En 1867, James Clerk Maxwell a proposé une image qui intrigue encore les physiciens. Deux compartiments remplis de gaz sont séparés par une porte. Les molécules s'agitent de façon chaotique : rapides et lentes. Un minuscule portier n'ouvre la porte que devant les molécules rapides, les laissant passer d'un côté, et les lentes de l'autre. Le compartiment chaud devient encore plus chaud, le froid encore plus froid. Un travail sans dépense d'énergie : le mouvement perpétuel. Ainsi, Maxwell a montré que le deuxième principe de la thermodynamique n'est pas une loi absolue, mais une nécessité statistique.
Le démon semblait avoir trouvé une faille. Mais chaque étape de son travail exigeait un paiement. En 1929, Leó Szilárd a simplifié le problème à une seule molécule et a compris : la simple mesure de la position de la particule produit déjà de l'entropie (une mesure du désordre) — au moins autant que ce qui disparaît lors du tri. Plus tard, Léon Brillouin a montré que pour « voir » la molécule, le démon a besoin de lumière, et le photon pousse la particule, brouillant l'image. Le coup décisif a été porté par Charles Bennett dans les années 1980 : même si la mesure est parfaite, le démon doit effacer les anciennes notes de sa mémoire, et l'effacement d'un bit libère irréversiblement de la chaleur.
La nature quantique impose une barrière encore plus stricte. Le principe d'incertitude de Werner Heisenberg interdit de connaître simultanément et avec précision la position et la vitesse d'une particule. Le démon ne peut pas mesurer une molécule sans l'affecter : chaque acte d'observation modifie inévitablement son mouvement. C'est comme essayer d'attraper un papillon avec une pince à épiler : le simple contact change sa trajectoire. Ainsi, le monde quantique protège le deuxième principe mieux que n'importe quelle serrure.
Le terme « démon » n'a pas été inventé par Maxwell, mais par William Thomson (lord Kelvin), et c'est lui qui a utilisé le premier le mot « démon » dans un contexte scientifique — avant cela, Maxwell l'appelait simplement « un être ».
Dans le roman de Stanislas Lem « Paix sur Terre », le démon de Maxwell devient une arme, et dans « Voyage quatorzième », Ijon Tichy rencontre une civilisation qui tentait de domestiquer les démons pour construire un mouvement perpétuel.