John Norton é professor de história e filosofia da ciência na Universidade de Pittsburgh. Sua principal linha de pesquisa inclui um estudo minucioso de todos os artigos de Albert Einstein , começando com o trabalho de Einstein sobre a relatividade especial e geral, mas incluindo uma apreciação das enormes contribuições de Einstein para a física quântica. Norton especula que o trabalho fundamental de Einstein na física quântica foi ofuscado e talvez em grande parte esquecido devido às severas críticas de Einstein à "nova" teoria quântica e sua interpretação estatística.

Norton ministra um curso popular sobre "Einstein para Todos", que ele publicou online como um " web*book ^™ ". Suas ilustrações criativas (muitas animadas) explicam conceitos difíceis para iniciantes em física.

Juntamente com seu colega da Universidade de Pittsburgh , John Earman , Norton vem criticando há vários anos a afirmação de que computadores digitais podem armazenar dados em sua memória de forma lógica e fisicamente reversível, o que seria uma aparente violação da segunda lei da termodinâmica. Segundo essa afirmação, somente o apagamento desses dados gera a entropia necessária para obedecer à segunda lei.

A ideia de uma etapa reversível foi introduzida pela primeira vez em um famoso experimento mental de Leo Szilard , que equiparou bits de informação à unidade fundamental de entropia, k log₂, onde k é a constante de Boltzmann . Anos depois, o cientista da IBM, Rolf Landauer, enunciou um princípio segundo o qual os computadores possuem algumas das propriedades de um hipotético Demônio de Maxwell, um ser inteligente que viola a segunda lei da termodinâmica.

Embora os computadores possuam um aspecto inteligente, eles são feitos de estruturas materiais que não podem burlar a segunda lei da termodinâmica nem mesmo em seus passos mais simples, porque são compostos de moléculas com flutuações que aumentam a entropia. Acontece, diz Norton, "que para qualquer processo em que flutuações fossem usadas para tentar violar a segunda lei, haveria um segundo processo, também impulsionado por flutuações, que desfaria a violação."

A termodinâmica da computação depende da premissa de que muitas operações computacionais podem ser realizadas em escalas moleculares por processos termodinamicamente reversíveis, ou que podem ser aproximados arbitrariamente a esse ponto. Tais processos incluem a medição, por um dispositivo, do estado de outro sistema; ou a transferência de dados de um dispositivo para outro. Essa expectativa parece razoável enquanto explorarmos intuições adaptadas a sistemas macroscópicos. Elas falham, contudo, quando aplicadas a sistemas em escala molecular. Pois todos os sistemas em escala molecular estão sujeitos a uma constante enxurrada de flutuações térmicas e, diferentemente dos sistemas macroscópicos, tudo está em constante movimento, vibrando e oscilando. Nenhuma etapa em um processo computacional pode ser concluída a menos que essas flutuações sejam superadas.

Uma análise estatístico-mecânica demonstra que as flutuações irão interromper fatalmente qualquer tentativa de implementar um processo termodinamicamente reversível em escalas moleculares; e que quantidades de entropia termodinâmica superiores às previstas pelo princípio de Landauer devem ser criadas para superar as flutuações.

Ainda podemos manipular moléculas individuais em nanotecnologia; o resultado inviável exige apenas que qualquer manipulação desse tipo utilize mecanismos que criem entropia termodinâmica devido à necessidade de superar flutuações em escala molecular.

Ainda podemos empregar processos termodinamicamente reversíveis como uma idealização útil na termodinâmica macroscópica. As quantidades de entropia que devem ser criadas para suprimir flutuações em escala molecular são bastante insignificantes em termos macroscópicos.

("Tudo Abalado: Flutuações, o Demônio de Maxwell e a Termodinâmica da Computação", preparado para a revista Entropy )