Термостат, который любит склеивать вероятности экспресс

Оригинал: "A Closer Look on the Influence of Constraints Upon the Optimization of the Nonadditive Entropic Functional $$S_{q}$$"
arXiv:2605.08860 · 2026-05-09 · CC BY 4.0 · 2 мин
Обычная статистика не справляется, когда частицы помнят друг о друге на любом расстоянии.

Кастрюля с водой на плите рано или поздно успокаивается: температура выравнивается, жидкость перестаёт бурлить. Физики называют это тепловым равновесием — состоянием, в котором энергия распределяется самым вероятным способом. Сто лет назад для такого покоя вывели простое правило: каждая порция энергии достаётся частицам независимо, как лотерейные билеты. Но что делать, если билеты слипаются? Если выигрыш одного меняет шансы другого — и так для всех сразу?

Именно эту задачу решают авторы новой работы. Они берут привычный рецепт равновесия — формулу Больцмана — Гиббса — Шеннона, которая считает неупорядоченность (энтропию) как сумму независимых вкладов, — и заменяют её на более гибкую. В новой версии вероятности не просто складываются, а как бы склеиваются: параметр q управляет силой склейки. Если q=1, всё возвращается к обычной лотерее. Но если q меньше единицы — частицы начинают чувствовать друг друга, и привычное равновесие меняется.

В обычной физике температура растёт с энергией плавно. Здесь же при некоторых условиях термометр может показать скачок: добавили каплю тепла — а температура подскочила резко, будто система сопротивляется нагреву.

Авторы не просто переписали старые уравнения. Они строго доказали, когда решение вообще существует, когда оно единственно и как его вычислить в явном виде. Оказалось, что из множества возможных способов учитывать склейку только два дают изящный результат — распределение вероятностей, похожее на степенной закон. И ещё один, третий способ, который раньше не замечали: он возникает, когда параметр склейки в условии задачи зеркально отражается.

Город, где все жители связаны невидимыми нитями: дёрнув за одну, вы шевелите весь квартал. Обычная статистика здесь бессильна — нужна та самая «склеенная» энтропия.

Самый интересный вывод касается тепла. Учёные ввели понятие эффективной температуры — не той, что показывает обычный градусник, а той, что диктует правила обмена энергией в таком склеенном мире. И показали: если склейка достаточно сильна (q между 0 и 1), то при абсолютном нуле энтропия действительно зануляется — как того требует третий закон термодинамики. А значит, эту причудливую статистику можно применять к реальным системам: от роя гравитирующих частиц до электронных схем на грани хаоса, где обычные предсказания перестают работать.

Параметр q в этой статистике иногда называют «параметром неэкстенсивности». Он появился в 1988 году, когда бразильский физик Константино Тсаллис пытался описать системы с дальней памятью — и с тех пор его формула всплывает в самых неожиданных местах: от турбулентности до финансовых рынков.

Учёные
James Clerk MaxwellLudwig BoltzmannClaude ShannonEmmy NoetherAlbert EinsteinRudolf Clausius
Понятия
нулевое начало термодинамики распределение Больцмана теорема о равнораспределении тепловое равновесие эффективность уравнение Больцмана второй закон термодинамики предел Карно распределение энергии тепловое состояние равновесие эффективная температура свободная энергия энтальпия функция уравнения состояния принцип максимальной энтропии абсолютный ноль термализация теорема Карно граничные условия