統計力學

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介紹

統計力學被廣泛認為是現代物理學的支柱之一。該主題在研究具有多個自由度的物理系統時非常有用。這種方法結合了機率論、統計方法和微觀物理定律。統計力學這一術語最早由 J. Willard Gibbs 於 1884 年提出。這種力學在獲得將熱力學量與微觀行為聯絡起來所需的確切方法方面具有很大的優勢。

統計力學：定義

這是理論物理學的一個分支，研究機率論的應用以及系統狀態特別不確定時機械系統的平均行為。該研究領域最常見的應用是大型系統的熱力學特性研究。統計力學本身又細分為兩個子領域：統計熱力學和統計力學。

這種力學特別有助於詳細概述將熱力學量與微觀行為聯絡起來的相關方法。這種力學的統計性質也為在一定可量化的自由度範圍內擴充套件熱力學定律開闢了新的視野。

統計力學：原理

兩種型別的力學支配著物理學的運作，一種是經典力學，另一種是量子力學。根據 Cowan (2021) 的說法，然而，它有一個標準的數學方法來確定其特性。雖然需要注意的是，日常經驗和理論概述的定律之間存在一定程度的脫節，因為沒有必要在微觀層面上研究這些定律來研究每個分子的同時位置和速度，這在人類尺度上尤其難以進行這項研究。

統計力學有助於彌合實踐經驗與知識嚴重不完整定律之間觀察到的脫節。這是透過增加對系統狀態的一些不確定性來實現的。

然而，考慮到所有技術細節，普通力學只考慮單一狀態的行為。另一方面，統計力學引入了統計系綜，這是一個由多個狀態下系統相互依賴的虛擬副本的大集合。

統計熱力學

統計熱力學可用於推導多個物體的經典熱力學，這些物體根據物體中存在的粒子的特性來表示。正如 Feynnman (2018) 指出的那樣，它還有助於建立粒子之間相互作用的關係。簡單來說，統計熱力學提供了處於熱力學平衡狀態的材料的宏觀方面之間的聯絡。它還指出了材料組成粒子的微觀行為和運動。

另一方面，統計力學涉及動力學，並且僅關注統計平衡。

非平衡熱力學

許多物理現象都涉及對處於平衡狀態的準熱力學過程感興趣。一些例子如下所示。根據 Prigogine (2017) 的說法，這是由材料內部運動引起的熱傳遞，而這種運動主要由溫度中的顯著不平衡驅動。

導體中所觀察到的電荷相對運動所傳輸的電流，完全由電壓狀態中的不平衡所調製。材料之間發生的 spontan 自發化學反應受自由能降低的控制。一般來說，可以定義非平衡條件是一個不可逆過程。它與幾個因素相關，例如摩擦、量子退相干和耗散。非平衡熱力學還控制著由多個外力驅動的系統。

結論

統計力學被認為是現代物理學理論研究的主要分支之一。這項研究對於研究具有多個獨立自由度的物理系統至關重要。該研究方法通常基於多種理論，包括機率論、統計方法以及微觀層面的相關物理定律。這種力學中有一種統計方法有助於在有限的自由度範圍內擴充套件熱力學定律。

常見問題

問 1. 什麼是統計力學？

答. 統計力學是與理論物理學分支相關的研究。統計力學主要有利於使用各種力學，這些力學對於提供將熱力學量與非常微小的微觀水平研究聯絡起來的確切方法至關重要。

問 2. 熱力學和統計力學之間有什麼關係？

答. 統計力學與熱力學的方面密切相關，因為它有助於推匯出熱力學的最古老的定律和原理。這是透過對原子和分子的統計方法來實現的。對於某種材料模型，這種機制甚至允許個人評估材料常數。

問 3. 與統計力學相關的假設是什麼？

答. 關於基本假設的統計力學指出，隨著時間的推移，提供的微觀狀態下的孤立系統很可能保持在該微觀狀態，在這種情況下，能量平均分配。

問 4. 誰創造了統計力學這個術語？

答. 統計力學這個術語是由 J. Willard Gibbs 首次提出的；他是一位美國數學物理學家。他早在 1884 年就提出了這個術語。他在他的著作《靜態力學的基本原理》中概述了這些原理。