统计物理只有一个基本假设:即平衡态孤立系统中的所有可能微观状态出现的概率相等,也就是所谓的等概率原理.孤立系统有时也称为微正则系统,它只能用微正则系综描述. 如果系统和外界有能量交换,可认为系统和一个热库接触,系统本身用正则系综描述,而系统和热库加起来就是一个孤立系统,用微正则系综描述.如果系统和外界同时粒子和能量交换,要用到巨正则系综描述等等.这些系综描述在热力学极限下都是等价的.由此可见,统计物理是基于微正则系综的.微正则系统中的等概率原理是统计物理的基本理论. 问题是,微正则系综的定义有两种.定义一:微正则系综定义在一个能量面上, H=E .采取这个观点的人很多,例如 Landau , Greiner 等.定义二:微正则系综定义在一个能量面上的薄壳层 D E ( ¹ 0) 内, E- D E /2 H E+ D E /2 .前一个定义比较符合物理学对孤立系统的逻辑判断,即:孤立系统是体积 V 、粒子数 N 和能量 E 分别为常数的系统.后一个定义也可以接收,但不易处理干净,见仁见智的看法很多.举例如下: 1, Pauli 的观点: D E 是数学上的方便 ,因此 是数学上的无限小,即 D E =dE . 2, Reichl 的观点: D E 是数学上的方便 .同时也由于量子力学测不准原理 D E D t h 的关系. 3, 黄克逊的观点: D E 表示能量测量的宽容度 (tolerance) . 4, Pathria 的观点: D E E/ N .这是由于实际系统中的能量总是有涨落的. 5, Toda, Kubo 和 Saito (TKS) 的观点: D E 可以取从 h/ D t 到 E/N 之间的任何值. 等等. 如果一位天资平平的物理系的学生同时看到几个基本理论中如此不同的见解,又没有老师的适当引导,一定会伤胃口. 一个基本理论同时存在这么多的歧见是不正常的.究其原因有二: 1 一些作者头脑中经典统计物理的痕迹还在.在经典统计中,不但计算微观状态数很困难,相空间定义本身也有含糊之处.如果不计微观粒子的不可分辨性,连理想气体的熵也和实际不符.正确描述多粒子体系必须考虑到粒子的量子本性,全同粒子的不可分辨性和最小相空间体积元必须包含在微正则系综中. 2 ,一些作者不把基本理论和经验事实加以区别.将 D E ¹ 0 的原因诠释为:“具有确定能量的严格的孤立系统在物理上是不合乎实际的.”这个论断相当于说:“真实中的光速不变没有直接测量的基础.”因此是难以接受的. 也就是说,黄克逊和 Pathria 等人的观点存疑. 我接受这样的观点,即“高于经验知识的假设和逻辑判断是科学理论的基础”.孤立系统是体积 V 、粒子数 N 和能量 E 分别为常数的系统,微正则系综定义在一个能量面上.不过由于有计算上的困难,我们在技术上必须借助于能壳技术 D E ( ¹ 0 ) . 也就是利用能壳技术只是为了 数学上的方便 . 何谓计算困难 ? 以理想气体为例,如果直接计算能量曲面上的理想气体的微观状态数,立即会发现就相当于去解数论中的一个经典难题.任何试图去解决这个问题的人就是想挑战 Fermat, Euler,Lagrange,Legendre,Gauss 和 Jacobi 等世纪天才的数学才能.好在问题的近似解不难给出.这个解就是去计算一个能量薄层中的微观状态数,而能量薄层的厚度有一个自然的选择,就是不能小于体系的最小能量量子.对这个问题,有点心得供扬弃之--《 论能量曲面上理想气体的微观状态数.pdf 》 . 如果接受 “ 高于经验知识的假设和逻辑判断是科学理论的基础 ” 这个命题,而科学是认识世界的最有效的手段,那么物理学就是认识世界的不二法门,捷径中的捷径.