熱力学や統計物理学における思考実験、またはその思考実験で想定される仮想的存在。本項目に記述。
『Fate/GrandOrder』に登場するサーヴァント。イラストは池澤真が担当。主に『マックスウェルの悪魔』表記。1.に由来し、「無限のエネルギー」を求める欲望から生まれた存在とされる。⇒キャスター(帝都聖杯奇譚)
ゲーム『ファンタシースターオンライン2』に登場するオークゥ・ミラーがやはり(?)「ラプラスの悪魔」と共に召喚・使役する具現武装。

概要

「マクスウェルの悪魔」とは、スコットランドの物理学者ジェームズ・クラーク・マクスウェルが提唱した熱力学や統計物理学における思考実験、またはその思考実験で想定される仮想的存在である。
「シュレディンガーの猫」「ラプラスの悪魔」と並び、なんだか厨ニマインドをくすぐる名前を持ったやつとしても知られる。

思考実験「マクスウェルの悪魔」

エントロピー増大則と熱的死

熱力学における系の乱雑さ、分子の持つエネルギーの「まばらさ」を示した統計量をエントロピーと呼び、閉鎖的な系(≒隔離限定された空間)においてエネルギーの移動が起きると、系全体のエントロピーは常に増大し続ける。これは熱力学第二法則、エントロピー増大則として知られる。

宇宙全体は一つの系と考えられ、その全体のエントロピーは常に増大し続けるため、この宇宙もいつかはエントロピーが極大まで増加した状態である、全体が均質なエネルギー状態で満たされた"熱的死"を迎えると考えられる。
この熱的死に言及や描写した作品には、『魔法少女まどか☆マギカ』『機動戦士ガンダムUC』などがある。

仮想的存在の「悪魔」とは

「悪魔」は、このエントロピー増大則を破りうる仮想的な存在である。

低いエネルギーを持ったオナラと、高いエネルギーを持ったうんこがぐちゃぐちゃに混じり合って詰め込まれた一つの小部屋を想定する。
そこに隣接するもう一つの空の小部屋を用意し、間に開閉可能な肛門と、この門を開け締めする「悪魔」を配置する。
悪魔「何者だ！」オナラ「オナラです」悪魔「よし通れ！(開門)」……悪魔「何者だ！」うんこ「うんこです」悪魔「駄目だ、帰れ(閉門)」…悪魔は門を出ようとするものを観察し、こう動作する。
最終的に2つの小部屋へうんことオナラが分別されることで、系全体のエントロピーが減少する。

つまり「マクスウェルの悪魔」とは、出来のいい肛門みたいなやつである。たぶん。

「悪魔」がいたらどうなるの？

永久機関が実現しうる。上記の『マックスウェルの悪魔』キャスター(帝都聖杯奇譚)はここに着想したものと思われる。

熱エネルギーを別のエネルギーとして取り出すには、温度差、すなわち熱エネルギーの勾配が必要となる。しかし、ノーコストで動作する「マクスウェルの悪魔」が存在した場合…

均一な温度の気体を「悪魔」を用いて高温と低音に分離する。
この温度差からエネルギーを取り出し、結果また均一な気体に戻る。
最初に戻る。

こうして第二種永久機関が爆誕することになる。
全力でこの「悪魔」を稼働させ続ければ、人類は宇宙の終焉である熱的死すらも回避できるかも知れない。

悪魔退治

1867年頃に提起されたこの問題は、100年以上経過した1980年代にようやく解決されることとなった。これはかつて数学上の未解決問題として知られた「ポアンカレ予想」よりも、地味に長期間掛かったことになる。

解決には分子1個の二値的な状態を考える「シラードのエンジン」と呼ばれる思考実験で説明される。従来「悪魔」が分子を観測するときにエネルギーを必要とすると考えられていたが、実際には観察にエネルギーは必要なく、観察によって得た分子の情報をメモリから消去する≒悪魔が分子選別を行う前の状態に戻る際にエネルギーが必要とするとされる。

この解決により、図らずとも熱力学のエントロピーと情報処理におけるエントロピー(情報エントロピー)がゆるりと繋がることになり、またシラードのエンジンの二値状態は「シュレディンガーの猫」の観測問題とも繋がることになる。すなわち悪魔を観測する存在もまた悪魔となり、情報の消去にエネルギーが必要となって、系全体でのエントロピーの増大を招くことになる。

しかし、条件次第では相対性理論や量子力学によってニュートン力学が否定され、かつ三者が共存しているように、熱力学第二法則も条件次第では否定され、「悪魔」が再誕する可能性もある……かも知れない。

デーモンプログラム

英語では"Maxwell's demon"と表記されるが、この「マクスウェルの悪魔」は、コンピューターのメールデーモンなど、バックグランドで動作するプログラム(プロセス)の名前「デーモン」の由来でもある。

ただしスペルは"Demon"ではなく、同語源の古英語または別綴りに由来する"Deamon"と表記する。その理由ははっきりしないが、こちらはカタカナで「ダイモーン」「ディーモン」とも表記され、「守護神」と翻訳されることがある。参考(Wikipedia)