量子统计

取自 食品百科全书

量子统计 quantum statistics 　　以量子力学为基础建立起来的统计物理学。量子统计物理学的简称。 　　与经典的统计物理学不同，量子统计认为微观粒子的运动遵循量子力学的规律而不是遵循经典力学即牛顿力学的规律。在量子统计中，微观运动状态用量子态描述，量子态是由各种可能的不连续的能级组成的，因而微观运动状态具有不连续性；而在经典统计中，系统的微观运动状态用广义坐标和广义动量描述，微观运动状态具有连续性，表现为相点在相宇中描绘的轨迹。在量子统计中，认为同类微观粒子具有全同性，不可分辨，两个在不同位置的相同粒子的交换并不出现新的状态；而在经典统计中，同类粒子是可分辨的 ，其间的交换意味着不同的微观运动状态，这是量子统计与经典统计的又一个重要区别（见吉布斯佯谬）。 　　然而，量子统计与经典统计的研究对象和研究方法是相同的，即都是根据对物质微观结构和相互作用的认识，用概率统计的方法，为由大量粒子组成的系统的宏观物理性质及其所遵循的宏观规律提供微观解释，并揭示由大量微观粒子组成的系统所固有的统计规律性。由于量子统计与经典统计的区别在于对微观运动状态的描述，而不在于统计方法，所以经典统计的系综概念仍然适用。 　　全同的微观粒子分成两类：费米子和玻色子。费米子是自旋为半整数(即自旋为／2，＝h／2π，h是普朗克常量)的基本粒子，如轻子和重子，费米子遵从泡利不相容原理 ，每个量子态上至多只能有一个粒子。玻色子是具有整数自旋的微观粒子，如光子、a粒子等 ， 玻色子不遵从泡利不相容原理，每个量子态上占据的粒子数不限。由费米子和玻色子组成的理想系统遵循不同的统计规律 ， 分别称为费米-狄拉克统计和玻色-爱因斯坦统计 。在高温和低密度条件下 ，当量子效应可以忽略时，上述两种量子统计近似地趋于经典的麦克斯韦-玻耳兹曼统计 。 但在有些问题如热辐射中，量子效应不可忽略，经典统计明显地失效。