통계역학

거시적 계를 이루고 있는 미시적 구성물의 특성과 행동에 기반하여 그 계의 측정가능한 특성을 예측·설명하는 것을 목적으로 한다. 예를 들어 통계역학은 열 에너지를 무질서한 상태에 있는 원자입자의 에너지로 해석하고, 온도를 에너지가 그 입자들 사이에 어떻게 분포되어 있는가에 대한 정량적 척도로 해석한다.

통계역학은 확률법칙에 상당히 의존하므로, 거시적인 물질의 모든 개별 입자들의 행동에 관심을 갖기보다는 같은 종류의 많은 입자들의 평균 행동에 주목한다.

통계역학의 수학적 구조는 미국의 물리학자 J. 윌러드 깁스에 의해 그의 책 〈통계 역학의 기본 원리 Elementary Principles in Statistical Mechanics〉(1902)에서 확립되었다. 그러나 일반적으로 그 이전의 물리학자인 영국의 제임스 클럭 맥스웰과 오스트리아의 루트비히 볼츠만이 열역학에 대한 연구와 더불어 통계역학 분야의 근본 원리들을 발전시킨 것으로 여겨진다.

통계 역학의 기본 원리(Elementary Principles in Statistical Mechanics)

수년에 걸쳐 통계역학의 방법은 브라운 운동(액체나 기체 속에 떠 있는 미세한 입자들의 무작위 운동)이나 고체를 통한 전기전도와 같은 현상에 적용되어왔다. 분자역학의 컴퓨터 모의실험을 광범위한 유체나 고체의 특성에 연관시키는 데에도 사용된다.