统计力学是一门研究大量粒子系统的物理学科，旨在从微观粒子的行为出发，解释宏观物理现象。其内容既包括对平衡态系统的研究，也涉及对非平衡态系统的探索。
在19世纪，物理学家们致力于理解热力学定律背后的微观机制。热力学是一门研究能量转换、热量传递与做功之间关系的学科，主要通过宏观量，如温度、压力和体积，描述系统的状态。然而，热力学并未深入探讨这些宏观量的微观起源。为了解决这一问题，统计力学应运而生。通过引入概率论和统计学的方法，统计力学将大量粒子的微观行为与宏观物理量联系起来，成功解释了热力学定律的微观基础。
平衡态统计力学主要研究系统在平衡状态下的性质。在平衡态，系统的宏观性质不随时间变化。通过分析系统的微观态，平衡态统计力学能够推导出宏观热力学量，如内能、熵和自由能等。这一理论框架不仅巩固了热力学的基础，还为理解物质的相变、化学反应等现象提供了有力工具。
然而，自然界中的许多过程并非处于平衡状态。例如，热传导、扩散(热传导方程与扩散方程；扩散、热传导与电流传导；势场中的扩散；布朗运动与扩散；布朗运动与朗之万方程)、化学反应(化学反应的质量作用定律；为什么化学反应不遵循质量守恒定律？；对化学反应的通俗理解；化学反应都是可逆反应吗？)等过程都涉及系统的非平衡态行为。为了解释这些现象，非平衡态统计力学应运而生。非平衡态统计力学研究非平衡状态下系统如何随着时间演化，最终达到平衡。尽管这一领域的研究相对复杂，但它对于理解自然界中的动态过程至关重要。
统计力学的发展已经有近300年的历史。瑞士物理学家丹尼尔·伯努利在1738年的《流体力学》中提出了气体动理论的基础观点，认为气体由大量分子组成，这些分子的运动导致了我们所感知的压力和温度。苏格兰物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦在1859年提出了麦克斯韦速度分布律，描述了气体分子速度的统计分布，这是物理学中首个统计定律。奥地利物理学家路德维希·玻尔兹曼进一步发展了这一理论，他提出了熵的统计解释，建立了微观状态与宏观热力学量之间的联系。美国物理学家乔赛亚·威拉德·吉布斯在1884年首次提出了“统计力学”这一术语，并在1902年出版的《统计力学原理》中系统地阐述了统计力学的方法，为这一领域奠定了理论基础。进入20世纪，意大利物理学家恩里科·费米在统计力学、量子理论和核物理领域做出了重要贡献，特别是在费米-狄拉克统计方面。阿尔伯特·爱因斯坦也对统计力学的发展做出了重要贡献，他在研究布朗运动时提供了对原子和分子存在的有力证据，并在1905年发表的论文中解释了布朗运动的统计性质，进一步验证了分子运动理论。
在中国，物理学家黄祖洽在输运理论方面取得了重要成果，他的研究系统总结在《核反应堆动力学基础》和《输运理论》两本专著中。此外，中国科学院理论物理研究所的周光召、苏肇冰、郝柏林和于渌等人对非平衡态统计物理学的发展做出了重要贡献，特别是在闭路格林函数方法的研究方面。
统计力学与热力学之间存在密切关系。热力学通过实验观察总结出一系列定律，而统计力学则从微观角度解释这些定律的起源。通过统计力学，热力学中的概念，如温度和熵，获得了微观粒子层面的解释。温度被视为粒子运动的平均动能的体现，熵则与系统的微观态数量相关。统计力学不仅为热力学提供了坚实的理论基础，还拓展了其应用范围，使我们能够更深入地理解自然界的各种现象。
