die schnellen Partikel sind nämlich von den langsamen Partikeln sortiert worden.
And the entropy decreases.
Und die Entropie nimmt ab.
Now according to the second law of thermodynamics, some work has to be done to reduce entropy.
Nun nach dem Zweiten Hauptsatz der Thermodynamik muss Arbeit verrichtet werden um Entropie zu sinken.
Where is the work here?
Wo ist die Arbeit hier?
The demon does open and close the door, which takes work,
Der Dämon öffnet und schließt die Tür, was Arbeit beansprucht,
but Maxwell was able to argue that the door could be cleverly set up
doch Maxwell konnte argumentieren, dass die Tür geschickt aufgebaut sein könnte,
so that opening and closing it would require very little work
sodass das Öffnen und Schließen sehr wenig Arbeit benötigen würde
as compared with the amount that entropy goes down as a result.
verglichen mit der Menge an resultierender, gesenkter Entropie.
In fact in the years since Maxwell proposed this paradox,
In der Tat, seit Maxwell dieses Paradoxon vorgeschlagen hat,
some feasible designs for such a door have been proposed.
einige mögliche Entwürfe für so eine Tür wurden vorgeschlagen.
Maxwell's paradox is that no other work has been done.
Maxwells Paradoxon ist, dass keine weitere Arbeit verrichtet wurde.
In his own words, "The hot system, that is the right side, has gotten hotter
In seinen eigenen Worten: "Das heiße System auf der rechten Seite ist heißer geworden,
and the cold, that is the left side, has gotten colder,
und das Kalte, auf der linken Seite, ist kälter geworden,
and yet no work has been done,
und dennoch wurde keine Arbeit verrichtet,
only the intelligence of a very observant and neat-fingered being has been employed."
nur die Intelligenz eines sehr aufmerksamen und geschickten Wesens wurde verwendet."
Maxwell's own view on the second law was that it was not a law at all,
Maxwells Sicht über den Zweiten Hauptsatz war, dass es überhaupt nicht ein Gesetz ist,
but rather what he called "a statistical certainty,"
sondern wie er es nannte: "eine Statistische Wahrscheinlichkeit (Sicherheit)",
one that holds for a large collection of molecules not individual molecules themselves.
etwas dass eine große Sammlung an Molekülen ist, nicht die individuellen Moleküle selber.
That is, it's possible in principle that entropy could decrease on its own,
Das meint, dass es prinzipiell möglich ist, dass Entropie von alleine sinken könnte,
thus violating the second law.
daher das Zweite Gesetzt missachten würde.
But in practice this is never seen because it is statistically so much more likely for entropy to increase.
Aber in der Praxis wird es niemals gesehen, weil es statistisch gesehen so sehr wahrscheinlicher ist, dass Entropie steigt.
We'll see why that is in the next subunit.
Wir werden in der nächsten Untereinheit sehen warum dies so ist.
After the publication of his book "Theory of Heat,"
Nach der Publikation seines Buches "Theory of Heat",
this paradox became very well-known and argued about in the science community.
wurde dieses Paradoxon sehr bekannt und viel diskutiert in der wissenschaftlichen Gemeinschaft.
Some people took it as a refutation of the second law,
Manche Personen sahen es als eine Wiederlegung des Zweiten Hauptsatzes,
but others, the defender of the second law of thermodynamics as a true law of nature.
doch andere verteidigten den Zweiten Hauptsatz der Thermodynamik als ein echtes Naturgesetz.
These skeptics thought that something fishy was going on,
Diese Skeptiker dachten, dass es was faul an der Sache war,
something was being swept under the rug.
etwas unter den Teppich gekehrt wurde.
This state of affair lasted for many years.
Diese Angelegenheit überdauerte viele Jahre.
In 1929 Hungarian physicist Leo Szilard had a suggestion for what was being swept under the rug.
1929 schlug der ungarische Physiker Leo Szilard vor, was unter den Teppich gekehrt wurde.
Namely, it was the demon's intelligence,
Und zwar die Intelligenz des Dämons,
or more precisely the act of obtaining information from measurement.
oder genauer der Akt des Informationserhalt von den Messungen.
Szilard proposed that this act of measurement itself takes energy
Szilard schlug vor, dass der Akt des Messens an sich Energie kostet,
even if the process is hidden inside the brain of the demon,
selbst wenn der Prozess im Gehirn des Dämons versteckt ist,
and the amount of energy it takes exactly compensates for the decrease in entropy in the gas.
und die diese Menge an benötigter Energie gleicht genau die geminderte Entropie im Gas aus.
Szilard's famous paper,
Szliards berühmter Artikel
"On the Decrease of Entropy in a Thermodynamic System by the Intervention of Intelligent Beings,"
"On the Decrease of Entropy in a Thermodynamic System by the Intervention of Intelligent Beings"
was the first time that entropy was linked to information.
war das erste mal, dass Entropie mit Information verbindet wurde.
This is a link that becomes fundamental in many areas, but it took a jump for Szilard to make it.
Diese Verbindung ist fundamental in vielen Gebieten, aber es hat einen Sprung seitens Szilard gebraucht.
Maxwell didn't see the intelligence or the observing power of his demon
Maxwell erkannte die Intelligenz oder die Beobachtungsgabe seines Dämons
as related to the thermodynamics of the system.
nicht im Bezug zu den Thermodynamiken des Systems an.
There was a strong intuition that the physical realm of the gas
Da war eine starke Intuition, dass die physikalische Bereich des Gases
and the mental realm of the demon were wholely separate in terms of the notion of energy.
und der mentale Bereich es Dämons total getrennt sind in Bezug auf Energie.
But Szilard saw that accounting for the measurement process
Szilard aber sah die Buchhaltung für den Prozess der Messung,
in which the demon decides whether a particle is fast or slow
wobei der Dämon entscheidet ob ein Partikel schnell oder langsam ist.
is essential in understanding the thermodynamics of the entire system.
Dies ist essentiell um die Thermodynamik des gesamten Systems zu verstehen. Szilard hat sich auch die Vorstellung von einem Bit (Stück) Information ausgedacht,
Szilard also came up with the notion of a bit of information, where a bit measures the amount of information needed to answer a fast or slow,
wobei ein Bit die Menge an Information misst, die benötigt wird um schnell oder langsam zu beantworten, oder ja oder nein, oder irgendeine Frage die zwei mögliche Antworten hat.
or yes or no, or any question that has two possible answers.
Der Bereich der Computerwissenschaften das den Begriff Bits natürlich übernommen
The field of computer science of course adopted this terminology of bits
um Computer Speicher zu beschreiben, was aus Einsen und Nullen besteht.
for describing computer memory, which consists of ones and zeroes.
Viele Personen haben von dieser originellen Einsicht gestartet, vor allem
Many people took off from Szilard's original insight, in particular,
der Physiker Rolf Landauer und der Mathematiker Charles Emmett,
the physicist Rolf Landauer and the mathematician Charles Emmett,
die zusammen mit anderen Leuten im neuen Feld genannt Informationsphysik Pionierarbeit geleistet haben,
who along with other people pioneered the new field called the physics of information,
und sie haben die radikale Idee vertreten, dass Information an sich eine physikalische Eigenschaft ist.
and came up with the radical idea that information itself is a physical property.
Diese Idee hat schwerwiegende Implikationen für die Limitationen was berechnet werden kann
This idea had profound implications for the limits of what can be computed
im Bezug auf die Limitationen der Thermodynamik.
in terms of the limits of thermodynamics.
Die Informationsphysik ist in vielen verschiedenen Büchern behandelt
The physics of information has taken off in the form of many different books
und wurde angewendet in Quantum Mechanik, Elektronik,
and has been applied to quantum mechanics, electronics,
in denen nanoskalige Maxwell Dämonen gebildet werden können,
in which nanoscale Maxwell's demons can actually be built,
und neuerdings in Biologie, in der die Idee von Maxwells Dämon
and more recently biology, in which the idea of Maxwell's demon
als ein fundamentalen Mechanismus in biologischen Systemen vorgeschlagen wurde.
as a fundamental mechanism in biological systems has been proposed.
Wenn Sie die Implikationen des Maxwells Dämon tiefer ergründen möchten
If you want to go further in understanding the implications of Maxwell'd Demon
in der Informationsphysik, es gibt zwei tolle Bücher
in the physics of information, there are two great books
die bei Harvey Left und Andrew Rex bearbeitet wurden, beide heißen "Maxwell's Demon",
that have been edited by Harvey Left and Andrew Rex, both called Maxwell's Demon,
"Maxwell's Demon 1" und "Maxwell's Demon 2".
Maxwell's Demon 1 and Maxwell's Demon 2.
Diese können etwas technisch werden sind aber toll zu lesen
These can get a little bit technical but are great reading
wenn Sie tiefgründig das Thema hier verstehen möchten
if you want to deeply understand the topics involved here
und die anhaltende Kontroversen über Maxwells Dämon und der
and the continuing controversies about Maxwell's Demon and the second law of thermodynamics. Subtitles by the Amara.org community
Zweite Hauptsatz der Thermodynamik.
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