所谓统计规律简单地说是指大量分子集团所遵循的运动规律。已知,每一个讨论物质均由两部分所组成,即界面层部分和相内区部分,每一部分均应含有大量分子,因而无论对界面层部分或是对相内区部分均可应用统计规律性进行讨论。
大量分子集团所遵循的运动规律与单体宏观物态所作的机械运动规律有着根本区别,但亦有一定的联系。如果我们研究单个物体的运动,则依据力学的方法,列出该物质的运动方程,然后求解方程,便可求出该物体的运动规律。但是,现在我们从物质内部千千万万个微观粒子的运动情况出发,希望能找到这许多粒子运动的规律与讨论物质宏观性质上的关系,这样使用上述说明单体物质运动规律的方法已无法应用在大量粒子运动的情况。这是因为每种宏观物质内均含有大量的微观粒子,即使是气态物质在每立方厘米的体积内亦含有数量级达1019个分子。故而我们不可能列出所有粒子的运动方程,亦不可能对这许多方程进行求解。即使能够得到这许多方程的解,亦不能反映出我们希望了解的讨论物质的温度、压力等宏观性质,亦就是说,单个粒子的运动规律对大量粒子组成的体系而言已不再重要,单个粒子的运动规律在本质上已不能反映大量粒子组成的体系所呈现的宏观性质。只有大量粒子所表现的集体平均行为才能够在本质上反映由大量粒子组成的体系所呈现的宏观性质。这种建立在一定力学规律(经典力学和量子力学),而又与力学规律有差别的大量粒子集体运动的规律性,称作统计规律性。
在讨论和应用统计规律性时应注意统计规律性的以下特点:
(1)以统计规律性讨论问题时的方法不是去研究单个粒子的运动细节,而应是将讨论体系内物质粒子微观运动规律和讨论体系的宏观性质联系起来,找出微观规律与宏观性质之间的关系,统计力学中称此方法为统计方法。
(2)统计规律性认为大量粒子的运动应是一种随机运动,亦就是说是一种无规律性的运动。其无规律性表现在一定的宏观条件(例如,恒定温度和恒定压力)下,讨论体系内某一讨论分子在某一时刻内处于何种运动状态完全是偶然的。讨论分子的运动方向不定,分子运动速度可从零变化到无穷大,分子位置随时变迁等。但是正是这些大量随机现象导致产生了统计的必然规律,统计规律以概率概念指出分子出现某种运动的可能性,从而由整体上来看,得到了大量分子的综合性质,建立了讨论体系内微观分子运动状态与宏观性质的关系。故而,统计规律性的得到的结果是在一定讨论条件下在某种力学体系内,某一时刻时某种运动状态出现的可能性,即为这种状态出现的概率。
(3)统计规律和物体运动所遵循的力学规律是两种不同规律,因而存在有两种不同的因果关系。力学规律是在给定的讨论条件下在某一时刻讨论物质必然会处于某种确定的运动状态,亦就是说力学规律的因果关系是必然的,绝对的。但是统计规律的因果关系由上面讨论可知只是或然的、随机的。统计规律得到的是在一定讨论条件下某种运动状态出现的可能性。
(4)统计规律性的另一个特点是所得到的统计规律在一定条件下具有一定的稳定性。例如,在温度恒定条件下大量气体分子速度的统计分布应该遵守Maxwell分布。但与统计规律稳定性一起,统计规律中必定存在有涨落现象。例如按照某种统计方法得到某种统计平均值,这是指在许多次计算下所得的平均值。但是在某一瞬时实际值可能比平均值多,也可能比平均值少。这个与平均值存在有偏差的现象在统计力学中叫做涨落现象,或称起伏现象。涨落现象是由于统计规律的基础——随机性的必然结果。