Վիճակագրական ֆիզիկա

Վիճակագրական ֆիզիկա, ֆիզիկայի բաժին, որը նկարագրում է մեծ թվով մասնիկներից (մոլեկուլներ, ատոմներ, տարրական մասնիկներ) բաղկացած համակարգերի (գազ, հեղուկ, պինդ մարմին, պլազմա և այլն) վարքը՝ հիմնվելով մեխանիկական շարժման օրինաչափությունների վրա։ Հրաժարվելով մեծ թվով մասնիկներից բաղկացած համակարգի ճշգրիտ մեխանիկական (դասական կամ քվանտային) նկարագրությունից, որը գործնականում անհնար է, Վիճակագրական ֆիզիկա առաջարկում է համակարգի նկարագրության նոր՝ վիճակագրական մեթոդ։ Պարզվում է, որ մեծ թվով ազատության աստիճաններ ունեցող համակարգը ձեռք է բերում որակական նոր հատկություններ, և ջերմաստիճանը, էնտրոպիան, ճնշումն ու թերմոդինամիկական այլ մեծություններ դառնում են համակարգի ֆիզիկ, բնութագրեր, մինչդեռ մեխանիկայի տեսանկյունից դիտարկելիս դրանք իմաստ չունեն։ Մակրոսկոպիկ համակարգի մասերի միջև նույնիսկ թույլ փոխազդեցության (հարվածներ մասնիկների միջև) առկայության դեպքում, համակարգի վիճակը նկարագրող բոլոր ֆիզիկական մեծություններն էապես փոփոխվում են տարբեր բնութագրական ժամանակներում։

Իրական չափման ենթակա են այն մեծությունները, որոնք դիտման ընթացքում փոփոխվում են դանդաղ։ Բոլոր ֆիզիկական մեծություններից դանդաղ փոփոխվող մեծությունների առանձնացման հնարավորությունը արդյունք է համակարգը կազմող մասնիկների միջև հարվածների պատճառով առաջացած հատուկ կոռելյացիայի։ Ընդ որում այդ կոռելյացիայի պատճառով արագ և դանդաղ փոփոխվող մեծությունների միջև կա որոշակի ստորակարգություն, որով և պայմանավորված է մակրոսկոպիկ համակարգը միայն դանդաղ փոփոխվող մեծությունների համախմբով նկարագրելու հնարավորությունը՝ հանգամանք, որը վկայում է համակարգում վիճակագրական օրինաչափությունների գոյության մասին։ Այդ օրինաչափություններից բխող վիճակագրական մեթոդը թույլ է տալիս մարմնի վիճակը նկարագրել մակրոսկոպիկ մեծությունների՝ ըստ ժամանակի միջինացված արժեքներով և դրանց ժամանակային վարքով։ Ընդ որում միջինացման ժամանակ կորչող ինֆորմացիան (արագ փոփոխվող մեծությունների ժամանակային վարքը կամ դանդաղ փոփոխվող մեծությունների ֆլուկտուացիաները) իրական փորձում անհնար է դիտել, մինչդեռ Վիճակագրական ֆիզիկա տալիս է մակրոսկոպիկ մարմինների և դրանցում ընթացող պրոցեսների փորձով դիտվող, իրական նկարագիրը։ Վիճակագրական ֆիզիկայի հիմնական խնդիրներից մեկը մակրոսկոպիկ մարմինների հավասարակշռության վիճակի (հավասարակշիռ Վիճակագրական ֆիզիկա) ուսումնասիրությունն է։ Համաձայն վիճակագրական օրինաչափու թյունների, փակ համակարգը ժամանակի ընթացքում գալիս է հավասարակշռության վիճակի, որում համակարգը նկարագրող մեծությունները (թերմոդինամիկական մեծություններ) ընդունում են հաստատուն արժեքներ։ Վիճակագրական ֆիզիկա ուսումնասիրում է նաև մակրոսկոպիկ մարմինների վիճակի ժամանակային վարքը (անհավասարակշիռ Վիճակագրական ֆիզիկա), այսինքն՝ հավասարակշռության մի վիճակից մի այլ վիճակի անցնելու օրինաչափությունները։ Վիճակագրական ֆիզիկայի գլխավոր խնդիրն է թերմոդինամիկայի երեք հիմնական սկզբունքների հիմնավորումը և թերմոդինամիկական մեծությունների ֆիզիկական իմաստի պարզաբանումը։ Վիճակագրական ֆիզիկան առաջարկում է թերմոդինամիկական մեծությունների արժեքների հաշվման մեթոդ, եթե ընտրված է տվյալ մակրոսկոպիկ համակարգը նկարագրող ֆիզիկ, մոդելը։ Այդ մեթոդի հիմքում ընկած են համակարգը կազմող մասնիկների շարժման դասական (դասական վիճակագրական ֆիզիկա) կամ քվանտային (քվանտային Վիճակագրական ֆիզիկա, տես Քվանտային վիճակագրություն) օրինաչափությունները։ Ֆիզիկ, մոդելի հաջող ընտրությունից է կախված տեսականորեն ստացված ֆիզիկ, օրինաչափությունների համընկնելը փորձի հետ։ Մեթոդը թույլ է տալիս լրիվ նկարագրել իդեաւական գազի (դասական և քվանտային) օրինաչա փությունները։ Մոտավոր մեթոդներ են մշակվել իրական գազերի, պինդ մարմնի և պլազմայի ուսումնասիրության համար։ Վիճակագրական ֆիզիկաի ուսումնասիրությունների տիրույթը շատ լայն է և ընդգրկում է ջերմաստիճանի տասը կարգ՝ սկսած շատ ցածր ջերմաստիճաններից (հեղուկ հելիում, գերհաղորդականություն) մինչև գերտաք պլազման։ Թեև Վիճակագրական ֆիզիկայի հին բաժիններից է, բայց այսօր ևս շարունակում է զարգանալ։ Այսպես, վերջին տարիներին մեծ աշխատանք է կատարվել երկրորդ կարգի ֆազային անցումների ուսումնասիրության ուղղությամբ։ Մշակվել են հեղուկների հետազոտության նոր մեթոդներ։ Վիճակագրական ֆիզիկայի մեթոդները ցանկալի արդյունքներ են տվել աստղաֆիզիկայի և կենսաֆիզիկայի բնագավառներում։ Վիճակագրական ֆիզիկայի հիմնադրման և զարգացման համար կարևոր նշանակություն են ունեցել Ս․ Կառնոյի, Ռ․ Կլաուզիուսի, Զ․ Մաքսվելի Լ․ Բոլցմանի, Ջ․ Գիբսի և այլոց աշխատանքները։

Վիճակագրական ֆիզիկա