Fundamentos de Física Estadística (versión 2.2)

Abstract

Este texto ha nacido como material para las clases de la disciplina “Fundamentos de Física Estadística” impartidas en el primer curso del Grado en Física y el segundo curso del Programa de Estudios Conjunto de Grado en Física y Grado en Matemáticas en la Universidad de Valladolid.

Resulta un reto muy interesante elaborar un curso de una disciplina tan compleja como es la Física Estadística que, por un lado, sea suficientemente sencillo a nivel formal y, por otro, sea conceptualmente riguroso, útil para el alumnado y coherente con las asignaturas más avanzadas del plan de estudios (en particular, con las propias de la Termología, a saber, “Termodinámica” y “Física Estadística”).

Siendo esta una tarea difícil, no es imposible, gracias a que la formulación de la Física Estadística basada en el Principio de Máxima Entropía de E.T. Jaynes (1957) no requiere de grandes conocimientos de Mecánica Clásica o Cuántica para una primera aproximación. Desde el punto de vista de Jaynes, el problema que se resuelve en Física Estadística es la inferencia de las probabilidades de los microestados (configuraciones microscópicas) de un sistema a partir de las leyes de la Teoría de la Probabilidad y de unas pocas restricciones macroscópicas conocidas. Todo este proceso de inferencia estadística puede comprenderse sin necesidad de conocer en detalle los modelos de realidad mecánicos (clásicos o cuánticos), pues el único papel que juega la Mecánica en el proceso es la enumeración de los microestados compatibles con los valores de unas ciertas variables macroscópicas. La filosofía del curso es que, comprendiendo las razones conceptuales por las que este proceso de inferencia estadística funciona, los estudiantes puedan hallar toda la información termodinámica de un sistema a partir de un modelo de realidad dado. De este modo, el curso permite a los estudiantes desarrollar un esquema mental de cómo funcionan la Termodinámica y la Física Estadística y su relación con el resto de la Física, aprender el mecanismo de cálculo de los potenciales termodinámicos entrópicos y aplicarlo a modelos sencillos cuyos detalles, a nivel mecánico, no tienen por qué comprender a fondo.