从平衡统计物理中消除系综：麦克斯韦妖、西拉德引擎与基于纠缠的热力学

平衡态系统不演化——时间无关性是其显著特征。然而，在牛顿物理学中，单个系统的微观态（其相空间中的一个点）依据运动方程持续演化。十九世纪引入系综，以弥合牛顿动力学中相空间点连续运动与热力学静止之间的鸿沟：虽然单个经典系统的状态不可避免地演化，但此类状态在相空间中的分布——即系综——可以是时间无关的。我指出，纠缠（例如与环境的纠缠）可在单个量子系统中产生时间无关的平衡态。这使得人们能够消除系综——一种为调和热力学与牛顿力学而引入的笨拙策略——并使用与其热浴相互作用因而纠缠的单个系统来表示平衡，并阐明信息与测量在物理学中的作用。因此，在我们的量子宇宙中，人们可以在没有系综的情况下实践统计物理——从而在某种意义上，没有统计学。系综的消除使用了近期从纠缠对称性导出玻恩规则的思想，我首先回顾该推导。随后我回顾并讨论依赖系综的困难，并以经典西拉德引擎说明对系综的需求。一个类似的量子引擎——与热浴环境相互作用的单个系统——足以建立热力学。还讨论了麦克斯韦妖（在此量子语境中类似于维格纳之友）的作用。