热力学系列：追逐大师的脚步，寻觅科学的方向

大家都知道热力学有四个定律：热力学第一定律、热力学第二定律、热力学第三定律、热力学第零定律。这四个定律都是以实验为基础总结归纳出来的。利用它们不仅可以研究宏观物理量之间的关系，同时也可以讨论物理过程进行的方向。

应该说，从热力学研究得到的结果都是普遍的和可靠的，对任何物体都适用。但是热力学也有一个缺点，就是它不研究物体的具体组成成分，所以这个理论是不能给出具体物质的具体性质，同时对涨落现象也不能给出解释。

好在，热力学还有个伙伴，叫做统计物理。这个理论研究是从微观入手的，统计物理通过研究物体的分子、原子或者离子，从他们的运动以及相互作用出发，利用统计学原理计算出物体的热力学性质。我们可以想象，用这种方法去计算，必须对研究对象加以简化处理。所以，这种方法得到的结果只能是近似的，必须通过实验来校对结果。

从前面的描述我们可以看出来，热力学和统计物理二者各有优缺点、两者是相辅相成的。用统计物理去做研究的时候，有两个巨大的困难。

一是微观粒子太多了。稀薄气体在标准情况下没毫升就有2.7X10的19次方个分子、固体和液体里面这个分子数还要增加1K倍。这么大量的粒子，即使我们用最简单的运动定律去描述它们的运动，想得到一个宏观的结果，这个计算量都是现在无法做到的。所以我们得期待量子计算机的出现。

二是热学规律不可逆，而力学规律都是可逆的，而微观粒子的运动只能是用力学规律去计算。这样从一个可逆的规律里去计算一个不可逆的规律就是个最大的难题。所以解决办法只能是利用统计学，引入概率的概念，基于等概率原理来求出系统宏观物理量的平均值。

比如说，气体的分子热运动速度的平均值或者是能量的平均值，固体的比热等，然后给出热力学定律的统计解释。这样就能对涨落现象也给出合理的解释。

今天这篇文章就写到这里，我的目标是要写一个热力学和统计物理的系列文章。所以各位小伙伴不要着急，没感觉怎么开始咱们就结束了。其实不是这样的，我们需要慢慢的来消化一些东西。

因为老郭突然有了一个小小的灵感，希望在重温热力学和统计物理的过程中，能有所感悟，在某个方面能有所建树。哈哈，也许这是我作为一个民间科学爱好者的一点点的追求吧。之所以选择学习的方向是这个科目，就是因为，近代以来，为现代物理学做出杰出贡献的人几乎都是从事两个领域里面的研究：1、热力学和统计物理；2、电子通信工程。所以老郭采用了本篇文章的这个题目，并以此来激励自己。

最后，对所有阅读到本篇文章的各位小伙伴，表示最真诚的敬意。#这很科学#