O demônio de Maxwell
Um demônio abre a portinhola para as partículas rápidas e separa o gás em quente e frio. Depois, a conta de apagar a memória — e a máquina de uma molécula só.
Como funciona
O demônio. Uma caixa com gás, dividida ao meio por uma parede com uma portinhola. As partículas não interagem entre si; batem nas paredes e seguem. Quando uma chega à porta, o demônio olha a rapidez dela: se for rápida e vier da esquerda, ou lenta e vier da direita, ele abre. Senão, ela ricocheteia. “Rápida” é qualquer coisa acima da mediana do começo — por isso as partículas estão pintadas de laranja ou azul desde o início.
Ninguém empurra nada, e a energia total não muda. Mesmo assim, a esquerda esfria, a direita esquenta, e a entropia do gás — calculada como a de um gás ideal 2D, de cada lado — diminui. Desligue o demônio e a porta vira um buraco comum: nada se separa.
A conta que salva a segunda lei está na fita embaixo. Cada decisão é registrada. Para operar em ciclo, o demônio tem de apagar esse registro, e o princípio de Landauer diz que apagar um bit dissipa pelo menos de calor, ou seja, gera pelo menos de entropia no ambiente. O leitor “apagar custa” mostra esse mínimo para o registro comprimido no limite de Shannon. O teste da simulação confere que ele sempre supera a entropia que o demônio tirou do gás — e aqui sobra muito, porque este demônio anota bem mais do que o necessário. Um demônio ideal empataria.
A máquina de uma molécula. Leo Szilard reduziu o demônio ao osso, em 1929: uma molécula só numa caixa. Ponha uma divisória no meio; meça de que lado a molécula está (um bit); transforme a divisória num pistão e deixe a molécula empurrá-lo para o lado vazio, erguendo um peso. A expansão isotérmica dobra o volume e rende
de trabalho, pago pelo calor do reservatório. Parece energia de graça a partir de informação. Mas para repetir o ciclo a memória precisa voltar ao estado padrão, e apagar aquele bit custa pelo menos o mesmo . O saldo do ciclo é, no melhor caso, zero. A 300 K, J.
