Если Вы введёте в поисковик запрос: «Количество степеней свободы молекулы», то получите ответ, что в трёхмерной системе координат каждая одноатомная молекула, находящаяся в точке начала координат, имеет 3 степени свободы, если не учитывать вращательное движение; каждая двухатомная молекула имеет 5 степеней свободы, из них 3 поступательные, 2 вращательные, если два атома находятся на одной из осей; каждая трёхатомная молекула имеет 6 степеней свободы, из них 3 поступательные и 3 вращательные (так и приходит на ум: «Хочешь жить – умей вертеться»). Представили?
Но это в состоянии покоя. А молекулы находятся в беспрерывном движении. Расчёт степеней свободы движущихся молекул можно сделать двумя способами:
Считаем систему координат неподвижной, а молекулу – перемещающейся относительно её осей.
Считаем молекулу, находящуюся постоянно в начале системы координат в точке 0 неподвижной, а саму систему координат движущейся по траектории движения молекулы. (О принципе относительности Галилея я уже рассказала дальше, но Вы прочитаете – или не прочитаете – это позднее).
Способ не имеет принципиального значения, поскольку результат будет одинаков.
Так вот. В каждый момент времени, перемещаясь в пространстве, молекулы меняют свою систему координат или положение относительно точки отсчёта, в зависимости от того, какой способ решения этой задачи мы выберем, тем самым постоянно прибавляя себе количество степеней свободы. Для наглядности возьмём очень грубый пример: сколько степеней свободы накопит одноатомная молекула за 1 минуту, если допустить, что систему координат (положение в пространстве) она меняет 1 раз в секунду (на самом деле, может, и чаще)? Ответ: 3х60 = 180. А за час? И т.д. Реально и за 1 секунду происходит неопределённое количество изменений положения молекулы в пространстве, а потому высчитать общее количество степеней свободы движущейся молекулы арифметическим путём невозможно. Тут нужны приёмы высшей математики, математический анализ, интегральное исчисление в которое в этой сказке я вдаваться не буду, но скажу, что результат такого вычисления приведёт к величине, стремящейся к бесконечности или, по-другому, к потенциально бесчисленному множеству степеней свободы в каждый момент времени. Этот громоздкий математический термин в обиходном общении имеет более короткое название