統計力學statistical mechanics)係現代物理學其中一條支柱,建基於概率論同微觀嘅物理法則,嘗試思考物體嘅整體特性(例如係溫度)點樣源自組成嚿物體嘅粒子嘅微觀行為。

統計力學源自古典熱力學嘅發展。呢個學科建立咗統計熱力學同埋統計物理學。

統計力學學科嘅創建通常歸功於三位物理學家:

經典熱力學主要關注熱力學平衡,而統計力學已經被應用喺非平衡統計力學方面,研究由於不平衡引起嘅不可逆過程嘅微觀模型。呢啲不平衡過程嘅例子包括化學反應,同埋粒子同熱量嘅流動。由非平衡統計力學學到嘅基本知識,包括擾動-耗散定理,喺研究喺一個大量粒子系統入面,有一定穩態電流流過嘅最簡單嘅非平衡情況時得出嚟嘅。

基本假設同系綜

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好多教科書會採用等機會先驗概率假設。依個等機會先驗概率假設啟發咗微正則系綜嘅概念。[1]呢個假設講緊:

如果我哋知道一個孤立系統嘅總能量同埋成份,咁有依啲總能量同埋成份嘅微觀態會有一樣嘅機率俾人發現。

喺一個有限同封閉嘅空間入面,有三個平衡系綜喺統計熱力學入面會有多啲人討論。喺宏觀極限下(即係當有無限咁多粒子),呢三種系綜都會對應到經典熱力學

微正則系綜:一個有確切嘅能量同確切嘅粒子數嘅系統。微正則集合含有所有可能嘅狀態,而每個狀態都以相等嘅機會出現,且符合能量同埋組成嘅條件。

正則系綜:一個有確切溫度嘅系統。正則系綜入面,唔同狀態取決於佢哋嘅能量會有不同出現嘅機率。

巨正則系綜:一個有確切溫度化學勢嘅系統。巨正則系綜入面,唔同狀態取決於佢哋嘅能量同埋粒子數會有不同嘅機率。

對於有大量粒子嘅系統(熱力學極限),上面三個集合都會趨近於類似嘅行為。呢個時候,用邊個系綜就只不過係數學方便上嘅問題。[2]

參考

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  1. Tolman, Richard C. (1979). The principles of statistical mechanics. New York: Dover Publications. ISBN 0-486-63896-0. OCLC 6249924.
  2. Reif, Frederick (1965). Fundamentals of statistical and thermal physics. New York: McGraw-Hill. ISBN 0-07-051800-9. OCLC 534906.