Элементарные принципы статистической механики
 Титульный лист | |
| Автор | Джозайя Уиллард Гиббс |
|---|---|
| Язык | Английский |
| Предмет | Статистическая механика , Математическая физика |
| Жанр | наука, физика |
| Издатель | Сыновья Чарльза Скрибнера |
Дата публикации | Март 1902 г. |
| Место публикации | Соединенные Штаты |
| Тип носителя | Печать (в твердом переплете) |
| Страницы | 207 |
«Элементарные принципы статистической механики» , опубликованные в марте 1902 года, представляют собой произведение научной литературы Джозайи Уилларда Гиббса , которое считается основой современной статистической механики . Ее полное название было «Элементарные принципы статистической механики», разработанное с особым упором на рациональные основы термодинамики . [1]
Обзор
[ редактировать ]В этой книге Гиббс тщательно показал, как законы термодинамики возникли бы именно из общей классической механической системы, если бы допустить определенную естественную неопределенность относительно состояния этой системы.
Темы термодинамических связей со статистической механикой исследовались в предыдущие десятилетия Клаузиусом , Максвеллом и Больцманом , вместе написавшими тысячи страниц по этой теме. [2] Одной из целей Гиббса при написании книги было объединить эти результаты в связную и простую картину. Гиббс написал в 1892 году своему коллеге лорду Рэлею.
Сейчас я пытаюсь подготовить к публикации что-нибудь по термодинамике с априорной точки зрения, или, вернее, по «статистической механике» [...] Я не знаю, будет ли у меня что-то особенно новое по существу, но будет будь доволен, если я смогу выбрать свою точку зрения (насколько мне это кажется возможным) так, чтобы получить более простой взгляд на предмет». [2]
Он работал над этой темой в течение некоторого времени, по крайней мере, еще в 1884 году, когда он опубликовал статью (ныне утерянную, за исключением аннотации) на тему статистической механики. [3]
Книга Гиббса упростила статистическую механику до трактата на 207 страницах. В то же время Гиббс полностью обобщил и расширил статистическую механику до той формы, в которой она известна сегодня. Гиббс показал, как статистическую механику можно использовать даже для расширения термодинамики за пределы классической термодинамики, на системы с любым числом степеней свободы (включая микроскопические системы) и неэкстенсивные системы .
На момент написания книги преобладающее понимание природы было чисто классическим: квантовая механика еще не была задумана, и даже основные факты, считающиеся сегодня само собой разумеющимися (такие как существование атомов), все еще оспаривались учеными. Гиббс был осторожен в предположениях о природе изучаемых физических систем, и в результате принципы статистической механики, заложенные Гиббсом, сохранили свою точность (с некоторыми изменениями в деталях, но не в теме), несмотря на основные Перевороты в современной физике в начале 20 века. [4]
Содержание
[ редактировать ]В. Кумаран написал следующий комментарий относительно элементарных принципов статистической механики :
... При этом он ввел ставшее стандартным понятие «ансамбля», представляющего собой совокупность большого количества неотличимых друг от друга копий рассматриваемой системы, взаимодействующих друг с другом, но изолированных от остальной части Вселенной. . Реплики могут находиться в разных микроскопических состояниях, определяемых, например, положениями и импульсами составляющих молекул, но макроскопическое состояние, определяемое давлением, температурой и/или другими термодинамическими переменными, является идентичным.
Гиббс утверждал, что свойства системы, усредненные по времени, идентичны средним по всем членам ансамбля, если справедлива «эргодическая гипотеза». Эргодическая гипотеза, утверждающая, что все микросостояния системы выбираются с равной вероятностью, применима к большинству систем, за исключением таких систем, как закаленные стекла, которые находятся в метастабильных состояниях. Таким образом, метод усреднения по ансамблю дает нам простой способ расчета термодинамических свойств системы без необходимости наблюдать ее в течение длительного времени.
Гиббс также использовал этот инструмент для получения взаимосвязей между системами, ограниченными разными способами, например, чтобы связать свойства системы при постоянном объеме и энергии со свойствами системы при постоянной температуре и давлении. Даже сегодня концепция ансамбля широко используется для выборки при компьютерном моделировании термодинамических свойств материалов и впоследствии нашла применение в других областях, таких как квантовая теория. [5]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Адамар, Жак (1906). «Обзор с особым упором на рациональные основы термодинамики элементарных принципов статистической механики, разработанный Дж. Уиллардом Гиббсом » (PDF) . Бык. амер. Математика. Соц . 12 (4): 194–210. дои : 10.1090/s0002-9904-1906-01319-2 . (на французском языке)
- ^ Перейти обратно: а б Черчиньяни, Карло (1998). Людвиг Больцман: Человек, который доверял атомам . Издательство Оксфордского университета. ISBN 9780198501541 .
- ^ Гиббс, JW (1884). «О фундаментальной формуле статистической механики с приложениями к астрономии и термодинамике». Труды Американской ассоциации содействия развитию науки . 33 : 57–58.
Оригинальная статья Гиббса воспроизведена в
«[Реферат] Об основной формуле статистической механики с приложениями к астрономии и термодинамике» . Научные труды Дж. Уилларда Гиббса . Том. II. 1906. с. 16. - ^ Толман, Р.К. (1938). Принципы статистической механики . Дуврские публикации . ISBN 9780486638966 .
- ^ Кумаран, В. (июль 2007 г.). «Джосия Уиллард Гиббс» . Резонанс . 12 (7): 4–11. дои : 10.1007/s12045-007-0069-3 . S2CID 121497834 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]