مکانیک آماری ناهمتعادل
مکانیک آماری ناهمتعادل چگونگی نزدیک شدن سیستمها به تعادل و پاسخ آنها به تحریک را توصیف میکند و به توضیح پدیدههایی مانند انتقال، نوسانات، و برگشتناپذیری میپردازد که در نظریه تعادل غایب هستند.
Definition
مکانیک آماری ناهمتعادل شاخهای از فیزیک آماری است که به سیستمهای خارج از تعادل گرمایی میپردازد و تکامل زمانی، خواص انتقال، و نوسانات آنها را از طریق روشهای جنبشی، تصادفی، و نظریه پاسخ توصیف میکند.
Scope
این حوزه شامل نظریه جنبشی گازهای رقیق و معادله بولتزمن با قضیه H آن، توصیف سیستمهای نوسانی از طریق حرکت براونی و فرآیندهای تصادفی، نظریه پاسخ خطی و قضیه نوسان-اتلاف که نوسانات تعادلی را به ضرایب انتقال مرتبط میکند، روابط متقابل اونساگر، و قضایای نوسان مدرن ترمودینامیک تصادفی میشود. مجموعههای تعادلی نقطه شروعی را فراهم میکنند که این روشهای ناهمتعادل از آنجا آغاز میشوند.
Sub-topics
Core questions
- معادله بولتزمن چگونه نزدیک شدن یک گاز به تعادل را توصیف میکند؟
- نیروهای میکروسکوپی تصادفی چگونه توسط نظریه حرکت براونی به تصویر کشیده میشوند؟
- نظریه پاسخ خطی چگونه ضرایب انتقال را به نوسانات تعادلی مرتبط میکند؟
- قضایای نوسان در مورد تولید آنتروپی در سیستمهای کوچک تحریکشده چه میگویند؟
Key concepts
- معادله بولتزمن و قضیه H
- حرکت براونی و دینامیک تصادفی
- پاسخ خطی و نوسان-اتلاف
- روابط متقابل اونساگر
- تولید آنتروپی و قضایای نوسان
Key theories
- معادله انتقال بولتزمن و قضیه H
- معادله بولتزمن تکامل تابع توزیع یک گاز را تحت برخوردها کنترل میکند، و قضیه H نشان میدهد که یک تابع خاص به طور یکنواخت کاهش مییابد و توضیحی میکروسکوپی از نزدیک شدن به تعادل و افزایش آنتروپی ارائه میدهد.
- روابط متقابل اونساگر
- برای سیستمهای نزدیک به تعادل، ماتریس ضرایب جنبشی که نیروهای ترمودینامیکی را به شارها مرتبط میکند، متقارن است؛ این نتیجهای از تقارن برگشتپذیری زمانی میکروسکوپی است که فرآیندهای انتقال جفتشده را محدود میکند.
Clinical relevance
مکانیک آماری ناهمتعادل زیربنای محاسبه ضرایب انتقال مانند گرانروی، رسانایی گرمایی و الکتریکی، و نفوذ، تحلیل نویز در دستگاههای الکترونیکی و نوری، و انرژی ماشینهای مولکولی در بیوفیزیک است.
History
این رشته که بر پایه معادله انتقال و قضیه H بولتزمن در سال 1872 و نظریه حرکت براونی اینشتین در سال 1905 بنا نهاده شد، از طریق روابط متقابل اونساگر در سال 1931 و فرمالیسم پاسخ خطی کوبو در دهه 1950 به بلوغ رسید و در دهههای اخیر با قضایای نوسان دقیق گسترش یافت.
Debates
- تطبیق برگشتناپذیری با دینامیک برگشتپذیر
- قضیه H بولتزمن با اعتراضاتی از سوی پارادوکسهای برگشتپذیری و بازگشت مواجه شد، زیرا دینامیک میکروسکوپی زیربنایی برگشتپذیر زمانی و بازگشتی هستند؛ راهحل بر استدلالهای احتمالی و درشتدانهسازی و شرایط اولیه خاص متکی است.
Key figures
- Ludwig Boltzmann
- Albert Einstein
- Lars Onsager
- Ryogo Kubo
Related topics
Seminal works
- boltzmann1872
- onsager1931
- sethna2006
Frequently asked questions
- مکانیک آماری ناهمتعادل چه تفاوتی با ترمودینامیک دارد؟
- ترمودینامیک تعادلی تنها نقاط پایانی فرآیندها را توصیف میکند، در حالی که مکانیک آماری ناهمتعادل دینامیک بینابینی را توصیف میکند: اینکه سیستمها با چه سرعتی آرام میشوند، چگونه گرما و ذرات جریان مییابند، و نوسانات چگونه در حین تحریک یک سیستم رفتار میکنند.