En la década de 1860, el físico James Clark Maxwell propuso una paradoja acerca de la segunda ley de la termodinámica. Esta paradoja se conoce como el demonio de Maxwell. La paradoja comprende dos cuartos con gas, de manera similar a como vimos en el modelo en netlogo en la subunitad pasada. Similarmente, los cuartos estan conectados por una pared con un orificio en un extremo. Esta vez, sin embargo, hay una puerta en el orificio que puede ser abierta y cerrada por un demonio. No un demonio que asusta, sino un demonio muy inteligente y pequeño que es capaz de medir la velocidad de las moleculas que pasan. En la formulación de Maxwell, el demonio abre la puerta para dejar pasar a las moléculas rápidas del lado izquierdo hacia el lado derecho y cierra la puerta cuando una molécula rápida viene de la derecha hacia la izquierda. De manera similar, deja pasar moléculas lentas del lado derecho hacia izquierda pero no viceversa. Después de un tiempo habrá más moléculas rápidas en el lado derecho y más moléculas lentas en el lado izquierdo. El sistema será más ordenado porque él seleccionó las moléculas lentas de las moléculas rápidas, esto produce que la entropía del sistema disminuya. Aquí está un modelo en netlogo del demonio de Maxwell, también de la librería de netlogo y en la sección del laboratorio de gas; se llama laboratorio de gases demonio de Maxwell. Vamos a dar click en setup. Aquí también tenemos moléculas: los puntos verdes, que se mueven, chocando entre ellas y transfierendo energía, de acuerdo a las leyes de la física. Pero ahora, tendremos un demonio enmedio. No podemos verlo, solamente vemos la puerta. El demonio va a medir la velocidad de las partículas y solo permitirá que las moléculas rápidas vayan hacia la derecha y que las partículas lentas vayan hacia la izquierda. Vamos a dar click en el boton "go". Cuando las moléculas chocan entre ellas, algunas ganan energía y otras pierden energía. Las rojas son las moléculas rápidas, las azules son las moléculas lentas y las verdes son intermedias; gradualmente, el demonio deja que las moléculas rápidas vayan hacia este lado y las moléculas lentas vayan hacia este otro; puedes ver que la velocidad promedio del lado derecho incrementa y que la velocidad promedio del lado izquierdo disminuye. Si adelantamos esto, y lo dejamos correr por un tiempo, lo puedes ver mejor. Ahora puedes ver que en promedio el lado derecho se mueve más rápido que el lado izquierdo. En este caso, tenemos el efecto opuesto del que vimos en el modelo anterior. Aquí , el gas empieza desordenado con alta entropía, y gradualmente se vuelve más ordernado. Esto es, las moléculas rápidas se han seleccionado de las moléculas lentas, y la entropía disminuye. De acuerdo con la segunda ley de la termodinámica, se necesita trabajo para reducir la entropía. ¿De dónde viene el trabajo aquí? El demonio abre y cierra la puerta, lo que implica trabajo. Pero Maxwell demostró que la puerta podia establecerse de manera que necesitara muy poco trabajo comparado con la disminución de entropía que se obtiene como resultado. De hecho, desde que Maxwell propuso esta paradoja, algunos diseños para esta puerta se han propuesto. La paradoja de Maxwell es que no se ha hecho trabajo. En sus propias palabras, el lado derecho ha incrementado su temperatura y el lado izquierdo se ha vuelto más frio, aunque no se ha llevado a cabo trabajo, solo se ha empleado la inteligencia de una pequeña creatura. La opinión de Maxwell de la segunda ley de la termodinámica era que ésta no es del todo una ley, sino algo que el llamo incertudumbre estadística, que se aplica a una larga colección de moléculas y no individual moléculas. Esto es, en principio es posible que la entropía puede disminuir por si sola, violando la segunda ley. En práctica, esto nunca ocurre porque es estadísticamente mucho más probable que la entropía incremente, vamos a ver porque es esto en la siguente subunidad. Después de la publicación de su libro "teoría del calor", esta paradoja se volvió muy conocida y discutida en la comunidad científica, algunas personas la tomaron como la refutación de la segunda ley, pero otras, los defensores de la segunda ley de la termodinámica como verdadera ley en la naturaleza, permanecieron escépticos, pensaron que había algo sospechoso o que no se había tomando en cuenta en el argumento. Estas discusiones duraron por muchos años. En 1929, el físico húngaro Leo Szilard, sugirió lo que no se había tomado en cuenta; esto es, la intelegencia del demonio o, con más precisión, el acto de obtener información de las mediciones. Szilard propuso que el acto de medir, por sí mismo, necesita energía; incluso si el proceso esta escondido en el cerebro del demonio, y la cantidad de energía que conlleva compesa exactamente por la disminución de entropía en el gas. En su trabajo titulado "Sobre la disminución de entropía en un sistema termodinámico por la intervención de creaturas inteligentes" fue la primera vez que la entropía se relacionó con información. Esta relación ha sido fundamental en muchas áreas, y fue un gran paso para Szilard. Maxwell no vio la intelegencia o la habilidad de observar de sus demonios como relacionado con la termodinámica del sistema. Había una fuerte intuición que la física del gas y la mente del demonio estaban completamente separados en términos de la noción de energía, pero Szilard pensó que tomando en cuenta el proceso de medición en el que el demonio decide si una partícula es rápida o lenta, es esencial para entender la termodinámica de todo el sistema. Szilard también propuso la noción de un bit de información, dónde un bit mide la cantidad de información que se necesita para resolver si la partícula es rápida o lenta o sí o no; o cualquier pregunta que tenga dos posible respuestas. El campo de la las ciencias de la computación adoptó esta terminología de bits para describir la memoria de las computadoras, que consite en 1 y 0. Muchas personas retomaron las ideas de Szilard, en particular, el físico Rolf Landaur y el matemático Charles Bennet, quienes junto con otras personas, fueron pioneros de un nuevo campo, llamado física de la información y propusieron la radical idea de que la información es una propiedad física. Esta idea tuvo implicaciones profundas para establecer los límites de lo que podia ser computado en términos de los límites de la termodinámica La física de la información ha sido discutida en muchos libros y ha sido aplicada mecánica cuántica, electrónica, donde pequeños demonios se han podido construir, y más recientemente, en biología, en donde se ha propuesto la idea del demonio de Maxwell como mecanismo fundamental en sistemas biológicos. Si quieres continuar con más detalle entendiendo las implicaciones del demonio de Maxwell y la física de la información, hay dos libros muy buenos que han sido editados por Harvey Lefj y Andrew Frex, que se llaman "El demonio de Maxwell 1" y "El demonio de Maxwell 2", pueden llegar a ser un poco técnicos, pero son libros muy buenos si quieres entender profundamente los temas discutidos aqui y la controversia entre el demonio de Maxwell y la segunda ley de termodinámica que aún continua.