Tilastollinen fysiikka on teoreettisen fysiikan osa, joka on omistettu useiden vapausasteiden järjestelmien tutkimiseen . Tutkittavat järjestelmät voivat olla sekä klassisia että kvanttijärjestelmiä .
Tilastollinen fysiikka jaetaan tehokkaasti tilastomekaniikkaan ja tilastolliseen kenttäteoriaan . Tilastollinen mekaniikka puolestaan jaetaan yleensä tasapainoon ja epätasapainoon.
Tilastollisen fysiikan ja termodynamiikan ennusteet ovat todennäköisyyspohjaisia . Tämä paljastaa juuri makroskooppisiin kappaleisiin sisältyvien tilastollisten säännönmukaisuuksien spesifisyyden. Ennusteiden todennäköisyyspohjaisuus mahdollistaa klassisen tarkastelun lähentämisen kvanttia, jossa todennäköisyys on asioiden luonteessa. Tämä luonne johtuu siitä, että tulokset saadaan vähemmällä datalla kuin on tarpeen täydelliseen mekaaniseen kuvaukseen. Jos makroskooppista kappaletta tarkkaillaan riittävän pitkään, tätä kappaletta kuvaavat suuret osoittautuvat käytännössä vakioiksi. Näin ollen laskemalla määrien keskiarvot voimme tehdä ennusteita. Tilastollinen fysiikka kuvaa, kuinka järjestelmän hiukkasten liikkeistä muodostuu keskimääräinen kuva järjestelmän kehityksestä kokonaisuutena.
Monet klassisen ja kvanttitilaston johtopäätökset ja lausunnot on helppo kääntää yksinkertaisilla vastaavuussäännöillä klassisesta kielestä kvanttikieleen ja päinvastoin. Tässä mielessä ne ovat samat molemmille tilastoille [1] .
Tilastollinen fysiikka antaa johdannaisen monien todellisten järjestelmien termodynamiikasta : ideaalikaasut , todelliset kaasut , kvanttikaasut , yksinkertaiset kondensoidut väliaineet (esimerkiksi ideaaliset kiteet , spinketjut ). Erityisesti se antaa eksplisiittisiä suhteita termodynamiikassa käytetylle entropialle , termodynaamiselle työlle, sisäiselle energialle ja selittää ei-pienenevän entropian lain .
Tilastofysiikassa käytettävät matemaattiset menetelmät ovat hyvin erilaisia. Näitä ovat kvanttimekaniikan ja kvanttikenttäteorian menetelmät , epälineaaristen yhtälöiden teoria, stokastisten differentiaaliyhtälöiden teoria sekä erilaiset matemaattisen fysiikan menetelmät . Tilastofysiikassa tärkeä rooli on numeerisilla menetelmillä, jotka vaativat erittäin tehokkaita tietokoneita . Näitä ovat Monte Carlo -menetelmä ja molekyylidynamiikkamenetelmä , joiden avulla voit simuloida todellisia prosesseja ja ilmiöitä ja saada tietoa, joka ei ole muiden menetelmien käytettävissä.
James Clark Maxwell , Albert Einstein , Enrico Fermi , Richard Feynman , L. D. Landau , V. A. Fock , Werner Heisenberg , N. N. Bogolyubov ja muut antoivat eri aikoina merkittävän panoksen tilastollisen fysiikan kehitykseen . Tilastollinen fysiikka otettiin käyttöön tunnetussa ydinkeskuksessa Los Alamosissa , Princetonissa , Pentagonin avulla perustettiin erittäin suuri turbulenssitutkimuksen osasto, tunnettu eurooppalainen keskus - hollantilainen atomiinstituutti. ja molekyylifysiikka, on viime aikoina ollut lähes kokonaan tilastollisen fysiikan alana. Tällä alalla työtä tehdään myös Sacklyssa (Pariisi), Max Planck Institutessa ja muissa tieteellisissä keskuksissa.
Tällainen intensiivinen tutkimus ei voinut olla tuottamatta merkityksellisiä tuloksia. Tilastollinen fysiikka mahdollisti suprajohtavuuden , superfluiditeetin , turbulenssin , kiinteiden aineiden ja plasman kollektiivisten ilmiöiden sekä nesteiden rakenteellisten ominaisuuksien selittämisen ja kvantitatiivisen kuvaamisen . Se on modernin astrofysiikan ytimessä . Juuri tilastollinen fysiikka mahdollisti sellaisen intensiivisesti kehittyneen tieteen kuin nestekiteiden fysiikan luomisen ja teorian rakentamisen faasisiirtymistä ja kriittisistä ilmiöistä . Monet kokeelliset menetelmät aineen tutkimiseksi perustuvat kokonaan järjestelmän tilastolliseen kuvaukseen. Näitä ovat ennen kaikkea kylmien neutronien sironta , röntgensäteet , näkyvä valo , korrelaatiospektroskopia jne.
Monet erinomaiset fyysikot on palkittu Nobel-palkinnolla työstään tilastollisen fysiikan alalla. Erityisesti 2000-luvulla jaettiin 2 palkintoa tilastollisen fysiikan alan tutkimuksesta: vuonna 2001 myönnettiin "saavutuksista Bose-Einsteinin kondensaatioprosessien tutkimuksessa harvinaisissa kaasuissa ja alustavasta perustutkimuksesta kondensaattien ominaisuuksista ". Eric Cornellille , Wolfgang Ketterlelle , Carl Wimanille ja myös vuonna 2003 "Toisen tyypin suprajohtavuuden teorian ja nestemäisen helium-3 :n superfluiditeorian luomisesta " myönnettiin Anthony Leggett ja venäläiset fyysikot Aleksei Aleksejevitš Abrikosov ja Vitali Lazarevitš Ginzburg .
| Tilastollisen fysiikan osat | |
|---|---|
| Kondensoituneen aineen fysiikka |
|