Statistická fyzika je část teoretické fyziky věnovaná studiu systémů s velkým počtem stupňů volnosti . Studované systémy mohou být klasické i kvantové .
Statistická fyzika je efektivně rozdělena na statistickou mechaniku a statistickou teorii pole . Statistická mechanika se zase obvykle dělí na rovnovážnou a nerovnovážnou.
Předpovědi statistické fyziky a termodynamiky jsou pravděpodobnostní . To odhaluje specifičnost statistických zákonitostí, které jsou právě makroskopickým tělesům vlastní. Pravděpodobnostní povaha předpovědí umožňuje přiblížit klasickou úvahu té kvantové, v níž pravděpodobnost spočívá v povaze věcí. Tento charakter je dán tím, že výsledky jsou získány na základě menšího množství dat, než je nutné pro úplný mechanický popis. Pokud je makroskopické těleso pozorováno dostatečně dlouhou dobu, pak se veličiny charakterizující toto těleso ukáží jako prakticky konstantní. Výpočtem průměrných hodnot veličin tedy můžeme předpovídat. Statistická fyzika popisuje, jak se z pohybů částic systému tvoří průměrný obraz vývoje systému jako celku.
Mnoho závěrů a tvrzení klasické a kvantové statistiky lze snadno přeložit jednoduchými korespondenčními pravidly z klasického jazyka do kvantového a naopak. V tomto smyslu jsou pro obě statistiky stejné [1] .
Statistická fyzika poskytuje odvození termodynamiky mnoha reálných systémů: ideální plyny , reálné plyny , kvantové plyny , jednoduchá kondenzovaná média (například ideální krystaly , spinové řetězce ). Zejména dává explicitní vztahy pro entropii používanou v termodynamice , termodynamické práci, vnitřní energii a vysvětluje zákon neklesající entropie .
Matematické metody, které se používají ve statistické fyzice, jsou velmi rozmanité. Jsou to metody kvantové mechaniky a kvantové teorie pole , teorie nelineárních rovnic, teorie stochastických diferenciálních rovnic a také různé metody matematické fyziky . Důležitou roli ve statistické fyzice hrají numerické metody, které vyžadují velmi výkonné počítače . Patří mezi ně metoda Monte Carlo a metoda molekulární dynamiky , které umožňují simulovat reálné procesy a jevy a získávat informace, které jiné metody nemají.
Významné příspěvky k rozvoji statistické fyziky v různých dobách přinesli James Clark Maxwell , Albert Einstein , Enrico Fermi , Richard Feynman , L. D. Landau , V. A. Fock , Werner Heisenberg , N. N. Bogolyubov a další. Statistická fyzika byla zahájena ve známém jaderném centru v Los Alamos , v Princetonu , s pomocí Pentagonu bylo organizováno velmi velké oddělení pro studium turbulence , známé evropské centrum - Nizozemský atomový institut. a Molecular Physics, byl nedávno téměř zcela zaměstnán statistickou fyzikou. Práce v této oblasti probíhají také v Sackly (Paříž), v Institutu Maxe Plancka a dalších vědeckých centrech.
Takový intenzivní výzkum nemohl nepřinést relevantní výsledky. Statistická fyzika umožnila vysvětlit a kvantitativně popsat supravodivost , supratekutost , turbulenci , kolektivní jevy v pevných látkách a plazmatu a strukturní vlastnosti kapalin . Leží v srdci moderní astrofyziky . Byla to statistická fyzika, která umožnila vytvořit tak intenzivně rozvinutou vědu, jakou je fyzika tekutých krystalů , a zkonstruovat teorii fázových přechodů a kritických jevů . Mnoho experimentálních metod pro studium hmoty je zcela založeno na statistickém popisu systému. Patří mezi ně především rozptyl studených neutronů , rentgenové záření , viditelné světlo , korelační spektroskopie atd.
Mnoho vynikajících fyziků bylo oceněno Nobelovou cenou za svou práci v oblasti statistické fyziky. Konkrétně v roce 2000 byly uděleny 2 ceny za výzkum v oblasti statistické fyziky: v roce 2001 byly uděleny „Za úspěchy ve studiu Bose-Einsteinových kondenzačních procesů ve zředěných plynech a za počáteční základní výzkum vlastností kondenzátů “ Eric Cornell , Wolfgang Ketterle , Carl Wiman a také v roce 2003 „Za vytvoření teorie supravodivosti druhého druhu a teorie supratekutosti kapalného helia-3 “ byli oceněni Anthony Leggett a ruští fyzici Alexej Alekseevič Abrikosov a Vitalij Lazarevič Ginzburg .
| Úseky statistické fyziky | |
|---|---|
| Fyzika kondenzovaných látek |
|