什么是统计物理statisticalphysics.ppt

* 什么是统计物理？ Statistical Physics 热力学（Thermodynamics） 研究热现象和物质性质的宏观理论 （macroscopic theory） 微观（ microscopic） 热传导现象 Cu 宏观规律： 热量不能自发地从低温流向高温（Second Law ）。 ——妇孺皆知的常识 但是，物理学家要问“前因后果”。 后果 Second Law Carnot定理 熵（Entropy） 原因？ 必须深入到物质的微观结构 Cu 分子、电子间碰撞传递能量——热传导 根据物质的微观结构来研究热现象和物性。 统计物理（Statistical Physics） 微观理论 （microscopic theory） 在经典物理中，单个粒子的运动遵守牛顿力学规律，若已知某个粒子在初始时刻的位置和速度后，求解牛顿方程可预言该粒子在任何时间的位置。 宏观体系是由大量原子和分子组成的。例如，在标准状况下的气体，每立方厘米有 个分子。物体的宏观性质（压强、比热、相变等）是大量分子运动的平均结果。 统计规律性 如果想根据牛顿力学来确定气体的宏观性质，就要求解 个相互碰撞的分子的牛顿方程。显然，这在实际上是不能办到的，而且也没有必要，因为大量粒子组成的体系出现了新的规律性——统计规律性。根据这种新的规律性，就能确定宏观物体的性质。 显示统计规律性的一个例子是气体分子运动的速率分布。 分子运动 按速率来统计分子数目的分布 分子数目按速率的分布 复旦大学物理系钟万蘅教授领导的“复旦大学CAI研发中心”研制成了一套软件，可模拟各种分子运动论的演变过程，包括平衡态和非平衡过程，受到各国同行专家的称赞，达到了国际先进水平。 弹性碰撞公式 5个粒子的速率分布 500个粒子的速率分布 2000个粒子的速率分布 可以想象，当 很大很大时，像在气体中那样， ，速率分布 将趋向此稳定曲线，起伏非常小，称为 Maxwell分布。 速率分布的时间平均值 有了统计分布，就可以通过计算平均值来求得各种宏观物理量，不用知道各个分子的运动细节了。 前面的演示只是从计算机模拟看到的现象，我们自然会提出一个问题：此现象背后的物理原理是什么？如何从基本原理推导出Maxwell 分布？ 这是统计物理的基础，也是本门课程所要讲解的中心内容。 *