statistinė fizika

statstinė fzika, statstinė mechãnika, teorinės fizikos šaka, tirianti fizikinių sistemų makroskopines savybes remdamasi sistemų mikroskopine sandara ir sistemą sudarančių dalelių (pvz., atomų, fotonų) sąveikos ir judėjimo dėsniais. Statistinės fizikos tiriamos sistemos, sudarytos iš labai daug dalelių (pvz., 10^–6 m³ tūrio sistemoje gali būti 10²⁰ dalelių), tokių sistemų savybėms nusakyti dažnai pakanka makroskopiškai nustatomų dydžių (pvz., slėgio, dalelių tankio ir kitų), kurių reikšmės nepriklauso nuo kiekvienos dalelės būsenos. Tiriant sistemų makroskopines savybes statistinės fizikos uždavinys – nustatyti sistemos makroskopinių būsenų pasiskirstymo funkciją. Pagal ją galima apskaičiuoti bet kurio mechaninės kilmės dydžio statistinį vidurkį, kuris atitinka makroskopiškai stebimą dydžio reikšmę, kartu ir tą dydį termodinamikoje. Remiantis šiuo atitikmeniu sudaroma būsenos lygtis, randamos nemechaninės kilmės dydžių, pvz., entropijos, statistinės fizikos išraiškos. Pagal sistemos sandaros modelį statistinė fizika skirstoma į klasikinę statistinę fiziką, kuri remiasi sistemą sudarančių dalelių judėjimo klasikinės fizikos dėsniais, ir kvantinę statistiką. Statistinės fizikos dalis, tirianti statistinės pusiausvyros sistemas, vadinama statistine termodinamika. Šiuo atveju pasiskirstymo funkcija nepriklauso nuo laiko, yra sistemos mikroskopinės būsenos energijos (kartais ir kitų tvarių dydžių) funkcija. Jos pavidalas priklauso nuo sistemos sąlygų (mikrokanoninis skirstinys, kanoninis skirstinys ir kiti). Nepusiausvirąsias sistemas tirianti statistinės fizikos dalis vadinama fizikine kinetika. Universalių nepusiausvirojo pasiskirstymo funkcijos išraiškų nėra. Ši funkcija randama sprendžiant tik bendro pobūdžio kinetines lygtis, bet jas ne visuomet pavyksta tiksliai išspręsti. Nustačius nepusiausvirojo pasiskirstymo funkciją galima apskaičiuoti pernašos srautus, pernašos koeficientus, šiluminį ir elektrinį laidį, kiekybiškai pagrįsti nepusiausvirųjų vyksmų termodinamikos dėsnius. Remiantis statistine fizika numatomos makroskopinės fizikinių dydžių fliuktuacijos ir pagal tą pačią mikroskopinių būsenų pasiskirstymo funkciją arba Boltzmanno principą apskaičuojamos jų charakteristikos.

Istorija

Dabartinės statistinės fizikos pradininkas yra J. C. Maxwellas, 1859 atradęs molekulių pasiskirstymo greičiais dėsnį (Maxwello skirstinys). Vėliau šį dėsnį L. E. Boltzmannas apibendrino molekulėms, esančioms išoriniame lauke (Boltzmanno statistika), 1872 sudarė nepusiausvirojo pasiskirstymo funkcijos lygtį ir pagrindė izoliuotosios sistemos entropijos didėjimo dėsnį. Klasikinės statistinės fizikos plėtrą 1902 užbaigė J. W. Gibbsas (Gibbso statistika). 1905–06 M. Smoluchowskis ir A. Einsteinas išplėtojo fliuktuacijų teoriją. Kartu su kvantinės mechanikos plėtra 1924–25 buvo sukurtos tapačiųjų dalelių pasiskirstymą būsenomis apibūdinančios Bose’s ir Einsteino statistika bei Fermi ir Diraco statistika. 20 a. viduryje ir vėliau buvo sparčiai plėtojama fizikinė kinetika, kuriami ir plėtojami statistinės fizikos skaičiavimų artiniai, 6–7 dešimtmetyje sukurtas ir išplėtotas temperatūrinių Greeno funkcijų metodas.

2469