图丨麦克斯韦妖（来源：John D. Norton）
图丨克斯韦：对，就是我的妖精（来源：Wikimedia Commons）
如果真地存在这样一只神物，热力学第二定律也就被打破了：毕竟看上去没有外界的能量输入啊！
100 多年前，麦克斯韦妖只存在于麦克斯韦的大脑中。但随着科技的进步，现代的科学家们有了自己的“麦克斯韦妖”——这就是上文提到的、这次实验中用到的核磁共振波谱法。这种技术可以对微观粒子进行量子层面的精准操作和测量，有了这等神物，发现热力学第二定律“失效”的情况，也可以算是水到渠成。
只不过，不论是麦克斯韦妖，还是核磁共振波谱法，不论是思想实验，还是真正的实验，其实都没有违背热力学第二定律。牢不可破的热力学第二定律依然牢固，而且被科学家们带上了全新的境界——量子力学。
图丨量子力学（来源：Flickr）
前面我们提到的热力学第二定律的关键——熵，是被用来表示一个系统最多可以处于多少种不同的状态的。在我们日常生活中可以见到的宏观世界里，系统的熵等于系统内每个部分的熵的总和。但在量子物理学家眼中，熵和信息可以是一回事。对于一个量子系统来说，熵衡量的其实是这个系统的相关性，也就是相关的粒子之间彼此的信息有多少。相关性越高，彼此之间的信息量越大，系统的熵也就越高。
如果两个粒子完全不相关，那么它们之间的信息量就为零，这两个粒子发生作用，系统里的熵也就只能不变或者增加。因此，在第一个实验中，不相*两个原子核之间，热量从高温流到了低温，熵也增加了，这和宏观世界并无二致。
但在第二个实验中，随着两个原子核的相互作用，它们之间的信息也随之耗散了，伴随着的就是相关性的衰减和熵的减少，从而发生了热力学第二定律中描述过的“不可能发生”的孤立系统里热量从低温自发流向高温。
然而，一百多年前提出热力学第二定律的时候，并没有考虑到相互作用的两个系统之间也会有量子关联这种情况。而这次实验的研究人员认为，他们“让两个系统量子相关”这个操作，其实也可以被看作是一种能量的输入，只不过输入的能量是信息，而且输入的过程发生在相互作用之前，而不是相互作用的过程中。
而这也正是原版的麦克斯韦妖同样没有违反热力学第二定律的解释之一。如果这样一只神奇的妖精真的存在，那么它观察分子速度获取信息、储存这些信息、利用这些信息进行操作的过程，必然也会产生额外的能量消耗， 从而带来熵增。正如人体最耗能的器官是大脑，电脑最需要散热的器件是 CPU，手机一玩游戏就发烫，写入和擦除任何一个比特的信息，都是需要能量的输入才能完成的。而且，这个能量并不少。
图丨你的电脑冬天可以当你的暖手宝吗？温暖你的热量，绝大多数都是信息啊！(来源：Wikimedia Commons)
就这样，研究人员把经典热力学带到了一个全新的境界。在量子力学的境界里，不再需要空调，量子物理学家用量子关联也可以实现热量从低温向高温的搬运。这不仅仅为微观领域的传热、量子热机的制造提供了全新的思路，更完美地揭示出了宏观世界里不经常见到的量子力学、热力学和信息学之间的紧密联系。
正是这些基础领域的不断突破，才让技术应用的持续进步，和人类文明的持久繁荣，成为了可能。
