La física estadística o mecánica estadística es la parte de la física que trata de determinar el comportamiento agregado termodinámico de sistemas macroscópicos a partir de consideraciones microscópicas utilizando para ello herramientas estadísticas junto a leyes mecánicas.
La física estadística puede describir numerosos campos con una naturaleza estocástica (reacciones nucleares, sistemas biológicos, químicos, neurológicos, etc.).
En principio podríamos obtener toda la información necesaria sobre el comportamiento del sistema construyendo e integrando las ecuaciones del movimiento para todos los grados de libertad del sistema, sin embargo y debido al orden de magnitud del número de partículas en los sistemas macroscópicos (1025 partículas) tal enfoque es impracticable, ya que requeriría la resolución de un número increíblemente grande de ecuaciones diferenciales; no sólo eso, sino que introducir las condiciones iniciales de tal sistema sería imposible.
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