يصف توزيع بوز-آينشتاين السلوك الإحصائي لجسيمات الدوران الصحيحة التي تسمى البوزونات، ففي درجات الحرارة المنخفضة، يمكن للبوزونات أن تتصرف بشكل مختلف تمامًا عن الفرميونات لأن عددًا غير محدود منها يمكن أن يتجمع في نفس حالة الطاقة، وهي ظاهرة تسمى التكثيف.
إحصائيات بوز آينشتاين في فيزياء الكم
في الميكانيكا الإحصائية، تحدد إحصائيات بوز اينشتاين التوزيع الإحصائي للبوزونات المتطابقة التي لا يمكن تمييزها على حالات الطاقة في التوازن الحراري، وتنطبق إحصائيات فيرمي ديراك وبوز آينشتاين عندما يجب أخذ التأثيرات الكمية في الاعتبار وتعتبر الجسيمات غير قابلة للتمييز؛ ويكون التركيز الكمي عندما تكون المسافة بين الجسيمات مساوية للطول الموجي الحراري لبرولي، أي عندما تتلامس الوظائف الموجية للجسيمات ولكنها غير متداخلة.
حيث أن تركيز الكم يعتمد على درجة الحرارة؛ ستضع درجات الحرارة المرتفعة معظم الأنظمة في الحد الكلاسيكي ما لم تكن ذات كثافة عالية جدًا مثل القزم الأبيض؛ وتنطبق إحصائيات فيرمي ديراك على الفرميونات التي هي الجسيمات التي تتبع مبدأ استبعاد باولي؛ وتنطبق إحصائيات بوز-آينشتاين على البوزونات، وأصبح كل من فيرمي ديراك وبوز اينشتاين إحصاءات ماكسويل بولتزمان في درجات حرارة عالية أو تركيزات منخفضة.
وغالبًا ما توصف إحصائيات ماكسويل بولتزمان بأنها إحصائيات الجسيمات الكلاسيكية المميزة؛ وبعبارة أخرى يختلف تكوين الجسيم A في الحالة 1 والجسيم B في الحالة 2 عن الحالة التي يكون فيها الجسيم B في الحالة 1 والجسيم A في الحالة 2، وعندما يتم تنفيذ هذه الفكرة بالكامل، فإنه ينتج عنها المناسبة احصائيات بولتزمان وهي توزيع الجسيمات في حالات الطاقة؛ ولكن ينتج عنه نتائج غير فيزيائية للإنتروبيا كما تجسد في مفارقة جيبس.
تختفي هذه المشاكل عندما يدرك أن كل الجسيمات في الواقع لا يمكن تمييزها، ويقترب كلا هذين التوزيعين من توزيع ماكسويل بولتزمان في حدود درجات الحرارة العالية والكثافة المنخفضة، دون الحاجة إلى أي افتراضات مخصصة، حيث أن إحصائيات ماكسويل بولتزمان مفيدة بشكل خاص لدراسة الغازات، وغالبًا ما تستخدم إحصائيات فيرمي ديراك لدراسة الإلكترونات في المواد الصلبة، على هذا النحو فهي تشكل أساس نظرية جهاز أشباه الموصلات.
1- أي نوع من الجسيمات يخضع لإحصائيات بوز-آينشتاين
يقال إن الجسيمات ذات السبينات المتكاملة تخضع لإحصائيات بوز-آينشتاين، وتخضع الجسيمات ذات السبينات نصف المتكاملة لإحصاءات فيرمي ديراك.
2- ما الذي كانت تستخدمه إحصائيات بوز-آينشتاين
إحصائيات بوز-آينشتاين هي إجراء لحساب الحالات المحتملة للأنظمة الكمية المكونة من جسيمات متطابقة مع عدد صحيح مغزلي.
3- ما هي الافتراضات الرئيسية لإحصاءات بوز-آينشتاين
تنطبق إحصائيات بوز-آينشتاين فقط على الجسيمات التي لا تقتصر على الإشغال الفردي لنفس الحالة، أي أن الجسيمات التي لا تخضع لقيود مبدأ استبعاد باولي، وهذه الجسيمات لها قيم صحيحة لللف المغزلي وتسمى البوزونات.
4- لماذا يعتبر بوز آينشتاين حالة من المادة
مكثف بوز-آينشتاين هو حالة من المادة تتشكل عندما يتم تبريد غاز منخفض الكثافة من الذرات إلى درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق وينهار إلى حالة كمومية شديدة الكثافة.
5- من أعطى إحصائيات بوز-آينشتاين
إنها حالة تتكون من بوزونات ضعيفة التفاعل عند درجة حرارة قريبة من الصفر المطلق، عندما يتم الوصول إلى درجة الحرارة هذه، فإن معظم البوزونات تحتل أدنى حالة كمومية للجهد الخارجي، لذلك فإن العالم الهندي الذي أعطى احصائيات بوز اينشتاين هو Satyendra Nath Bose.
6- ما أهمية إحصائيات بوز-آينشتاين في مجال الفيزياء
اكتشف بوز كيف ستتصرف مجموعة من الفوتونات المتطابقة، وأرسل ورقته البحثية إلى ألبرت أينشتاين الذي أدرك قيمة عمله البحثي وقام بتوسيعه تحت اسم احصائيات بوز اينشتاين وتسمى الجسيمات مثل الفوتونات التي تخضع لهذه الإحصائيات البوزونات.
لا تخضع البوزونات، على عكس الفرميونات، لمبدأ استبعاد باولي، وقد يشغل عدد غير محدود من الجسيمات نفس الحالة في نفس الوقت؛ وهذا يفسر لماذا يمكن للبوزونات، في درجات الحرارة المنخفضة، حيث أن تتصرف بشكل مختلف تمامًا عن الفرميونات، وسوف تميل كل الجسيمات إلى التجمع معًا في نفس حالة الطاقة الأقل، مكونة ما يعرف بتكثيف بوز-آينشتاين.
