Статистическая механика

Статистическая механика, которую иногда называют статистической термодинамикой, использует статистические методы для определения свойств и поведения макроскопических физических систем, находящихся в термодинамическом равновесии, на основе их микроскопической структуры. Статистические методы были введены в этом контексте Максвеллом в серии из трех статей (1860—1879) и Больцманом в серии из четырёх статей (1870—1884), которые заложили основы кинетической теории газов. Классическая статистическая механика была основана Гиббсом (1902); а позднее описание микроскопических состояний на основе классической механики было исправлено и дополнено в соответствии с квантовой механикой. Термодинамика, кинетическая теория и статистическая механика — это дисциплины, связанные объектом исследования, но отличающиеся используемыми методами; часто они представлены вместе под общим названием статистической физики. Последовательное построение неравновесной статистической механики было выполнено Н. Н. Боголюбовым в 1946 году. При описании систем в рамках статистической механики используется понятие среднего по ансамблю. Основными уравнениями статистической механики являются уравнения Лиувилля и цепочка уравнений Боголюбова.последовательное построение неравновесной статистической механики было выполнено Н. Н. Боголюбовым в 1946 году. При описании систем в рамках статистической механики используется понятие среднего по ансамблю. Основными уравнениями статистической механики являются уравнения Лиувилля и цепочка уравнений Боголюбова.

Принципы термодинамики, являющиеся результатом обобщения и абстрагирования некоторых эмпирических данных, выражают приблизительные свойства и вероятностное поведение макроскопических систем, состоящих из очень большого числа микроскопических компонентов: молекул и атомов. Законы классической механики позволяют в принципе в любое время полностью определить состояние системы, состоящей из нескольких компонентов, если известны взаимодействия (силы), а также состояние системы (координаты и импульсы компонентов) в предыдущий момент. Однако на практике начальные условия неизвестны, и на сложность вычислений влияют интегрирование уравнений движения для очень большого числа компонентов. Как правило, число молекул в макроскопической массе газа при стандартных условиях имеет порядок величины равный числу Авогадро, то есть порядка 1023, что делает невозможным определение его механического (микроскопического) состояния. С другой стороны, опыт показывает, что термодинамические (макроскопические) свойства одной и той же массы газа полностью определяются только двумя параметрами (например, достаточно знать свободную энергию как функцию объема и температуры) и один из них (в данном случае температура) не имеет механического характера. Связь между этими двумя параметрами, казалось бы, противоречивыми точками зрения достигается статистическими методами.

Источник: Википедия