第六节 明确吉布斯统计力学观念
 

 
  

吉布斯(J·W·Gibbs 1839—1903),美国理论物理学家。他在统计力学研究上建立了统计系综(Statistical Ensemble)概念,从而提出了一种全新的研究视点。在物理专业任何一本统计力学教程中都可以找到系统阐述。

  比利时科学家,诺贝尔化学奖获得者普里高津在他撰写的《从存在到演化》(From being to Becoming)中从物理学的角度指出:吉布斯的“基本的思想在于:我们考虑不是一个单个的动力学系统,而是一个系统的集合,其中每一个系统都对应着同一个哈密顿量,这个集合或系综的选择,取决于加在系统上的条件(例如我们可以考虑孤立系统或者与热源接触的系统),同时也取决于对初始条件的了解程度。对于十分确定的初始条件,其相应的系综将很鲜明地集中于相空间地某个区域内;而对于不够确定的初始条件,则其相应的系综分布在相空间中一个很宽的区域上。”[19] 这种陈述对于廓清吉布斯观念是十分必要的,因为如果不首先从物理上明确吉布斯观念的意义,则无从洞见其底里,也就无法明确吉布斯统计观念的基本精神。

  吉布斯借助于哈密顿提出的力学符号系统给所论物理系统提供了一个展示空间,也就是所谓相空间。此时,无论组成这个物理系统单元的数目有多大,在相空间上只用一个点就可以代表了,于是相空间里的点就叫做该系统的代表点。此外,维纳在《人当作人来使用》中则更进一步明确吉布斯观念自然哲学的意义。维纳指出:“按照吉布斯的观点,不是考虑属于某一个外部世界的物理量,而是考虑属于一类可能的外部世界的物理量,因而这个物理量也就是我们向外部世界提出的某些特定问题的回答。”[20] 对这个问题,维纳又做了更为概括的阐述,他说“吉布斯的革新在于他研究的不是一个世界,而是对于外界的一些问题都可能作出答案的所有那些世界。”[21] 维纳从自然哲学的意义上对吉布斯观念的阐述将有助于我们获得对人体信息系统如此复杂结构以及运动的另外一种认识。