Кіріспе
Статистикалық механиканың барлық микрокүйлер берілген энергия үшін тең ықтималды екенін постулаттайтын гипотезасы. Физика мен термодинамикада ергодикалық гипотеза, ұзақ уақыт аралығында жүйенің бірдей энергияға ие микрокүйлердің фазалық кеңістігіндегі белгілі бір аймақта өткізген уақыты, осы аймақтың көлеміне пропорционал болады дейді, яғни барлық қолжетімді микрокүйлер ұзақ уақыт бойы тең ықтималды. Лиувилл теоремасы Гамильтондық жүйе үшін, фазалық кеңістік арқылы бөлшектің траекториясын ұстанатын микрокүйлердің жергілікті тығыздығы, ансамбльмен бірге қозғалатын бақылаушы үшін тұрақты болады (яғни конвективтік уақыт туындысы нөлге тең). Осылайша, егер микрокүйлер бастапқыда фазалық кеңістікте біркелкі таратылған болса, олар солай болып қалады. Бірақ Лиувилл теоремасы ергодикалық гипотезаның барлық Гамильтондық жүйелерге қолданылатынын білдірмейді. Эргодикалық гипотеза есептеу физикасының статистикалық талдауында жиі қолданылады. Зерттеуші процестің уақыт бойынша орташа параметрі мен статистикалық ансамбльдегі орташа мәні бірдей деп есептейді. Бұл болжам – жүйені ұзақ уақыт бойы модельдеу, немесе бір жүйенің көптеген тәуелсіз жүзеге асыруларын жасау бірдей нәтиже береді дегенді білдіреді, бірақ бұл әрқашан дұрыс емес. (Мысалы, 1953 жылғы Ферми-Паста-Улам-Цингоу эксперименті). Эргодикалық гипотезаны қабылдау, екінші типтегі мәңгілік қозғалыс машиналарынң кейбір түрлерінің мүмкін еместігін дәлелдеуге мүмкіндік береді. Эргодикалық жүйелер эргодикалық қасиетке ие болады; геометрия, физика және ықтималдық салаларындағы жүйелердің кең ауқымы эргодикалық болып табылады. Эргодикалық жүйелер эргодикалық теорияда зерттеледі.
In physics and thermodynamics, the ergodic hypothesis says that, over long periods of time, the time spent by a system in some region of the phase space of microstates with the same energy is proportional to the volume of this region, i. e., that all accessible microstates are equiprobable over a long period of time. Liouville's theorem states that, for a Hamiltonian system, the local density of microstates following a particle path through phase space is constant as viewed by an observer moving with the ensemble (i. e., the convective time derivative is zero). Thus, if the microstates are uniformly distributed in phase space initially, they will remain so at all times. But Liouville's theorem does not imply that the ergodic hypothesis holds for all Hamiltonian systems. The ergodic hypothesis is often assumed in the statistical analysis of computational physics. The analyst would assume that the average of a process parameter over time and the average over the statistical ensemble are the same. This assumption—that it is as good to simulate a system over a long time as it is to make many independent realizations of the same system—is not always correct. (See, for example, the Fermi–Pasta–Ulam–Tsingou experiment of 1953.) Assumption of the ergodic hypothesis allows proof that certain types of perpetual motion machines of the second kind are impossible. Systems that are ergodic are said to have the property of ergodicity; a broad range of systems in geometry, physics, and probability are ergodic. Ergodic systems are studied in ergodic theory.
Феноменология
Макроскопиялық жүйелерде, жүйе өзінің фазалық кеңістігінің толықтығын зерттей алатын уақыт аралығы термодинамикалық тепе-теңдік күйінің ергодикалық бұзылудың белгілі бір түрін көрсетуі мүмкін. Көп таралған мысал – ферромагниттік жүйелердегі спонтанды магниттелу, онда Кюри температурасынан төмен жүйе нөлдік емес магниттелуді қабылдайды, тіпті ергодикалық гипотеза жүйенің барлық күйлерді зерттеуі нәтижесінде уақыт бойынша орташа есептелген магниттелуі нөл болуы керек екенін көрсетеді. Макроскопиялық жүйелердің ергодикалық гипотезаның нақты түрін бұзуы – спонтанды симметрияның бұзылуының мысалы. Дегенмен, спин шынысы сияқты күрделі ретсіз жүйелер ергодикалық бұзылудың одан да күрделі түрін көрсетеді, онда тәжірибеде байқалатын термодинамикалық тепе-теңдік күйінің қасиеттерін симметриялық аргументтермен ғана болжау өте қиын. Сондай-ақ, әдеттегі шынылар (мысалы, терезе шынылары) ергодикалықты күрделі жолмен бұзады. Іс жүзінде, бұл жеткілікті қысқа уақыт аралықтарында (мысалы, секундтардың, минуттардың немесе бірнеше сағаттардың бөліктерінде) жүйелер қатты денелер сияқты, яғни оң қима модулімен, бірақ өте ұзақ уақыттарда, мысалы, мыңжылдықтар немесе эондар бойында сұйықтықтар сияқты, немесе екі немесе одан да көп уақыт шкалалары мен аралықтағы платолар сияқты мінез-құлық танытуы мүмкін.
Қаржыдағы ергодикалық гипотеза
Қаржы және инвестицияларда қолданылатын модельдер ергодиктілік қағидасын ашық немесе жасырын түрде қабылдайды. Эргодикалық гипотеза қазіргі портфель теориясында, дисконтталған ақша ағыны (DCF) модельдерінде, сондай-ақ макроэкономиканы қамтитын жиынтық индикатор модельдерінде кеңінен таралған. Бұл теориялармен модельделген жағдайлар пайдалы болуы мүмкін. Алайда, олар зертенедін нақты уақыт кезеңінің көп бөлігінде ғана, бірақ оның барлығында емес, тиімді болады. Сондықтан олар стандартты модельден болатын ең ірі ауытқуларды, мысалы, қаржылық дағдарыстарды, қарыздық дағдарыстарды және банк жүйесіндегі жүйелік тәуекелдерді жіберіп алуы мүмкін, олар тек сирек ғана орын алады. Нассим Николас Талеб қаржы және инвестициялардағы эмпирикалық шындықтың маңызды бөлігі ергодикалық емес екенін айтты. Ықтималдықтардың тең статистикалық таралуы, жүйенің барлық мүмкін жағдайларға шексіз рет оралуы, "сіңіретін жағдайларға" жеткен кезде байқалмайды, яғни жоюға әкелетін жағдай. Жеке тұлғаның өлімі, барлық мүліктің толық жоғалуы, ұлттық мемлекеттің құлдырауы немесе бөлінуі және онымен байланысты құқықтық жүйе – бәрі де сіңіретін жағдайлар. Осылайша, қаржыда жолға тәуелділік маңызды. Жеке тұлға, фирма немесе ел "тоқтауға" – сіңіретін кедергіге, "ойынға қатысушылардың одан шығуына кедергі келтіретін және жүйенің сөзсіз соған ұмтылатын нәрсеге" тап болатын жағдай ергодикалық емес болады. Мұндай жағдайларды құлдырау деп атаймыз, себебі бұл жағдайдан шығу мүмкін емес. Басты мәселе – құлдырау мүмкіндігі болған жағдайда, шығын мен пайданы талдау мүмкін болмайды. Стандартты ықтималдық статистикасына негізделген барлық дәстүрлі модельдер осы ерекше жағдайларда күшін жояды.
Әлеуметтік ғылымдардағы ергодикалық гипотеза
Әлеуметтік ғылымдарда ергодикалық гипотеза жеке адамдардың топтарды ұсынуына, ал керісінше, топтық орташа көрсеткіштердің жеке адамда байқалатын нәрсені дұрыс сипаттауына байланысты болжамды білдіреді. Бірақ, бұл көрініс жағдайға сай келмейді: топтық деректер көбінесе жеке адамдар арасындағы айырмашылықты нашар көрсетеді, себебі жеке стандартты ауытқулар (СА) бір адамдар тобының стандартты ауытқуларынан шамамен сегіз есе артық болады. Осының салдарынан, жеке бақылаулардың үштен бірі топтық деректердің 99,9% сенімділік интервалының шегінен шығып кетеді.