Кіріспе

Толық энергиясы нақты белгіленген күйлер жиынтығы. Статистикалық механикада микроканоникалық ансамбль — толық энергиясы нақты белгіленген механикалық жүйенің мүмкін болатын күйлерін көрсететін статистикалық ансамбль. Жүйенің энергияны немесе бөлшектерді сыртқы ортамен алмаса алмайтындай оқшауланған деп есептеледі, сондықтан (энергия сақталу принципі бойынша) жүйенің энергиясы уақыт өте келе өзгермейді. Микроканоникалық ансамбльдің негізгі макроскопиялық айнымалылары — жүйедегі бөлшектердің жалпы саны (белгісі: N), жүйенің көлемі (белгісі: V) және жүйенің жалпы энергиясы (белгісі: E). Бұл көрсеткіштердің әрқайсысы ансамбльде тұрақты деп қарастырылады. Осы себепті микроканоникалық ансамбль кейде NVE ансамблі деп аталады. Қарапайым тілмен айтқанда, микроканоникалық ансамбль — энергиясы E мәніне центрленген диапазонға жататын әрбір микрокүйге тең ықтималдық тағайындау арқылы анықталады. Барлық басқа микрокүйлерге нөлдік ықтималдық беріледі. Ықтималдықтардың қосындысы 1-ге тең болуы керек болғандықтан, P ықтималдығы — энергия диапазонындағы W микрокүйлер санының кері шамасына тең. Содан кейін энергия диапазоны шексіз тар болғанша тарытылады, бірақ E мәніне центрленген күйінде қалады. Осы процестің лимитінде микроканоникалық ансамбль алынады. Ол кейде тепе-теңдік статистикалық механиканың негізгі таралуы ретінде қарастырылады. Молекулалық динамика сияқты кейбір сандық қолдануларда да пайдалы. Дегенмен, көптеген күрделі емес жүйелерді микроканоникалық ансамбльде сипаттау математикалық жағынан қиын, сонымен қатар энтропия мен температураның анықтамаларына қатысты белгісіздіктер де бар. Осы себептерге байланысты теориялық есептеулер үшін басқа ансамбльдер көбінесе артықшылыққа ие. Микроканоникалық ансамбльдің нақты жүйелерге қолданылуы энергияның флуктуацияларының маңыздылығына байланысты, олар жүйе мен оның ортасы арасындағы өзара әрекеттесуден, сондай-ақ жүйені дайындау кезіндегі бақыланбайтын факторлардан туындауы мүмкін. Әдетте, жүйе макроскопиялық түрде үлкен болса немесе нақты белгілі энергиямен жасалса және одан кейін сыртқы ортадан оқшауланған күйде сақталса, флуктуациялар елеусіз болады. Мұндай жағдайларда микроканоникалық ансамбль қолданылады. Әйтпесе, каноникалық ансамбль (өзгермелі энергиясы) немесе үлкен каноникалық ансамбль (өзгермелі энергиясы және бөлшектер саны) сияқты басқа ансамбльдер көбірек сәйкес келеді.

Фазалық ауысулар

Олардың қатаң анықтамасы бойынша, фазалық өтулер термодинамикалық потенциалдың немесе оның туындыларының аналитикалық емес қасиеттерімен сәйкес келеді. Осы анықтаманы қолдана отырып, микроканондық жиынтықтағы фазалық өтулер кез келген мөлшердегі жүйелерде пайда болуы мүмкін. Бұл канондық және үлкен канондық жиынтықтардан өзгеше, оларда фазалық өтулер тек термодинамикалық лимитте ғана, яғни шексіз көп еркіндік дәрежесіне ие жүйелерде ғана болуы мүмкін. Шамамен айтқанда, канондық немесе үлкен канондық жиынтықтарды анықтайтын резервуарлар, шекті жүйелердің бос энергиясындағы аналитикалық емес қасиеттерді "тегістейтін" ауытқуларды енгізеді. Бұл тегістеу әсері әдетте макроскопиялық жүйелерде, олардың мөлшері жеткілікті үлкен болғандықтан, бос энергия аналитикалық емес қасиеттерді өте жақсы жуықтап көрсетеді. Дегенмен, жиынтықтардың техникалық айырмашылығы кішкентай жүйелердің теориялық талдауында маңызды болуы мүмкін. Бұл мәселелерді шешудің ең қолайлы жолы – микроканондық жиынтықты пайдаланудан қашу. Көптеген нақты жағдайларда жүйе жылу ваннасына термостатталатынын ескерсек, энергия нақты белгілі болмайды. Сондықтан, одан да дәл сипаттама – канондық немесе үлкен канондық жиынтық, олардың екеуі де термодинамикамен толық сәйкес келеді.