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통계 앙상블

1902
  • J. Willard Gibbs
열역학에서 통계적 앙상블의 계산 시뮬레이션을 묘사하는 실험실 장면.

(설명을 위한 생성된 이미지입니다)

통계적 앙상블은 시스템의 수많은 가상 복제본으로 구성된 개념적 도구이며, 각 가상 복제본은 가능한 미시상태를 나타냅니다. 앙상블 내 모든 시스템의 속성을 평균화함으로써 거시적 관측량을 계산할 수 있습니다. 주요 유형으로는 미시정준 앙상블(고정된 N, V, E를 갖는 고립 시스템), 정준 앙상블(고정된 N, V, T를 갖는 폐쇄 시스템), 그리고 대정준 앙상블(고정된 µ, V, T를 갖는 개방 시스템)이 있습니다.

J. 윌라드 깁스가 정립한 앙상블 개념은 통계 역학에 대한 엄밀한 수학적 틀을 제공합니다. (종종 불가능한) 단일 시스템의 시간 경과에 따른 변화를 추적하는 대신, 우리는 한 순간의 동일한 시스템들의 집합을 고려합니다. 에르고딕 가설로 알려진 이 기본 가정은 단일 시스템에서 어떤 속성의 시간 평균이 앙상블 평균과 동일하다는 것입니다.

각 앙상블은 특정 물리적 상황에 대응합니다. 미시정준 앙상블 이는 전체 입자 수(N), 부피(V), 에너지(E)가 일정한 완전히 고립된 시스템을 나타냅니다. 해당 에너지를 갖는 모든 미시 상태는 동일한 확률을 가진다고 가정합니다. 정전 앙상블 이 설명은 거대한 열욕과 열적으로 접촉하여 에너지 교환이 가능한 시스템을 나타냅니다. 여기서 N과 V는 고정되어 있지만, 에너지 대신 온도(T)가 일정합니다. 미시상태의 발생 확률은 볼츠만 인자로 주어집니다. 그랜드 캐논컬 앙상블 앙상블은 저장소와 에너지 및 입자를 교환할 수 있는 개방 시스템을 나타냅니다. 이는 일정한 화학 퍼텐셜(µ), 부피(V) 및 온도(T)를 특징으로 합니다. 앙상블의 선택은 문제의 물리적 제약 조건에 따라 달라지며, 정준 앙상블이 계산에 가장 일반적으로 사용됩니다.

UNESCO Nomenclature: 2211
열역학

유형

추상 시스템

분열

기초적인

용법

널리 사용됨

전구체

  • 루트비히 볼츠만의 열역학에 대한 통계적 해석
  • The development of Hamiltonian mechanics, which defines the phase space of a system
  • 카르노, 클라우지우스, 켈빈이 발전시킨 고전 열역학
  • 이상 기체에 대한 맥스웰-볼츠만 통계

응용 프로그램

  • condensed matter physics to model solids and liquids
  • 전산화학 시뮬레이션(예: 분자 동역학)
  • 별의 내부와 대기를 모델링하기 위한 천체물리학
  • 단백질 접힘 및 분자 상호작용 연구를 위한 생물물리학
  • 금융시장 모델링을 위한 경제물리학

특허:

NA

잠재적 혁신 아이디어

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관련 용어: 앙상블, 깁스 분포, 미시정준 분포, 정준 분포, 대정준 분포, 위상 공간, 통계 물리학, 열역학.

역사적 맥락

통계 앙상블

1900
1900
1900-12-14
1902
1904
1907
1909
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1902
1902
1907
1909
1910

(날짜를 알 수 없거나 관련이 없는 경우, 예를 들어 "유체역학"의 경우, 주목할 만한 등장 시기를 대략적으로 추정하여 제공합니다.)

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