现代版麦克斯韦“思想实验” _思想

在其1867年的经典的“思想实验”中，麦克斯韦设想了一个守卫着将两个充满气体的腔室分隔开的活门的小魔鬼。通过只允许快速运动的分子从左向右通过、只允许慢速运动的分子从右向左通过的方式，这个小魔鬼诱导了右腔室自然加热、左腔室自然冷却的现象。这种偏离平衡的现象是违反热力学第二定律的。来自爱丁堡大学（距麦克斯韦的出生地不远）化学学院的一个研究小组现在研制出一种分子“机器”，它能模仿麦克斯韦的小魔鬼是如何破坏平衡的。小魔鬼的这种分子化身是一种特殊设计的Rotaxane，即缠绕在一个中心轴上的一个分子环，中心轴上有这个分子环可以附着的结合点。以前的Rotaxane机器是通过扰乱它们的环结合模式来激发的，它们的环结合模式被扰乱后，会导致环在结合点之间来回运动，从而使体系回到平衡态。在这种新的Rotaxane机器中，关于环运动的信息被用来使该体系远离平衡态。但这里热力学第二定律并没有被违反，因为需要能量（能量是以光的形式提供的）来收集和传输分子信息。