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玻色-爱因斯坦统计

2020-07-30 编辑:网站编辑 有694人参与 发送到手机
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原理简介
  Bose-Einstein statistics
  玻色-爱因斯坦统计是一种玻色子所依从的统计规律。
  根据量子力学,玻色子是自旋为整数的粒子,其本征波函数对称,在玻色子的某一个能级上,可以容纳无限个粒子。因而符合玻色-爱因斯坦统计分布的粒子,当他们处于某一分布<math>\left\{ n_j \right\}</math>(“某一分布”指这样一种状态:即在能量为<math>\left\{ \epsilon_j \right\}</math>的能级上同时有<math>n_j</math>个粒子存在着,不难想象,当从宏观观察体系能量一定的时候,从微观角度观察体系可能有很多种不同的分布状态,而且在这些不同的分布状态中,总有一些状态出现的几率特别的大,而其中出现几率最大的分布状态被称为最可几分布)时,体系总状态数为:
  <math>
  \Omega_j=\frac{(g_j+n_j-1)!}{n_j!(g_j-1)!} </math>详细内容
  对这一公式的理解是这样的:把:<math>g_j</math>个简并能级看作一个拥有:<math>g_j</math>个隔室的大盒子,把:<math>n_j</math>个粒子看作准备放入盒子中的:<math>n_j</math>个不可区分的小球,则可以把这个向盒子里面放小球的过程看作:<math>n_j</math>个小球和盒子中:<math>g_j-1</math>个隔室壁的随机排列过程,则这样的排列一共有:<math>(g_j+n_j-1)!</math>种可能出现的状态;另一方面,小球和小球是不可区分的,隔室和隔室也是不可区分的,因此对小球和隔室壁的计数都有重复,需要除以这种重复计数:<math>(g_j-1)!</math>和:<math>(n_j)!</math>,最终得到的结果就是上述结果。
  <math>
  \Omega_j=\frac{(g_j+n_j-1)!}{n_j!(g_j-1)!} g_j=3;n_j=2;\Omega_j=6 </math>
  玻色-爱因斯坦统计的最可几分布的数学表达式为:
  <math>
  \left\{ n_j^ \right\}=\frac{g_j e^\alpha e^{\beta\epsilon_j}}{1 - e^\alpha e^{\beta\epsilon_j}} </math>
  由于量子统计统计在数学处理上非常困难,因此在处理实际问题时经常引入一些近似条件,使费米-狄拉克统计和玻色-爱因斯坦统计退化成为经典的麦克斯韦-玻尔兹曼统计。