統計力學一:系綜
多重度
有多少種微觀排列能產生同一個巨觀外貌?那個計數就是多重度。丟一百枚硬幣:只有一種排列給出全部正面,但大約有 10^29 種排列給出五十正、五十反。五五對分的巨觀態具有壓倒性更高的多重度,這正是為何你總是看到大約一半正面,而永遠看不到全部正面。
一個巨觀態的多重度 W(或 Omega)是與它相容的微觀態數目。對孤立系統而言它是函數 W(E, V, N),而熵為 S = k_B ln W。多重度一般是個天文數字般龐大、且極其尖銳峰化的函數:平衡巨觀態的多重度壓倒性地大於任何其他巨觀態,以致偏離它的漲落根本無法量測,峰的相對寬度隨 1/sqrt(N) 縮小。
熱力學第二定律歸根究柢就是這件事:孤立系統朝著多重度最大的巨觀態演化,因為幾乎所有微觀態都落在那裡。一個誠實的但書:要計數 W,必須有一條規則界定什麼算是「相異」的微觀態——量子上是離散態(一層殼內的態),古典上則是大小為 h^(3N) 的相空間格子,並對全同粒子除以 N!。
對一百枚公正硬幣而言,全部正面的巨觀態有 W = 1,而五十正面的巨觀態有 W = 100! / (50! 50!),約為 1.0 x 10^29。
均衡巨觀態在數目上的壓倒性優勢,正是無序取勝的原因。
多重度是一個計數,而非機率;機率是把某個多重度除以可及微觀態的總數而得。
又稱
另見