통계역학의 기본 원리
Elementary Principles in Statistical Mechanics 제목 페이지 | |
| 작가 | 요시야 윌러드 깁스 |
|---|---|
| 나라 | 미국 |
| 언어 | 영어 |
| 제목 | 통계역학, 수학물리학 |
| 장르. | 과학, 물리학 |
| 출판사 | 찰스 스크리브너의 아들들 |
발행일자 | 1902년 3월 |
| 매체형 | 인쇄(하드백) |
| 페이지 | 207 |
1902년 3월에 출판된 통계역학의 기본원리는 현대 통계역학의 토대라고 여겨지는 조시아 윌러드 깁스의 과학문학 작품이다. 그것의 전체 제목은 열역학이라는 합리적 토대를 특별히 언급하면서 개발된 통계역학에서의 초등원리학이었다.[1]
개요
이 책에서, 깁스는 열역학 법칙이 만약 어떤 것이 그 시스템의 상태에 대한 특정한 자연적인 불확실성을 허용한다면, 일반적인 고전적인 기계 시스템에서 정확히 어떻게 일어날 것인지를 조심스럽게 보여주었다.
통계 역학에 대한 열역학 연결의 주제는 지난 수십 년 동안 클로스우스, 맥스웰, 볼츠만과 함께 이 주제에 대한 수천 페이지를 함께 쓰면서 탐구되었다.[2] 이 책을 쓰는데 있어서 깁스의 목표 중 하나는 이러한 결과를 응집력 있고 단순한 그림으로 증류하는 것이었다. 깁스는 1892년 동료인 레일리 경에게 편지를 썼다.
이제 나는 출판을 위해 준비하기 위한 열역학에의 a-priori 점, 또는 오히려'statistical 역학의[...]에 내가 나는 특별히 물질에서 새로운 가지고 있어야 한다,긴 하지만 이렇게(처럼 저에게 가능한 것처럼 보이)로 그 문제를 더 단순한 보려고 내 관점 선택할 수 있는 만족시키야 하는지 알지 않는 어떤 것 노력하고 있다."[2]
그는 적어도 1884년에 이르면 통계역학이라는 주제에 관한 논문(지금은 그 추상적인 것을 제외하고)을 만들면서 이 주제에 대해 한동안 연구해 왔다.[3]
깁스의 책은 통계역학을 207페이지의 논문으로 단순화했다. 동시에 깁스는 통계역학을 완전히 일반화하여 오늘날 알려진 형태로 확대하였다. 깁스는 어떻게 통계역학이 고전적인 열역학보다 더 많은 수의 자유도(초소형 시스템 포함)와 비압력 시스템으로 열역학을 확장하는 데까지 사용될 수 있는지를 보여주었다.
이 책이 집필될 당시, 자연에 대한 지배적인 이해는 순전히 고전적인 용어로, 양자역학은 아직 구상되지 않았고, 오늘날에도 (원자의 존재와 같은) 당연한 것으로 여겨지는 기본적인 사실조차도 과학자들 사이에서 여전히 논쟁거리가 되고 있었다. 깁스는 연구 중인 물리적 시스템의 성격에 대해 최소한의 가정만 하는 데 신중을 기했고, 그 결과 깁스에 의해 정립된 통계 역학의 원리는 20세기 초 현대 물리학의 주요한 격변에도 불구하고 정확성을 유지하고 있다(일부 세부적인 변화는 있으나 테마는 아니다).[4]
내용
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V. 쿠마란은 통계 역학의 기본 원칙과 관련하여 다음과 같은 논평을 썼다.
… 여기서 그는 현재 표준 개념인 '앙상블'을 도입하였는데, 이 개념은 고려 중인 시스템의 구별할 수 없는 복제품들을 대량으로 모아 서로 상호작용을 하지만 우주의 나머지 부분과는 격리되어 있는 것이다. 예를 들어, 복제품은 구성 분자의 위치와 모멘텀에 의해 결정되는 다른 미세한 상태에 있을 수 있지만 압력, 온도 및/또는 기타 열역학적 변수에 의해 결정되는 거시적 상태는 동일하다.
깁스는 시간이 지남에 따라 평균을 낸 이 체계의 성질은 '에어로딕 가설'이 유효하다면 앙상블의 모든 구성원에 대한 평균과 동일하다고 주장했다. 계통의 모든 미세상태는 동일한 확률로 샘플링된다는 에고다이컬 가설은 측정 가능한 상태에 있는 취침 안경과 같은 계통을 제외하고 대부분의 계통에 적용된다. 따라서 앙상블 평균화 방법은 장기간 관찰하지 않고도 시스템의 열역학적 특성을 쉽게 계산할 수 있는 방법을 제공한다.
Gibbs는 또한 이 도구를 사용하여 다른 방법으로 제약된 시스템들 사이의 관계를 얻는데 사용했는데, 예를 들어, 일정한 부피와 에너지의 시스템 속성과 일정한 온도와 압력을 가진 시스템의 속성을 연관시키기 위해서였다. 오늘날에도 앙상블의 개념은 물질의 열역학적 특성에 대한 컴퓨터 시뮬레이션에서 샘플링에 널리 사용되고 있으며, 이후 양자 이론과 같은 다른 분야에서의 용도를 찾아냈다.[5]
참조
- ^ Hadamard, Jacques (1906). "Review of Elementary Principles in Statistical Mechanics, Developed with especial Reference to the Rational Foundations of Thermodynamics by J. Willard Gibbs" (PDF). Bull. Amer. Math. Soc. 12 (4): 194–210. doi:10.1090/s0002-9904-1906-01319-2. (프랑스어로)
- ^ a b Cercignani, Carlo (1998). Ludwig Boltzmann: The Man Who Trusted Atoms. Oxford University Press. ISBN 9780198501541.
- ^ Gibbs, J.W. (1884). "On the Fundamental Formula of Statistical Mechanics, with Applications to Astronomy and Thermodynamics". Proceedings of the American Association for the Advancement of Science. 33: 57–58.
깁스의 원본은 에 재현되어 있다.
"[Abstract] On the Fundamental Formula of Statistical Mechanics, with Applications to Astronomy and Thermodynamics". The Scientific Papers of J. Willard Gibbs. Vol. II. 1906. p. 16. - ^ Tolman, R.C. (1938). The Principles of Statistical Mechanics. Dover Publications. ISBN 9780486638966.
- ^ Kumaran, V. (July 2007). "Josiah Willard Gibbs". Resonance. 12 (7): 4–11. doi:10.1007/s12045-007-0069-3. S2CID 121497834.
외부 링크
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