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  • 1 # 科學聯盟

    玻爾茲曼分佈裡面的粒子是經典粒子,自然不遵循泡利原理!我先說明一點,玻爾茲曼分佈函式是在假設了粒子就是不遵循泡利原理(這裡提醒一下讀者,這個原理不叫“泡利不相容原理”,因為泡利當年說的原理既考慮費米子要考慮玻色子)的情況下,經過一些數學技巧推匯出來的。所以,題主的問題在所有學過統計物理的人看來,十分平庸滑稽。因為這好比是問一個搞數學的,為什麼微積分裡面極限不存在叫發散。這種情況下,數學專業的人士會這樣回答:要麼是高數書沒看過,要麼是抬槓。誠然,題主的問這個問題,我覺得也就這兩種情況:要麼沒看統計物理書,要麼就是抬槓。

    現在我就當題主沒看過統計物理,這一部分在統計物理書裡一般是討論“近獨立粒子體系最概然分佈”時候會有很清楚的論述。我們先考慮經典力學裡面的粒子體系。經典粒子的特點是即便是完全一樣的兩個粒子也可以區分,這個很好理解:孿生雙胞胎長得一樣,但是還是可以區分的。那麼我們在這個假設上來計算粒子體系的微觀狀態數目。這個計算是高中數學《排列組合》一章的知識就能解決,答案在統計物理書裡都有。這裡不贅述。得到這個微觀狀態數目,考慮微觀粒子數目很大,並結合能量條件、粒子數約束,在廣義變分原理下就能給出玻爾茲曼分佈。我們的出發點是經典粒子,經典粒子不滿足泡利原理,這是毫無疑問的。所謂泡利原理指的是:對於費米子來說,不允許好量子數完全相同的兩個全同費米子存在;對於玻色子,則允許好量子數完全相同的兩個全同玻色子存在。要注意,經典粒子不是全同粒子,而泡利原理是針對全同粒子的,所以經典粒子不遵循泡利原理!

    【對於全同粒子和好量子數,我這裡簡單介紹一下。全同粒子指的是內稟屬性完全相同的粒子,比如說所有的電子彼此是全同的,所有光子也是彼此全同的,但是光子和電子則不是全同的。好量子數是量子力學裡面用來描述粒子狀態的一組數,它們是一組力學量的本徵值。這組力學量要滿足:任意兩個力學量對易,而且能構成完備集。】

    另外,強調一點,統計物理裡面討論的分佈是最概然分佈,也就是說,除了三大分佈(玻爾茲曼-麥克斯韋分佈,玻色-愛因斯坦分佈,費米-狄拉克分佈)以外,允許存在其他的分佈。但是,由於一般偏離這些分佈的分佈機率都十分小,所以統計物理只考慮這些分佈。

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