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gas? solid? or ...
siegmundの回答
- siegmund
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物理屋の siegmund です． 統計物理学，固体物理学的観点からするなら， 粒子密度の空間依存性が固体と気体(流体というべきか)を区別する決定的な量です． ○で原子なりイオンなりを表すとして， 典型的な固体は ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ のようになっています． つまり，○の部分では原子密度が有限であるのに対し， ○以外の部分ではそれがゼロです． これは長時間観測しても変わりません． つまり，原子密度(の期待値，あるいは長時間観測値)は 場所に依存します． 一方，気体では原子(あるいは分子)が自由に動き回っています． スナップショットでは特定の場所に原子が存在していますが， 長時間観測して平均をとれば， どの場所でも原子密度(の期待値，あるいは長時間観測値)は一定です． もちろん，上の図のように原子が静止しているイメージは古典力学的でしかも 温度が絶対零度の時です． 有限温度では原子は平衡位置を中心として振動していますし， 量子力学では絶対零度でさえ，原子は静止していません． 静止すると，場所と運動量が共に確定してしまって， 不確定性原理に違反しますから． こういう場合も，原子密度の期待値の判定条件は使えます． つまり，平衡位置ではそれが大きく，○の中間の位置ではそれは 非常に小さいことになります． 長時間観測値の数学的に厳密な定義は，無限に長い時間の観測です． ガラスが液体というような表現をときどき目にしますが， それは本当に無限に長い時間観測すれば原子密度の期待値が 場所によらなくなると言うことであって， 通常の時間スケールでは原子密度の期待値は場所に依存して 固体のように見えます． 分子１個を持ってきて固体か気体かは意味がありません． 広い空間に分子が１個だけ存在するなら，それは気体と言うべきでしょう． 上の定義からしてもそうなります．
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