玻色–爱因斯坦统计

玻色-爱因斯坦统计是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\left\{ n_j \right\}(“某一分布”指这样一种状态:即在能量为\left\{ \epsilon_j \right\}的能级上同时有n_j个粒子存在着,不难想象,当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:
:
\Omega_j=\frac{(g_j+n_j-1)!}{n_j!(g_j-1)!}

对这一公式的理解是这样的:把g_j个简并能级看作一个拥有g_j个隔室的大盒子,把n_j个粒子看作准备放入盒子中的n_j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n_j个小球和盒子中(g_j-1)个隔室壁的随机排列过程,则这样的排列一共有(g_j+n_j-1)!种可能出现的状态;另一方面,小球和小球是不可区分的,隔室壁和隔室壁也是不可区分的,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(g_j-1)!和(n_j)!,最终得到的结果就是上述结果。

:
\Omega_j=\frac{(g_j+n_j-1)!}{n_j!(g_j-1)!}
g_j=3;n_j=2;\Omega_j=6

玻色-爱因斯坦统计的最可几分布的数学表达式为:
:
\left\{ n_j^{BE} \right\}=\frac{g_j e^\alpha e^{\beta\epsilon_j}}{1 - e^\alpha e^{\beta\epsilon_j}}

由于量子统计在数学处理上非常困难(對於非物理系所的人員而言的確如此),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。

参考文献
参见

  • 量子统计
  • 盒中氣體
  • 玻色-愛因斯坦凝聚
  • 玻色氣體
  • 全同粒子

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