自由度

想象舞池裡的一個人。他可以前進後退、左移右移、原地旋轉——這些就是他能動的各種獨立方式。把它們數一數，你就數出了這位舞者的自由度：可供選擇的、彼此獨立的運動或變化的種類。

在物理學裡，一個自由度，就是系統能夠運動、指向或儲存能量的一種獨立方式。一個在氣體中飛行的單原子有三個自由度：它能沿空間的三個方向移動。一個由幾個原子組成的分子則更多，因為它還能轉動，它的原子還能彼此振動。自由度的總數告訴你：要在某一瞬間完整描述這個系統，你需要指定多少個彼此獨立的量。

這之所以重要，是因為數自由度正是物理學家預測物質如何儲存熱量的辦法：每一個活躍的自由度都能分到一份熱能，這就決定了材料的熱容。一個常見的微妙之處是：有些自由度可以被「凍結」——在低溫下，某些振動或轉動乾脆不開啟，因為量子力學不允許它們只取很小的一點能量。