canonical ensemble

統計力学におけるcanonical ensemble（正準アンサンブル）は、系が巨大な熱浴と接触しており、温度が一定に保たれている状況を記述するための枠組みです。このモデルでは、系と熱浴の間でエネルギーのやり取りが行われるため、系のエネルギーは固定されていませんが、平均的なエネルギーは一定に保たれます。

他のアンサンブルとの違い

microcanonical ensemble（ミクロ正準アンサンブル）がエネルギー、体積、粒子数がすべて固定された孤立系を扱うのに対し、canonical ensembleは温度が固定された閉鎖系を扱います。また、grand canonical ensemble（大正準アンサンブル）では温度に加えて粒子数までもが変動することを許容します。実用上の計算においては、温度という制御しやすいパラメータを用いるcanonical ensembleが最も頻繁に利用されます。

物理的な意味と適用

この概念の核心は、系が取り得る各状態の出現確率が、その状態のエネルギーに基づいたボルツマン分布に従うという点にあります。これにより、個々の微視的な状態をすべて追跡することなく、分配関数を通じて系の自由エネルギーや比熱などのマクロな熱力学的性質を導き出すことが可能になります。