統計熱力學
宏觀態
/ MAK-roh-stayt /
想像你在電話裡向朋友描述一罐彈珠。你不會逐一報出每顆彈珠的位置,而會說「大約一半紅、一半藍,罐子是滿的」。這個簡短的概括就是一個宏觀態:關於一個系統的少數幾個又大又可測量的事實,比如溫度、壓強、體積,還有裡面裝了多少東西。
更確切地說,宏觀態是用系統的整體熱力學變量來描述它——就是那些你能從儀器上讀出來的量。同一個宏觀態可以由數量極其龐大的微觀排列(微觀態)來實現:分子的每一種具體洗牌方式,只要給出相同的溫度、壓強和能量,都算同一個宏觀態。宏觀態把所有這些隱藏的細節都抹去,只保留概括。
它為什麼重要:統計力學的全部遊戲,就是去數一個給定宏觀態包含多少個微觀態,因為這個數正是熵所量度的東西。一個要點是:兩個系統在宏觀態層面可以一模一樣,逐個分子看卻天差地別,而正是這種隱藏的多重性,決定了自發變化朝哪個方向走。
拋四枚硬幣,只報告「兩正兩反」。這是一個宏觀態——但它可以有六種不同的實現方式(正正反反、正反正反,等等),而「四正」只有一種方式。兩正兩反這個宏觀態之所以更常出現,純粹是因為它佔有更多的微觀態。
一個宏觀態(「兩正兩反」)由許多微觀態構成。
別把宏觀態和微觀態弄混:宏觀態是你測量得到的粗略概括,微觀態是一種完全細緻的排列。熵就是連接兩者的橋樑——它數的是一個宏觀態裡包含的微觀態數目。
又稱
另見