统计规律tongji guilu
对大量偶然事件(或称随机事件)整体起作用的规律。统计规律表现了这些偶然事件整体的和必然的联系,而个别事件的特征和偶然联系退居次要地位。统计规律是自然科学和人类社会生活中的普遍规律之 一。
热力学系统是由大量原子、分子等微观粒子组成的,单个粒子的运动服从力学规律(经典的或量子的),而大量粒子的无规则热运动,使系统微观运动状态瞬息万变,成为宏观上不可控制的随机事件,这时单个粒子的运动——如它们的初始状态,以后运动的轨迹等,都成为不重要的细节,动力学规律退居次要地位,而大量粒子的集体行为表现出了新的规律性——统计规律,它决定着系统整体的宏观性质。从单个粒子服从力学规律,到大量粒子服从统计规律,是从量变引起质变这一规律的具体表现。统计规律可以预言在一定条件下,系统某时刻处于某一状态的概率;可以导出系统的宏观物理量与微观物理量的关系等。
理解统计规律应明确:
❶个别事件的偶然性是相对整体所服从的必然的统计规律而言,并不是说偶然事件是无原因的,每个粒子的具体行为都是有原因的。例如在伽尔顿板实验中,每个小球朝那个方向运动,速率大小,碰撞结果……等,都由动力学规律决定,“偶然”是指在一次实验中某个小球到底落入那个槽内,完全是偶然的。
❷统计规律与动力学规律的关系。统计规律和动力学规律是自然界的两种基本规律,两种不同的因果关系,两者有质的区别,又有密切的关系。统计规律是反映热运动规律的,动力学规律是反映机械运动规律的,热运动是比机械运动更高级的运动形式。热运动不能脱离单个粒子的运动,即高级的运动形式包含着低级的运动形式,统计规律也就不能脱离由动力学规律决定的单个粒子的运动,所以说统计规律是以动力学规律为基础的。然而统计规律又不能归结为动力学规律,或者说统计规律不是由动力学规律导出的。例如每个气体分子的运动都受动力学规律的支配,但由此得不出平衡态时气体分子速率的分布规律——麦克斯韦速率分布律,这不是由于分子数太多,无法计算,而是当分子数增大到极大时,运动形式发生了质的飞跃,产生了全新的规律— —统计规律,必须采用新的方法才能解决新的问题。
统计规律有两个重要特点: 一是在一定宏观条件下的稳定性,例如在伽尔顿板实验中,只要小球足够多,各狭槽内小球数N1,N2……与总数N的百分比N1/N,N2/N,……在各次实验中都是大致相同的,这种稳定性表现了整体的本质和必然联系的稳定性。二是统计规律永远伴随着涨落现象,这正反映了偶然性与必然性之间的相互依存的辩证关系。