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통계물리학

 

통계물리학(Statistical Physics)은 매우 많은 수의 개체들로 된 대상의 물리적인 성질을 다루는 방법을 배우는 과목입니다.
고전역학에서는 보통 하나 또는 작은 수의 개체에 미치는 힘과 그 힘에 의한 상태 변화(예:개체의 움직임)를 다루게 되는데 개체의 수가 조금만 많아져도 실제로 이러한 방법에 의해 대상의 물리적 성질을 파악하는 것은 거진 불가능합니다.
고등학교 때 조금 맛을 보았던 열물리학(Thermodynamics)에서는 많은 (Avogadro 수 정도) 개체가 모인 대상을 평균적으로 기술하기에 알맞은 온도, 열, 압력 등의 물리량을 정하고 이러한 물리량들 간의 상호 의존성과 변화에 대한 규칙을 연구합니다.

통계물리학에서는 열물리학에서 사용되는 물리량이나 물리 법칙에 대해 개체 수준에서 출발한 미시적인 설명을 하려고 합니다. 예를 들어 19세기 중반 Clausius는 놀라운 통찰력에 의해 들어오고 나간 미소열량을 계의 온도로 나누어진 값이 매우 유용하다는 것을 파악하여 엔트로피라는 물리량을 처음 만들었지만 사실 아무도 엔트로피가 무언지 잘 몰랐다고 할 수 있는데, Boltzmann이 이 엔트로피에 대한 통계역학적인 의미를 알아냈지요. 많은 사람들이 Boltzmann이 알아낸 엔트로피 관계식()을 물리학의 공식 중 가장 심오하고 중요한 것으로 여기고 있습니다.

이런 이유 때문에 통계역학은 반드시 열역학 과목을 들은 다음에 들어야 합니다.
열역학은 3학년 1학기에 듣는 것이 좋고 통계역학이 2학기에 개설되니 3학년 2학기나 여의치 않으면 4학년 2학기에 듣는 것이 좋습니다. 또한 역학과 양자역학에서 배운 여러 가지 사실들을 알고 있다고 생각하고 진도를 나가기 때문에 역학과 적어도 양자역학 1을 이미 수강한 상태에서 듣는 것이 좋습니다.
보통 배우는 내용을 간략히 소개하면 먼저 준비과정으로 열역학과 통계적인 방법 등을 복습한 후, 기본직인 물리량들을 정의하고 이들에 관련된 법칙들을 배우게 됩니다. 그 다음에는 이러한 법칙들을 적용하여 기체, 결정, 자성체 등의 간단한 대상에 적용하는 것을 공부합니다. 기본 입자는 서로 구별되지 않는 보존이나 페르미온인데 이러한 입자들이 모인 시스템이 가진 특이한 성질에 대해서도 공부합니다. 상호작용하는 입자계나 상전이 등에 대해서는 보통 대학원에서 다시 통계역학을 들으면서 배우게 됩니다.
앞으로 계속 물리학을 공부할 경우 통계역학을 의외로 많이 써먹게 되니 잘 공부하면 많은 도움이 됩니다

 
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