統計熱力學

簡併度

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想像一座停車場,好幾個不同的車位收費完全一樣。在一個只算錢的司機眼裡,這些車位是可以互換的,可它們確確實實是好幾個。簡併度就是這個數目:恰好都擁有同一能量的、彼此不同的微觀狀態有多少個。

更確切地說,一個能階的簡併度(符號 g)是指有多少個相互獨立的量子態落在那同一個能量上。一個簡併度為三的能階,實際上是三個狀態疊在同一高度。當你計算分子如何在各能階上布居時,每個能階的波茲曼因子都必須乘以它的簡併度——一個高能能階若高度簡併,仍可以布居得相當多,因為它通向那個能量的「門」有很多扇。

它為什麼重要:忽略簡併度是統計熱力學中最常見的錯誤之一;它會悄悄扭曲布居數、配分函數和熵。簡併度也正是「數狀態」與「熵」之間深層聯繫的所在之處——在絕對零度,唯有當基態仍然簡併時,殘餘熵才會保留下來。

盒中粒子可以有三種不同的方式,把同一份能量分配到它的三個運動方向上——比如一個單位沿 x,或沿 y,或沿 z。這三個彼此不同的狀態都落在同一能量上,所以那個能階的簡併度是三。

同一能量上的三個不同狀態,使該能階的簡併度為三。

簡併度和態密度是「表親」:簡併度數的是某個精確能量上的狀態數,態密度數的是某段能量區間裡每一小片中的狀態數。對能階密集的系統,後者更實用。

又稱
statistical weightmultiplicity of a level简并度簡併度