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统计力学是理论物理学的一支。它最出色之处，是它的应用。应用的范围包括物理、天文、化学、材料、以至于生物学。它从物质是由大量的分子和原子组成的这一事实出发，利用微观量的统计平均法，推论出这个宏观系统的可测性质。统计力学的数学基础为概率定律，基本假设为在平衡态时，所有可能态发生的概率是相等的。统计力学的理论可分为三分方面：第一方面是关于平衡性质的理论，又称统计热力学；第二方面是关于非平衡态的理论，也就是讨论输运过程的理论；而第三方面是关涨落现象的理论，这方面讨论布朗运动(Brownian motion)等问题。最早统计力学的发展是建筑在古典力学上，称为经典统计力学，后来量子力学建立后，知道统计力学的基础应当建筑在量子力学上，由此建立的统计力学可以正确地解释自然现象，我们称为量子统计力学。