ФЛУКТУА́ЦИИ
-
Рубрика: Физика
-
Скопировать библиографическую ссылку:
ФЛУКТУА́ЦИИ (от лат. fluctuatio – колебание), случайные отклонения физич. величин от их средних значений. Ф. испытывают любые величины, зависящие от случайных факторов. Количественное описание Ф. основано на методах математич. статистики и теории вероятностей. Поскольку ср. значение Ф. для любой случайной величины равно нулю, Ф. характеризуются своими дисперсиями – ср. значениями квадратов Ф. одной и той же физич. величины в данный момент времени в данной точке пространства – или корреляциями – ср. значениями произведений двух Ф. одной и той же физич. величины в разл. моменты времени и/или в разл. точках пространства.
Первостепенную роль Ф. играют в статистич. физике, где имеют место Ф. термодинамич. величин, обусловленные хаотическим (тепловым) движением частиц, образующих открытую систему, находящуюся в тепловом контакте с внешним окружением (в частном случае – термостатом). Ф. имеют место как в состоянии теплового равновесия, так и в неравновесном состоянии. Дисперсии равновесных термодинамич. величин пропорциональны соответствующим термодинамич. восприимчивостям – напр., Ф. внутр. энергии пропорциональны теплоёмкости, Ф. объёма – сжимаемости объекта. Во всех случаях относительные Ф. (в расчёте на одну частицу) обратно пропорциональны полному числу частиц в системе, поэтому влияние Ф. выражено тем слабее, чем более макроскопической является физич. система.
Термодинамич. теория малых Ф. сформулирована А. Эйнштейном в 1910. Согласно этой теории, вблизи теплового равновесия Ф. описываются нормальным распределением. В ряде случаев малые Ф. могут играть важную роль, напр. для равновесных критических явлений, когда Ф. параметра порядка испытывают аномальный рост, а также в неравновесных случаях, когда физич. объект теряет термодинамич. или гидродинамич. устойчивость (напр., при потере конвективной устойчивости и возникновении турбулентности).
Существенно, что равновесные Ф. определяют кинетические коэффициенты для неравновесных линейных диссипативных процессов – электро- и теплопроводности, диффузии, вязкости и т. п. (см. Термодинамика неравновесных процессов). В частности, Ф. потенциалов, токов и зарядов в электрич. цепях и линиях связи приводят к появлению шумов, что ограничивает чувствительность и помехоустойчивость электрич. и электронных устройств (см. Найквиста формула).
Ф. играют определяющую роль в квантовой механике, где корпускулярно-волновое физич. описание имеет принципиально вероятностную природу. Важнейшее эвристич. значение имеет неопределённостей соотношение, представляющее собой неравенство для дисперсий двух канонически сопряжённых физич. величин (координаты и импульса, проекций спина и др.) и определяющее предел точности одновременного измерения этих величин.