ترمودینامیک و مکانیک آماری غیر تعادلی

خواص ترمودینامیکی یک سیستم دو گونه هستند:
(الف) خواص تعادلی، مانند معادلۀ حالت، ظرفیت های گرمایی و نظایر آن؛
(ب) خواص غیرتعادلی، مانند ضرایب ویسکوزیته و نفوذ ، زمان های آسایش و نظایر آن.
ترمودینامیک تعادلی تغییر خواص سیستم را بین دو حالت تعادلی بررسی می کند اما هیچ بحثی در مورد زمان مورد نیاز برای انجام این تغییر نمی کند. برعکس، در ترمودینامیک غیر تعادلی زمان به عنوان متغیر کلیدی در مطالعۀ رفتار غیرتعادلی سیستم هاست.
مشابه روش های مطالعۀ ترمودینامیک تعادلی، در ترمودینامیک غیرتعادلی نیز دو شیوه برای مطالعۀ سیستم ها وجود دارد: (الف) روش های پدیده شناختی (یا ماکروسکپی)؛ (ب) روش های آماری (یا میکروسکپی) که رفتار دینامیکی مولکول ها و اجزای سازندۀ سیستم جهت کسب اطلاعات ماکروسکپی مورد استفاده قرار می گیرد. در ترمودینامیک آماری تعادلی تنها یک روش تحت عنوان “روش مجموعه های گیبس” به کار می رود. اما در مکانیک آماری غیرتعادلی چندین روش کاملا متفاوت معرفی شده اند که مهم ترین این روش ها عبارتند از: نظریه جنبشی گازها، روش های مبتنی بر محاسبۀ توابع همبستگی زمانی، نظریه مجموعه های آماری غیرتعادلی، قضیۀ استهلاک اُفت وخیزها، نظریۀ پاسخ خطی، روش های مبتنی بر نظریۀ فرایندهای تصادفی و… نکتۀ مهم این است که در مکانیک آماری تعادلی (اعم از کلاسیکی یا کوانتومی)، بهره گیری از “آمار” نقش اصلی را داشته و از علم دینامیک استفاده نمی شود، در حالی که در مکانیک آماری غیرتعادلی، مکانیک نقش محوری داشته و از آمار به طور ضعیفی استفاده می شود. در این درس ابتدا روش پدیده شناختی در فرمول بندی ترمودینامیک فرایندهای برگشت ناپذیر (غیرتعادلی) بین خواهد شد و با استفاده از آن کلی ترین شکل معادلات توازن استخراج خواهند شد. در این خصوص روابط نیرو و شارهای ترمودینامیک در سطح ترمودینامیک غیرتعادلی خطی نیز توضیح داده خواهند شد و در ادامه ترمودینامیک غیرتعادلی تعمیم یافته که در آن فرض تعادل موضعی کنار گذاشته می شود بیان خواهد شد. مبحث بعدی مکانیک آماری غیرتعادلی است که با استخراج معادلۀ لیوویل که اساس مطالعۀ سیستم های چند جسمی است شروع شده و سپس نظریۀ فرایندهای تصادفی (شامل حرکت براونی، معادلات لانگوین، فوکر-پلانک و مَستِر) و نظریه های اُفت و خیز استهلاک مورد بحث قرار خواهند گرفت. بعد از آن نظریۀ جنبشی و معادلۀ بولتزمان برای گازهای رقیق و سپس تعمیم آن به سیالات چگال مورد بحث مفصل قرار خواهند گرفت.