Inhaltsübersicht
1. Klassische Statistische Physik
Kapitel 1: Klassische Statistische Physik
Die in Bd. 4 des Grundkurs: Theoretische Physik besprochene Thermodynamik ist eine phänomenologische Theorie, die auf wenigen fundamentalen Postulaten (Hauptsätzen) basierend makroskopische Systeme im Gleichgewicht mithilfe weniger Variabler, wie zum Beispiel Druck, Volumen, Temperatur, Dichte, …, beschreibt. Es handelt sich bei ihr jedoch keineswegs um eine abgeschlossene, vollständige Theorie. So konstatiert die Thermodynamik aufgrund empirischen Befunds, dass makroskopische Systeme aus dem Nicht-Gleichgewicht ins Gleichgewicht streben. Es fehlt ihr jedoch jede Möglichkeit, das irreversible Einstellen des Gleichgewichts nachzuvollziehen. Die in den Hauptsätzen zusammengefassten Erfahrungstatsachen bilden die Grundlage der Thermodynamik, werden aber durch sie nicht erklärt. Fundamentale Begriffe wie Temperatur und Wärme zählen gewissermaßen zum Rüstzeug, ihre Existenz muss aber postuliert (Nullter Hauptsatz) oder durch ein gefühlsmäßiges Selbstverständnis begründet werden.
Kapitel 2: Quantenstatistik
Kapitel 3: Quantengase
Die grundlegenden Konzepte der Klassischen Statistischen Physik und der Quantenstatistik haben wir in den ersten beiden Kapiteln kennen gelernt. In diesem und in den folgenden Abschnitten wird es um einige charakteristische Anwendungen dieser Konzepte und um ganz spezielle, ergänzende Fragestellungen gehen. Beginnen wollen wir mit den wichtigen Quantengasen.
Kapitel 4: Phasenübergänge
Die Frage nach den Ursachen und den Mechanismen der Phasenübergänge zählt zu den ältesten Problemen der Physik. Seit Begründung der Naturphilosophie dachten Wissenschaftler darüber nach, warum es die vier verschiedenen Elemente Feuer, Wasser, Erde, Luft gibt und unter welchen Bedingungen sich diese Erscheinungsformen der Materie ineinander umwandeln können. Wir haben uns mit der Theorie der Phasenübergänge, die nach wie vor hochaktuell ist und ein wichtiges Anwendungsgebiet der Statistischen Physik darstellt, bereits in Bd. 4 dieses Grundkurs: Theoretische Physik beschäftigt, soweit dieses im Rahmen der klassischen phänomenologischen Thermodynamik möglich war. In knapper Form werden wir in dem einleitenden Abschn. 4.1 die wichtigsten Resultate und Begriffe noch einmal zusammenstellen und einige für das Folgende wichtige Ergänzungen formulieren, um uns dann in Abschn. 4.2 etwas eingehender mit den kritischen Phänomenen zu befassen, die im Zusammenhang mit so genannten Phasenübergängen zweiter Ordnung beobachtet werden.