Статистикалық физиканың негіздері

№1 Лекция

«Статистикалық физиканың негіздері»

Пәні мен әдісі

        Статикалық физиканың пәні макроскопиялық денелердің, яғни көптеген жеке бөлшектер – атомдар мен молекулалардан тұратын денелердің  қасиеттері мен тәртібіне бағынатын ерекше типті заңдылықтарды үйретеді.

Бұл заңдылықтардың жалпы сипаты денелердің жеке бөлшектерінің қозғалысының қандай механикамен – классикалық немесе кванттық түрде сипатталуына көп жағдайда тәуелді емес.

        Термодинамикамен салыстырғанда статикалық физика материяның қозғалысының жылулық формасының атомдық немесе моделдік теориясы болып табылады. Теорияның негізіне анықталған заттың динамикалық  моделі алынады және динамикалық жүйенің макроскопиялық күйлердің    қандай да бір ықтималдылығының біршама статистикалық болжамдары жасалады. Содан кейін динамикалық микрожүйенің статистикалық теориясы жасалып, құралады, яғни оның объектісі ретінде динамикалық айнымалылар және микроскопиялық күйлердің өзі болмай, оның ықтималдылығы мен статистикалық орташа алынады.

        Статистикалық физиканың құрылуы бөлшектердің көп санынан тұратын макрожүйелерге пайдаланатын динамикалық әдістердің алдында туындаған қиындықтарға негізделген. Негізінде классикалық механика теңдеуі әртүрлі механикалық жүйелердің қозғалысын көптеген жағдайда зерттеуге мүмкіндік береді. Жүйенің қозғалысының теңдеуінің санын еркін дәрежесінің санына тең деп және интегралдап (принципті түрде қай кезде мүмкін болады) жүйенің қозғалысы туралы мәліметті ала аламыз.

Егер классикалық механика заңдарына бағынатын, бірақ та еркінді дәрежесі анағұрлым көп санға ие болатын болса, онда механика әдістерінің практикалық әдістерін пайдалануда практика жүзінде жүзеге аспайтын көп санды дифференциалды теңдеуді шешуге тура келеді. Математикалық техниканың қиындықтарының көп болуынан оларды тек практикалық қана деп қоймай принципті деп есептеуга болады.  Мысалы, екі денеден тұратын жүйені дәл сипаттау үшін Ньютонның, үш денеге -  Фадеевтың теңдеуін қолдануға болса, ал төрт дене үшін теңдеуді жазуды үйренгеніміз жоқ! Ал n денелерден тұратын жүйе жағдайында не істейміз? Бұл жұмыстың бір жағы ғана.

Егер де n денелер үшін сәйкес теңдеулерді жаза алып, оларды жалпы мүмкін болмайтын болса да интегралдасақ, жалпы шешуге дене құрамына кіретін барлық бөлшектердің жылдамдықтар мен координаталары үшін алғашқы жағдайын қоя отырып мүлдем мүмкін емес. Сол себептен механикалық жүйелердің еркіндік дәрежесінің санын арттыра отырса, оның қасиеттерінің қиындықтары мен шырғалаңдары өседі және динамикалық әдістерді пайдаланғанда қандай да бір заңдылықтың ізін табудың өзі қиындайды.

Басқа жағынан қарағанда

        Статистикалық физика тепе – теңдік күйлер теориясы мен тепе  - теңсіздік үрдістер  теориясы болып екіге бөлінеді. Бірінші жағдайда теория уақытқа тәуелсіз орташа және ықтималдылықты талқыласа, ал екінші жағджайда уақытқа тәуелді орташа және ықтималдылықты талқылайды.

        Сонымен қатар статистикалық физиканың тағы басқа  - заттыңтаңдалған моделінің сипатына қарай  классикалық және кванттық бөліктері бар.

Сонымен статистикалық физиканың төрт тарауы бар.

Осы әрбір бір басты тараудың  көптеген бөлімдері бар. Мысалы, егер біз өте жоғары температуралары бар С плазмалы жұлдызды қарастырсақ, онда заттың моделі релятивистікке ауыстырып және көрсетілген тараулар релятивистік және релятивистік емес болып бөлінеді.