В этом вопросе интересно до конца разобраться. Давайте несколько модифицируем максвелловскую модель. Пусть это будет не ящик, а цилиндр с поршнем. В исходном состоянии поршень выдвинут насколько это возможно, а в пространстве перед поршнем имеется одна-единственная молекула. Молекула эта непрерывно движется, ударяясь о стенки цилиндра и о днище поршня. Каждый раз при ударе о днище поршня молекула передает ему определенное количество движения. Суммарное воздействие всех ударов проявляется как давление на поршень, во всяком случае, так написано в подавляющем большинстве учебников физики.
Мысленно разделим объем цилиндра перед поршнем на две половины. Теперь о молекуле можно знать лишь одно из двух: в данный момент она находится в половине, примыкающей к поршню, или нет. Если молекула находится в дальней половине, то можно вдвинуть поршень в цилиндр, не испытав никакого противодействия со стороны молекулы, которая согласно нашему знанию находится в этот момент далеко. После того как поршень вдвинут, объем перед поршнем уменьшится вдвое, значит, вдвое участятся удары молекулы о днище поршня, вдвое увеличится давление. Под действием этого давления поршень снова вернется в исходное положение, совершив при этом некоторую работу.
Задача демона в этом примере существенно упрощается, хотя бы потому, что вполне достаточно знать местоположение молекулы, да и то с очень малой точностью, один-единственный раз. Остается добавить, что, не зная ничего о положении молекулы, в среднем в половине случаев, вдвигая поршень, вы будете наталкиваться на молекулу и совершать работу, а в остальных случаях работу будет совершать молекула. Суммарная работа в среднем окажется равной нулю. Дает ли описанная модель что-нибудь новое? Беда в том, что классические представления еще сильны у большинства из тех, кто пытается говорить о современной физике. Не избежал этого и Н. Винер, возложивший всю ответственность за неосуществимость модели Максвелла на одних лишь демонов. Как же все это выглядит на самом деле?
Начнем с того, что молекула в той же степени волна, в какой и частица. Согласно теории Шредингера в замкнутом объеме с заключенной в нем молекулой существуют пространственные волны, занимающие весь объем этого ящика. Более того, волны разлагаются на ряд гармонических составляющих, каждая из которых соответствует одному из стационарных состояний молекулы. Длина волны, или частота, каждой гармонической составляющей прямо зависит от размеров объема, занимаемого молекулой, — с уменьшением объема частота увеличивается. Здесь полная аналогия со струной, имеющей основной тон и обертоны: чем короче струна, тем выше основной тон и соответствующие обертоны.
