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图增—27 麦克斯韦妖还有这样一种故事化的表述：如图，麦克斯韦妖被困在这样一个连体烧瓶里，它没有足够的力气推开瓶塞，那要怎样逃走呢？它注意到B侧的烧瓶里装了一些酒精，所以它准备把守在中央的通道里，把运动更快的空气分子全都送到B侧，而把运动更慢的空气分子全都送到A侧，这样，B侧的温度就会升高，使酒精大量挥发，瓶子里的压力也就不断升高，最后把瓶塞崩飞——那么，它能成功吗？（作者绘）
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如果你还没有反应过来麦克斯韦妖是怎样违反热力学第二定律的，那么请记住，宏观上所谓的“温度”，就是微观上分子动能的平均值，平均动能越大，温度就越高。显然，麦克斯韦妖选择放行洞口附近的分子，就将使A侧气体分子的平均动能越来越小，也就是温度越来越低，B侧则是相反地温度越来越高。而这个小妖精只是把守通道而已，并没有耗费任何能量，也就不会产生别的影响——或者说，麦克斯韦认为这个妖精不会耗散能量。
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但是，等一下，这个麦克斯韦妖的一切行为都服从着最明确的规则，它不就是一台标准的“计算机”吗？甚至，它连功能复杂都算不上，一张最简单的表格就能概括它的计算规则。实际上，麦克斯韦妖就是一个基本逻辑计算的元件，和图增—25里那张台球桌没有任何根本的不同。
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表增—5 麦克斯韦妖的规则表
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如果把A侧定义为“1”，B侧定义为“0”，把快定义为“1”，把慢定义为“0”，把放行定义为“1”，把阻断定义为“0”，那么那些学习过基本逻辑运算的读者会发现它等价于一种名叫“同或”的基本逻辑计算，也就是两个输入相同，则输出“1”，反之输出“0”。当然，你也可以交换每一组定义，它就可能变成异或，就是两个输入不同，则输出“1”，反之输出“0”。
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的确，这个妖精虽然是个妖精，但它的一切行为并没有使用什么魔法。原则上，它能办到的事情，现实世界里一定有什么东西同样可以办到。既然布朗运动构型这样刁钻的理论构想都能在细胞里找到精彩的实例，那未来的人类也应该能造出一台等价于麦克斯韦妖的计算机，叫它“分子速度筛选机”，然后真的把它放在那个瓶子里，过一会儿，瓶子两边就出现了显著的温差，我们再把这温差利用起来，就可以制成不需要外部能源的发动机了。这不就是多少古人梦寐以求的“永动机”吗？
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更进一步，人类都能做到的事情，进化更是技高一筹，细胞如果把等价于麦克斯韦妖的“离子移位酶”镶嵌在膜结构上，就可以把氢离子放行到膜外侧，把氢氧根离子放行到膜内侧，那不就可以直接制造跨膜氢离子梯度，而不依赖任何电子传递链了吗？那不就可以不吃不喝不呼吸，再也没有“汲取负熵”这种麻烦事了吗？
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150年后的我们当然知道永动机只是痴人说梦，否则热力学第二定律早就被推翻了。生命也不可能不吃不喝不呼吸，否则我们也不用研究第一产业了。所以，必然是麦克斯韦妖的身上有什么“致命弱点”，让它无法进入现实世界，让人类无法造出一台等价于它的计算机，也让细胞无法进化出等价于它的酶。
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但是这处“致命弱点”就像史矛革那脱落了鳞片的一小块地方一样，要射中它一点儿都不容易。
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对麦克斯韦妖最广为人知的反驳出现在1929年。当时，匈牙利的犹太物理学家利奥·西拉德正与他的导师爱因斯坦一起研发“爱因斯坦冷却机”，兴趣使然地提出了这样的见解XV：麦克斯韦妖要比较气体分子运动的快慢，就必须测量分子的速度，测量必将消耗能量，而这些消耗掉的能量总得有个去向，一定会带来其他影响。所以那种构想中的“分子速度筛选机”会像其他任何机器一样在工作的时候发热，而不可能没有别的变化。
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图增—28 爱因斯坦与利奥·西拉德在1939年联合写信给罗斯福总统警告纳粹可能在研发核武器，这封信最终促成了“曼哈顿计划”，使原子弹在反法西斯阵营中率先研发成功，扭转了人类历史的走向。（来自NavioZuber）
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接着是在1956年，IBM的美籍法裔物理学家莱昂·布里渊，一个雷达专家，更明确地表述了那番反驳的大意：瓶子既然与外界没有任何物质能量交换，里面就是一团漆黑。小妖精要测量气体分子的速度，就必须设法以某种方式与分子相互作用，比如像雷达用无线电波侦测飞机一样，向那些分子发射光子[10]，但与笨重的飞机不同，气体分子太小了，很容易被光子携带的能量改变状态，结果小妖精一边在辛辛苦苦地筛选分子，另一边却在打乱正在筛选的分子，这就像用脏水洗衣服一样糟糕。
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但是，如果能保证脏水总比衣服更干净，那么反复多洗几次，也还是可以把衣服洗干净的。所以，小妖精究竟会把分子打乱到什么程度呢？如果它制造的混乱可以低于测量的精度，那么小妖精还是可以挑战热力学第二定律的。
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于是，布里渊精确计算了麦克斯韦妖的工作，发现小妖精消耗能量时产生的混乱绝不低于它测量时制造的精度。XVI没错，这正是“测不准原理”的具体展现，在微观尺度上测量单个分子的状态，任何测量者，不论是小妖精还是什么分子筛选机，都不可能同时确知分子的速度和位置。而这种微观上的测不准体现在宏观上，就是麦克斯韦妖的辛苦工作非但不能制造A、B两侧的温差，反而会均匀提高两侧的温度，这正是热力学第二定律最中意的结果。
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图增—29 1927年的索尔维会议与会者合影，莱昂·布里渊是最后一排最右边那个。
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10.可逆的计算
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到此为止，麦克斯韦妖似乎已经束手就擒，但事情并没有这么简单。1961年，IBM的美籍德裔物理学家罗尔夫·兰道尔指出，之前的所有讨论都有这样一处破绽：消耗能量只是把能量花费出去而已，并不意味着那些能量就不能利用了，如果计算之后再把那些消耗掉的能量收回来，那不就避免了耗散吗？
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所以，计算会耗散能量的真正原因并不是消耗能量，而是无法收回消耗掉的能量，是计算元件无法仅凭自己恢复到计算前的状态——计算不可逆！
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于是在那一年，兰道尔初次总结了不可逆运算和能量耗散的关系XVII，这被我们称为“兰道尔原理”：
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任何不可逆的计算都会造成能量耗散，而且这种能量耗散有一个不可避免的最小值。[11]
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——罗尔夫·兰道尔，《不可逆性与计算过程中产生的热》，1961年