统计热力学

宏观态

/ MAK-roh-stayt /

想象你在电话里向朋友描述一罐弹珠。你不会逐一报出每颗弹珠的位置,而会说“大约一半红、一半蓝,罐子是满的”。这个简短的概括就是一个宏观态:关于一个系统的少数几个又大又可测量的事实,比如温度、压强、体积,还有里面装了多少东西。

更确切地说,宏观态是用系统的整体热力学变量来描述它——就是那些你能从仪器上读出来的量。同一个宏观态可以由数量极其庞大的微观排列(微观态)来实现:分子的每一种具体洗牌方式,只要给出相同的温度、压强和能量,都算同一个宏观态。宏观态把所有这些隐藏的细节都抹去,只保留概括。

它为什么重要:统计力学的全部游戏,就是去数一个给定宏观态包含多少个微观态,因为这个数正是熵所量度的东西。一个要点是:两个系统在宏观态层面可以一模一样,逐个分子看却天差地别,而正是这种隐藏的多重性,决定了自发变化朝哪个方向走。

抛四枚硬币,只报告“两正两反”。这是一个宏观态——但它可以有六种不同的实现方式(正正反反、正反正反,等等),而“四正”只有一种方式。两正两反这个宏观态之所以更常出现,纯粹是因为它占有更多的微观态。

一个宏观态(“两正两反”)由许多微观态构成。

别把宏观态和微观态弄混:宏观态是你测量得到的粗略概括,微观态是一种完全细致的排列。熵就是连接两者的桥梁——它数的是一个宏观态里包含的微观态数目。

又称
macroscopic state宏观态宏觀態