統計力學 (Statistical Mechanics)

終於在還書期限之前，讀完這本 Statisical Mechanics 的頭 5 個 chapter，也是我最想知道的部份。其實全書總共有 13 個 chapter，5 個 appendix。但對於我這種物理學的門外漢，看懂了開頭的部份已經非常滿足。

一向有個帶著書本四處去的習慣，也習慣毫無顧忌地在飲茶食飯的地方，趁著飯菜還未到的時候，拿出來消磨時間，頂頂癮。

帶著這本書，會引起很多奇怪的問題。例如有人會問我為何如此勤力，是否臨近考試 (大概因為很少人會在無聊時看這些很深、很技術性的書)？又有人問過為何『統計』裡面會有『力學』？更有人因為只看到書名的頭一個字是“Statistics”而誤以為是本關於統計學的數學書。

『統計力學』是物理學的分枝，專門利用統計和或然率的方法去研究物質在很大數量時的運動，即它們的力學。例如，一個樽裡面的氣體，是由天文數字的氣體粒子組成，各有各的運動方向，速度和能量都各不相同。但把這些合起來，卻又可以解釋這堆粒子的能量分佈。

至於為何要用上統計？打個比喻：香港有 700 萬人，要調查某電視節目的收視率，總不成要訪問全港 700 萬人吧？抽樣訪問1000人之後，用統計將結果推展至 700 萬人便知收視率了。

原來一堆氣體可以有很多個能階 (energy level)，而並不是所有粒子都是位於同一個能階的，他們有一個分佈，找出他們的分怖情況，就能夠解釋很多宏觀世界的現象。諸如半導體和雷射等等的裝置，其基本原理，都是基於書裡面說的，著名的『費米─狄拉克統計』(Fermi-Dirac Statistics)。

事情是這樣的：剛剛完成的 Master 課程裡面，有一科是 Optoelectonics，專講 Laser 的原理和應用。負責講課的 Professor Surya 在課程開始的頭幾課時，講解了一些學 Laser 之前必須要知的物理學知識，其中一些便是 Fermi Energy 和 Fermi Distribution Function：

由於時間關係，而且當中也涉及到量子力學，Prof. Surya 根本無法慢慢解釋這條著明公式的來龍去脈。

好奇的我，下課後當然按捺不住，直奔圖書館，翻了一遍，結果找來這本統計力學的入門書。翻到 chapter 5，終於找到這條公式的出處。

可是要理解它，就必須看完這 5 個 chapter，以功課和工作的繁重，根本沒可能。到今年整個課程完結之後，終於可以一口氣看完它，很滿足。

Fermi 和 Dirac 都是物理學的巨人。Enrico Fermi 更被籲為是現代物理學的最後一位通才，而 Paul Dirac 便是量子力學 (Quantum Mechanics) 和量子電動力學 (Quantum Electrodynamics) 的開山祖師。