Introduction
L
)APPRENTISSAGE de la mecanique statistique, comme celui de la mecanique quantique, est deroutant : l'intuition heritee de l'experience quotidienne et des
connaissances de physique du lycee n'est pas bonne conseillere, elle doit etre reeduquee.
De meme que le comportement quantique de la matiere echappe a notre perception
usuelle du monde, ou ce comportement ne se manifeste pas directement, la mecanique
statistique est celle de systemes dont le nombre de constituants, de l'ordre du nombre
d' Avogadro 6 x 10 23 , defie toute imagination. C' est une physique des ( tres) grands
nombres. Elle a sa propre culture: il s'agit de l'acquerir. L'affaire devient encore plus
complexe si a cette culture nouvelle on doit ajouter celle de la mecanique quantique.
On peut parler sa langue maternelle - pas tres bien - sans connaitre la theorie : la
grammaire. On s'habitue, c'est tout. .. En revanche, on ne peut pas faire de mecanique
quantique ou de mecanique statistique sans theorie. Mais ceci ne signifie pas que
son utilisation clans des situations physiques concretes doive attendre que la theorie
soit assimilee. Ce serait d'ailleurs tout simplement impossible. Plus encore que clans
d'autres domaines, la pratique est une condition sine qua non de la comprehension.
Ce livre, principalement adresse aux etudiants de troisieme annee de licence et
en master de physique - mais aussi aux chercheurs qui voudraient rafrakhir leur
memoire - ne cherche pas a remplacer un cours de mecanique statistique. Mais il a
l'ambition d'etre un peu plus qu'un recueil d'exercices avec solutions. Il vise, a l'aide
d'une progression de problemes, a faire comprendre comment ra marche. Ces problemes sont longuement corriges et commentes. La correction sera d'ailleurs d'autant
plus detaillee que le probleme sera simple. Les plus difficiles (indiques comme tels),
ne pouvant etre abordes sans un minimum de connaissances, auront une correction
complete, mais plus synthetique. Plusieurs solutions seront souvent proposees. Meme
s'il n'y a pas de mecanique statistique purement classique (l'indiscernabilite des particules et le denombrement des etats sont essentiellement des notions quantiques),
nous avons juge plus clair de mettre en seconde partie seulement la mecanique statistique quantique, celle qui utilise explicitement les statistiques de Fermi-Dirac et de
Bose-Einstein.
L
)APPRENTISSAGE de la mecanique statistique, comme celui de la mecanique quantique, est deroutant : l'intuition heritee de l'experience quotidienne et des
connaissances de physique du lycee n'est pas bonne conseillere, elle doit etre reeduquee.
De meme que le comportement quantique de la matiere echappe a notre perception
usuelle du monde, ou ce comportement ne se manifeste pas directement, la mecanique
statistique est celle de systemes dont le nombre de constituants, de l'ordre du nombre
d' Avogadro 6 x 10 23 , defie toute imagination. C' est une physique des ( tres) grands
nombres. Elle a sa propre culture: il s'agit de l'acquerir. L'affaire devient encore plus
complexe si a cette culture nouvelle on doit ajouter celle de la mecanique quantique.
On peut parler sa langue maternelle - pas tres bien - sans connaitre la theorie : la
grammaire. On s'habitue, c'est tout. .. En revanche, on ne peut pas faire de mecanique
quantique ou de mecanique statistique sans theorie. Mais ceci ne signifie pas que
son utilisation clans des situations physiques concretes doive attendre que la theorie
soit assimilee. Ce serait d'ailleurs tout simplement impossible. Plus encore que clans
d'autres domaines, la pratique est une condition sine qua non de la comprehension.
Ce livre, principalement adresse aux etudiants de troisieme annee de licence et
en master de physique - mais aussi aux chercheurs qui voudraient rafrakhir leur
memoire - ne cherche pas a remplacer un cours de mecanique statistique. Mais il a
l'ambition d'etre un peu plus qu'un recueil d'exercices avec solutions. Il vise, a l'aide
d'une progression de problemes, a faire comprendre comment ra marche. Ces problemes sont longuement corriges et commentes. La correction sera d'ailleurs d'autant
plus detaillee que le probleme sera simple. Les plus difficiles (indiques comme tels),
ne pouvant etre abordes sans un minimum de connaissances, auront une correction
complete, mais plus synthetique. Plusieurs solutions seront souvent proposees. Meme
s'il n'y a pas de mecanique statistique purement classique (l'indiscernabilite des particules et le denombrement des etats sont essentiellement des notions quantiques),
nous avons juge plus clair de mettre en seconde partie seulement la mecanique statistique quantique, celle qui utilise explicitement les statistiques de Fermi-Dirac et de
Bose-Einstein.