Quantumstatistiek
De
klassieke theorieën gaan uit van de hypothese, dat deeltjes van elkaar te
onderscheiden zijn, als kleine biljard balletjes. Dat deze hypothese wel fout
moet zijn laat Josiah Gibbs (1839-1903) in de naar hem genoemde paradox zien.
De
klassieke statistische fysica blijkt als zodanig dan ook niet geheel te voldoen
voor de kinetische gastheorie. De Oosterijkse fysicus Ludwig Eduard Boltzmann
zag indertijd niet in waarom zijn statistische berekeningen niet voldeden,
zelfs niet voor ideale
één atoomige gassen. Zijn afleidingen waren immers
perfect en zijn uitgangspunten leken logisch. Boltzmann werd zeer depressief
van en pleegde in 1906 zelfmoord.
Veel
later pas, aan het begin van de 20e eeuw, kwam de oplossing voor het probleem.
De oplossing kwam uit de quantumfysica. Uit de quantummechanica volgt behalve
de ononderscheidbaarheid nog een beperkende voorwaarde voor de verdeling van de
deeltjes over de beschikbare toestanden.
Als
een deeltje gerepresenteerd kan worden door een antisymmetrische golffuctie,
dan treedt het uitsluitingsprincipe in werking hetgeen inhoudt dat één toestand
door één deeltje bezet kan worden. Dit leide tot de Fermi-Dirac
verdelingswet.
De
andere quantumstatistiek gaat over deeltjes met een symmetrische golffunctie
daarom geen uitsluiting vertonen. Dit leidde
tot de Bose-Einstein
verdelingswet.
De
Maxwell-Boltzmann verdelingswet wordt vaak nog gebruikt als benadering voor de
quantum-verdelingswetten.
Een
grote verzameling van deeltjes welke niet onderscheidbaar zijn noemt men een
quantumgas