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热运动与自组织的本质——时空统计热力学

时间:2015-05-18  作者:宋太伟
  A ={ai| 1≤i≤N}(17)

则,该量a的平均值 、均方、方差分别定义为:

= 热运动 (18)

= 热运动 (19)

= 自组织 (20)

其中(20)式可以化为:

= 热运动与自组织的本质——时空统计热力学 = 热运动与自组织的本质——时空统计热力学

= 热运动与自组织的本质——时空统计热力学 = (21)

即方差与均方的统计意义相同。

宏观物理量稳定的系统,微观粒子对应量的统计平均值肯定是确定的。方差表征量ai分布的离散程度,现实世界中的稳定态,其内部相关的物理量的空间分布也是稳定的,这就要求粒子或单元物理量的分布是聚集的、收敛的,只有有限的离散度,即方差和均方也是有限值。这样的大集合系统,统计才有意义,才可能是现实世界的一种稳定物态。

(18)、(19)、(20)式中的1/N可以理解为几率因子。当N→∞时,假设粒子取物理量

a(x)的几率为g(x),对于-∞<x<+∞,上述三式分别变为:

= 热运动 (22)

= 热运动与自组织的本质——时空统计热力学 (23)

= 本质 (24)

根据基础的代数函数关系,(23)式取确定的有限值(收敛)的前提是g(x)为指数递减的;对取值为(-∞,+∞)的量,且要为偶函数形式。显然,可以令g(x)取如下简单的形式:

时空统计热力学 (25)

其中,γ为抵消物理量x2量纲的系数。这正是高斯Gaussian分布函数,也是麦克斯韦—玻尔兹曼分布的逻辑基础。

前面讲过,任何宏观稳定物态的时空结构形态集,是等能的同类空间结构形态集,而且稳定态的能量u(热运动能)大小,决定对应同类时空结构态的数量MШ,意味着稳定态的宏观统计平均物理量如温度、压强等,肯定与能量u存在数量关系;同时,由于大系统的时空结构态由能量决定,只要导出系统的能量分布关系(即能谱关系或能级分布关系,式(14)),即可以计算出这些宏观物理量(统计平均值)。

以上论述的是普适的、基础的统计平均关系。下面分析讨论随机统计系统基础逻辑中的相关性逻辑。

所谓相关性,即系统内部组成元素之间的相互作用关系或相互依赖关系。一般理解,随机统计系统中粒子(或称单元)的运动表现是无规的、随机的,粒子之间没有关联性。这是对统计逻辑的误解。恰恰相反,统计逻辑中,最基本的逻辑规律,包含大系统中粒子之间的关联性。通俗一点讲,大系统粒子之间的关联性是“一个也不能少”,这是特定统计逻辑的基础;如果少了一些粒子,统计的对象与结果就不同。

从本质的时空拓扑结构形态集合角度分析。是粒子集B ={bi| 1≤i≤N}组成的时空拓扑结构,比粒子集B“少一个粒子(元素)”的粒子集B-1 ={bi| 1≤i≤ N-1}对应的时空拓扑结构

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