Статистическая сумма

Статистическая сумма (или статсумма) (обозначается <math>Z</math>, от нем. Zustandssumme — сумма по состояниям) — важная величина в статистической физике, содержащая информацию о статистических свойствах системы в состоянии термодинамического равновесия. Она является функцией температуры и других параметров, таких как объём. Многие термодинамические величины системы, такие как энергия, свободная энергия, энтропия и давление, могут быть выражены через статистическую сумму и её производные.

Существует несколько типов статистической суммы, каждый из которых соответствует различным статистическим ансамблям. Каноническая статистическая сумма относится к каноническому статистическому ансамблю, в котором система может обмениваться с окружающей средой теплотой при фиксированных температуре, объёме и числе частиц. Большая каноническая статистическая сумма относится к большому каноническому статистическому ансамблю, в котором система может обмениваться с окружающей средой как теплотой, так и частицами при фиксированных температуре, объёме и химическом потенциале. В других ситуациях можно определить другие типы статистических сумм.

Статистическая сумма в каноническом ансамбле

Определение

Предположим, что имеется подчиняющаяся законам термодинамики система, находящаяся в постоянном тепловом контакте со средой, которая имеет температуру <math>T</math>, а объём системы и количество составляющих её частиц фиксированы. В такой ситуации система относится к каноническому ансамблю. Обозначим точные состояния, в которых может находиться система, через <math>j</math> <math>(j=1,2,3,\ldots)</math>, а полную энергию системы в состоянии <math>j</math> — <math>E_j</math>. Как правило, эти микросостояния можно рассматривать как дискретные квантовые состояния системы.

Каноническая статистическая сумма — это

<math>Z=\sum_j e^{-\beta E_j},</math>

где обратная температура <math>\beta</math> определена как

<math>\beta\equiv\frac{1}{k_BT},</math>

а <math>k_B</math> — это постоянная Больцмана. В классической статистической механике было бы некорректно определять статистическую сумму в виде суммы дискретных членов, как в приведённой выше формуле. В классической механике координаты и импульсы частиц могут меняться непрерывно, и множество микросостояний несчётно. В таком случае необходимо провести разбиение фазового пространства на ячейки, то есть два микросостояния считаются одинаковыми, если их различия в координатах и импульсах «не слишком велики». При этом статистическая сумма принимает вид интеграла. Например, статистическая сумма газа из <math>N</math> классических частиц равна

<math>Z=\frac{1}{N!h^{3N}}\int \exp[-\beta H(p_1,\ldots,p_N,x_1,\ldots,x_N)]\,d^3p_1\ldots d^3p_N\,d^3x_1\ldots d^3x_N,</math>

где <math>h</math> — некоторая величина размерности действия (которая должна быть равна постоянной Планка для соответствия квантовой механике), а <math>H</math> — классический гамильтониан. Причины появления множителя <math>N!</math> объяснены ниже. Для простоты в этой статье будет использоваться дискретный вид статистической суммы, но полученные результаты в равной мере относятся и к непрерывному виду.

В квантовой механике статистическая сумма может быть записана более формально как след по пространству состояний (который не зависит от выбора базиса):

<math>Z=\mathrm{tr}\,(e^{-\beta H}),</math>

где <math>H</math> — оператор Гамильтона. Экспонента от оператора определяется с помощью разложения в степенной ряд.

Смысл и значимость

Сначала рассмотрим, от чего она зависит. Статистическая сумма является функцией, в первую очередь, температуры <math>T</math>, а во вторую — энергий микросостояний <math>E_1,E_2,E_3</math> и т. д. Энергии микросостояний определяются другими термодинамическими величинами, такими как число частиц и объём, а также микроскопическими свойствами, такими как масса частиц. Эта зависимость от микроскопических свойств является основной в статистической механике. По модели микроскопических составляющих системы можно рассчитать энергии микросостояний, а следовательно, и статистическую сумму, которая позволяет рассчитать все остальные термодинамические свойства системы.

Статистическая сумма может быть использована для расчёта термодинамических величин, поскольку она имеет очень важный статистический смысл. Вероятность <math>P_j</math>, с которой система находится в микросостоянии <math>j</math>, равна

<math>P_j=\frac{1}{Z}e^{-\beta E_j}.</math>

Статистическая сумма входит в распределение Гиббса в виде нормировочного множителя (она не зависит от <math>j</math>), обеспечивая равенство единице суммы вероятностей:

<math>\sum_j P_j=\frac{1}{Z}\sum_j e^{-\beta E_j}=\frac{1}{Z}Z=1.</math>

Вычисление термодинамической полной энергии

Чтобы продемонстрировать полезность статистической суммы, рассчитаем термодинамическое значение полной энергии. Это просто математическое ожидание, или среднее по ансамблю значение энергии, равное сумме энергий микросостояний, взятых с весами, равными их вероятностям:

<math>\langle E\rangle=\sum_j E_jP_j=\frac{1}{Z}\sum_j E_j e^{-\beta E_j}=-\frac{1}{Z}\frac{\partial}{\partial\beta}Z(\beta,\;E_1,\;E_2,\;\ldots)=-\frac{\partial\ln Z}{\partial\beta}</math>

или, что то же самое

<math>\langle E\rangle=k_B T^2\frac{\partial\ln Z}{\partial T}.</math>

Можно также заметить, что если энергии микросостояний зависят от параметра <math>\lambda</math> как

<math>E_j=E_j^{(0)}+\lambda A_j</math>

для всех <math>j</math>, то среднее значение <math>A</math> равно

<math>\langle A\rangle=\sum_j A_jP_j=-\frac{1}{\beta}\frac{\partial}{\partial\lambda}\ln Z(\beta,\;\lambda).</math>

На этом основан приём, позволяющий вычислить средние значения многих микроскопических величин. Нужно искусственно добавить эту величину к энергии микросостояний (или, на языке квантовой механики, к гамильтониану), вычислить новую статистическую сумму и среднее значение, а затем в итоговом выражении положить <math>\lambda</math> равным нулю. Аналогичный метод применяется в квантовой теории поля.

Связь с термодинамическими величинами

В этом разделе приведена связь статистической суммы с различными термодинамическими параметрами системы. Эти результаты могут быть получены с помощью метода, описанного в предыдущем разделе, и различных термодинамических соотношений.

Как мы уже видели, энергия равна

<math>\langle E\rangle=-\frac{\partial\ln Z}{\partial\beta}.</math>

Флуктуация энергии равна

<math>\langle\delta E^2\rangle\equiv\langle(E-\langle E\rangle)^2\rangle=\frac{\partial^2\ln Z}{\partial\beta^2}.</math>

Теплоёмкость равна

<math>c_v=\frac{\partial\langle E\rangle}{\partial T}=\frac{1}{k_B T^2}\langle\delta E^2\rangle.</math>

Энтропия равна

<math>S\equiv-k_B\sum_j P_j\ln P_j=k_B(\ln Z+\beta\langle E\rangle)=\frac{\partial}{\partial T}(k_B T\ln Z)=-\frac{\partial F}{\partial T},</math>

где <math>F</math> — свободная энергия, определяемая как <math>F=E-TS</math>, где <math>E</math> — полная энергия, а <math>S</math> — энтропия, так что

<math>F=\langle E\rangle-TS=-k_B T\ln Z.</math>

Статистическая сумма подсистем

Предположим, что система состоит из <math>N</math> подсистем, взаимодействие между которыми пренебрежимо мало. Если статистические суммы подсистем равны <math>\zeta_1,\;\zeta_2,\;\ldots,\;\zeta_N</math>, то статистическая сумма всей системы равна произведению отдельных статистических сумм:

<math>Z =\prod_{j=1}^N\zeta_j.</math>

Если подсистемы обладают одинаковыми физическими свойствами, то их статистические суммы одинаковы: <math>\zeta_1=\zeta_2=\ldots=\zeta</math>, и в этом случае

<math>Z=\zeta^N.</math>

Из этого правила, однако, есть одно известное исключение. Если подсистемы — это тождественные частицы, то есть, исходя из принципов квантовой механики, их невозможно различить даже в принципе, общая статистическая сумма должна быть разделена на <math>N!</math>:

<math>Z=\frac{\zeta^N}{N!}.</math>

Это делается, чтобы не учитывать одно и то же микросостояние несколько раз.

Статистическая сумма большого канонического ансамбля

Определение

Аналогично канонической статистической сумме для канонического ансамбля, можно определить большую каноническую статистическую сумму для большого канонического ансамбля — системы, которая может обмениваться со средой и теплотой, и частицами, и имеет постоянную температуру <math>T</math>, объём <math>V</math> и химический потенциал <math>\mu</math>. Большая каноническая статистическая сумма, хотя и более сложна для понимания, упрощает расчёт квантовых систем. Большая каноническая статистическая сумма <math>\mathcal{Z}</math> для квантового идеального газа записывается как:

<math>\mathcal{Z}=\sum_{N=0}^\infty\,\sum_{\{n_i\}}\,\prod_i e^{-\beta n_i(\varepsilon_i-\mu)},</math>

где <math>N</math> — общее количество частиц в объёме <math>V</math>, индекс <math>i</math> пробегает все микросостояния системы, <math>n_i</math> — число частиц в состоянии <math>i</math>, а <math>\varepsilon_i</math> — энергия в состоянии <math>i</math>. <math>\{n_i\}</math> — всевозможные наборы чисел заполнения каждого микросостояния, такие что <math>\sum_i n_i=N</math>. Рассмотрим, например, слагаемое, соответствующее <math>N=3</math>. Один из возможных наборов чисел заполнения будет <math>\{n_i\}=0,\;1,\;0,\;2,\;0,\ldots</math>, он даёт вклад в слагаемое с <math>N=3</math>, равный

<math>\prod_i e^{-\beta n_i(\varepsilon_i-\mu)}=e^{-\beta(\varepsilon_1-\mu)}\,e^{-2\beta(\varepsilon_3-\mu)}.</math>

Для бозонов числа заполнения могут принимать любые целые неотрицательные значения при том, что их сумма равна <math>N</math>. Для фермионов, в соответствии с принципом запрета Паули, числа заполнения могут быть равны только 0 или 1, но их сумма опять же равна <math>N</math>.

Частные случаи

Можно показать, что указанное выражение для большой канонической статистической суммы математически эквивалентно следующему:

<math>\mathcal{Z}=\prod_i\mathcal{Z}_i.</math>

(Это произведение иногда берётся по всем значениям энергии, а не по отдельным состояниям, и в этом случае каждая отдельная статистическая сумма должна быть возведена в степень <math>g_i</math>, где <math>g_i</math> — число состояний с такой энергией. <math>g_i</math> также называется степенью вырождения.)

Для системы, состоящей из бозонов:

<math>\mathcal{Z}_i=\sum_{n_i=0}^\infty e^{-\beta n_i(\varepsilon_i-\mu)}=\frac{1}{1-e^{-\beta(\varepsilon_i-\mu)}},</math>

а для системы, состоящей из фермионов:

<math>\mathcal{Z}_i=\sum_{n_i=0}^1 e^{-\beta n_i(\varepsilon_i-\mu)}=\frac{1}{1+e^{-\beta(\varepsilon_i-\mu)}}.</math>

В случае максвелловско-больцмановского газа необходимо корректно подсчитывать состояния и делить больцмановский множитель <math>e^{-\beta (\varepsilon_i-\mu)}</math> на <math>n_i!</math>

<math>\mathcal{Z}_i=\sum_{n_i=0}^\infty\frac{e^{-\beta n_i(\varepsilon_i-\mu)}}{n_i!}=\exp\left(e^{-\beta(\varepsilon_i-\mu)}\right).</math>

Связь с термодинамическими величинами

Так же как и каноническая статистическая сумма, большую каноническую статистическую сумму можно использовать для вычисления термодинамических и статистических величин системы. Как и в каноническом ансамбле, термодинамические величины не фиксированы, а статистически распределены вокруг среднего значения. Обозначая <math>\alpha=-\beta\mu</math>, получаем средние значения чисел заполнения:

<math>\langle n_i\rangle=-\left(\frac{\partial\ln\mathcal{Z}_i}{\partial\alpha}\right)_{\beta,\;V}=\frac{1}{\beta}\left(\frac{\partial\ln\mathcal{Z}_i}{\partial\mu}\right)_{\beta,\;V}.</math>

Для больцмановских частиц это даёт:

<math>\langle n_i\rangle=e^{-\beta(\varepsilon_i-\mu)}.</math>

Для бозонов:

<math>\langle n_i\rangle=\frac{1}{e^{\beta(\varepsilon_i-\mu)}-1}.</math>

Для фермионов:

<math>\langle n_i\rangle=\frac{1}{e^{\beta(\varepsilon_i-\mu)}+1},</math>

что совпадает с результатами, получаемыми с помощью канонического ансамбля для статистики Максвелла — Больцмана, статистики Бозе — Эйнштейна и статистики Ферми — Дирака соответственно. (Степень вырождения <math>g_i</math> отсутствует в этих уравнениях, поскольку индекс <math>i</math> нумерует отдельные состояния, а не уровни энергии.)

Общее число частиц

<math>\langle N\rangle=-\left(\frac{\partial\ln\mathcal{Z}}{\partial\alpha}\right)_{\beta,\;V}=\frac{1}{\beta}\left(\frac{\partial\ln\mathcal{Z}}{\partial\mu}\right)_{\beta,\;V}.</math>

Флуктуация общего числа частиц

<math>\mathrm{var}\,(N)=\left(\frac{\partial^2\ln\mathcal{Z}}{\partial\alpha^2}\right)_{\beta,\;V}.</math>

Внутренняя энергия

<math>\langle E\rangle=-\left(\frac{\partial\ln\mathcal{Z}}{\partial\beta}\right)_{\mu,\;V}+\mu\langle N\rangle.</math>

Флуктуация внутренней энергии

<math>\mathrm{var}\,(E)=\left(\frac{\partial^2\ln\mathcal{Z}}{\partial\beta^2}\right)_{\mu,\;V}.</math>

Давление

<math>\langle P\rangle=\frac{1}{\beta}\left(\frac{\partial\ln\mathcal{Z}}{\partial V}\right)_{\mu,\;\beta}.</math>

Механическое уравнение состояния

<math>\langle PV\rangle=\frac{\ln\mathcal{Z}}{\beta}.</math>

Литература

• Кубо Р. Статистическая механика. — М.: Мир, 1967.
• Хуанг К. Статистическая механика. — М.: Мир, 1966. (Huang, Kerson, «Statistical Mechanics», John Wiley & Sons, New York, 1967.)
• Исихара А. Статистическая физика. — М.: Мир, 1973. (Isihara A. «Statistical Physics». — New York: Academic Press, 1971.)
• Kelly, James J. [www.physics.umd.edu/courses/Phys603/kelly/Notes/IdealQuantumGases.pdf Lecture notes].
• Ландау, Л. Д., Лифшиц, Е. М. Статистическая физика. Часть 1. — Издание 5-е. — М.: Физматлит, 2005. — 616 с. — («Теоретическая физика», том V). — ISBN 5-9221-0054-8..

Отрывок, характеризующий Статистическая сумма

– Алпатыч! – вдруг окликнул старика чей то знакомый голос.
– Батюшка, ваше сиятельство, – отвечал Алпатыч, мгновенно узнав голос своего молодого князя.
Князь Андрей, в плаще, верхом на вороной лошади, стоял за толпой и смотрел на Алпатыча.
– Ты как здесь? – спросил он.
– Ваше… ваше сиятельство, – проговорил Алпатыч и зарыдал… – Ваше, ваше… или уж пропали мы? Отец…
– Как ты здесь? – повторил князь Андрей.
Пламя ярко вспыхнуло в эту минуту и осветило Алпатычу бледное и изнуренное лицо его молодого барина. Алпатыч рассказал, как он был послан и как насилу мог уехать.
– Что же, ваше сиятельство, или мы пропали? – спросил он опять.
Князь Андрей, не отвечая, достал записную книжку и, приподняв колено, стал писать карандашом на вырванном листе. Он писал сестре:
«Смоленск сдают, – писал он, – Лысые Горы будут заняты неприятелем через неделю. Уезжайте сейчас в Москву. Отвечай мне тотчас, когда вы выедете, прислав нарочного в Усвяж».
Написав и передав листок Алпатычу, он на словах передал ему, как распорядиться отъездом князя, княжны и сына с учителем и как и куда ответить ему тотчас же. Еще не успел он окончить эти приказания, как верховой штабный начальник, сопутствуемый свитой, подскакал к нему.
– Вы полковник? – кричал штабный начальник, с немецким акцентом, знакомым князю Андрею голосом. – В вашем присутствии зажигают дома, а вы стоите? Что это значит такое? Вы ответите, – кричал Берг, который был теперь помощником начальника штаба левого фланга пехотных войск первой армии, – место весьма приятное и на виду, как говорил Берг.
Князь Андрей посмотрел на него и, не отвечая, продолжал, обращаясь к Алпатычу:
– Так скажи, что до десятого числа жду ответа, а ежели десятого не получу известия, что все уехали, я сам должен буду все бросить и ехать в Лысые Горы.
– Я, князь, только потому говорю, – сказал Берг, узнав князя Андрея, – что я должен исполнять приказания, потому что я всегда точно исполняю… Вы меня, пожалуйста, извините, – в чем то оправдывался Берг.
Что то затрещало в огне. Огонь притих на мгновенье; черные клубы дыма повалили из под крыши. Еще страшно затрещало что то в огне, и завалилось что то огромное.
– Урруру! – вторя завалившемуся потолку амбара, из которого несло запахом лепешек от сгоревшего хлеба, заревела толпа. Пламя вспыхнуло и осветило оживленно радостные и измученные лица людей, стоявших вокруг пожара.
Человек во фризовой шинели, подняв кверху руку, кричал:
– Важно! пошла драть! Ребята, важно!..
– Это сам хозяин, – послышались голоса.
– Так, так, – сказал князь Андрей, обращаясь к Алпатычу, – все передай, как я тебе говорил. – И, ни слова не отвечая Бергу, замолкшему подле него, тронул лошадь и поехал в переулок.


От Смоленска войска продолжали отступать. Неприятель шел вслед за ними. 10 го августа полк, которым командовал князь Андрей, проходил по большой дороге, мимо проспекта, ведущего в Лысые Горы. Жара и засуха стояли более трех недель. Каждый день по небу ходили курчавые облака, изредка заслоняя солнце; но к вечеру опять расчищало, и солнце садилось в буровато красную мглу. Только сильная роса ночью освежала землю. Остававшиеся на корню хлеба сгорали и высыпались. Болота пересохли. Скотина ревела от голода, не находя корма по сожженным солнцем лугам. Только по ночам и в лесах пока еще держалась роса, была прохлада. Но по дороге, по большой дороге, по которой шли войска, даже и ночью, даже и по лесам, не было этой прохлады. Роса не заметна была на песочной пыли дороги, встолченной больше чем на четверть аршина. Как только рассветало, начиналось движение. Обозы, артиллерия беззвучно шли по ступицу, а пехота по щиколку в мягкой, душной, не остывшей за ночь, жаркой пыли. Одна часть этой песочной пыли месилась ногами и колесами, другая поднималась и стояла облаком над войском, влипая в глаза, в волоса, в уши, в ноздри и, главное, в легкие людям и животным, двигавшимся по этой дороге. Чем выше поднималось солнце, тем выше поднималось облако пыли, и сквозь эту тонкую, жаркую пыль на солнце, не закрытое облаками, можно было смотреть простым глазом. Солнце представлялось большим багровым шаром. Ветра не было, и люди задыхались в этой неподвижной атмосфере. Люди шли, обвязавши носы и рты платками. Приходя к деревне, все бросалось к колодцам. Дрались за воду и выпивали ее до грязи.
Князь Андрей командовал полком, и устройство полка, благосостояние его людей, необходимость получения и отдачи приказаний занимали его. Пожар Смоленска и оставление его были эпохой для князя Андрея. Новое чувство озлобления против врага заставляло его забывать свое горе. Он весь был предан делам своего полка, он был заботлив о своих людях и офицерах и ласков с ними. В полку его называли наш князь, им гордились и его любили. Но добр и кроток он был только с своими полковыми, с Тимохиным и т. п., с людьми совершенно новыми и в чужой среде, с людьми, которые не могли знать и понимать его прошедшего; но как только он сталкивался с кем нибудь из своих прежних, из штабных, он тотчас опять ощетинивался; делался злобен, насмешлив и презрителен. Все, что связывало его воспоминание с прошедшим, отталкивало его, и потому он старался в отношениях этого прежнего мира только не быть несправедливым и исполнять свой долг.
Правда, все в темном, мрачном свете представлялось князю Андрею – особенно после того, как оставили Смоленск (который, по его понятиям, можно и должно было защищать) 6 го августа, и после того, как отец, больной, должен был бежать в Москву и бросить на расхищение столь любимые, обстроенные и им населенные Лысые Горы; но, несмотря на то, благодаря полку князь Андрей мог думать о другом, совершенно независимом от общих вопросов предмете – о своем полку. 10 го августа колонна, в которой был его полк, поравнялась с Лысыми Горами. Князь Андрей два дня тому назад получил известие, что его отец, сын и сестра уехали в Москву. Хотя князю Андрею и нечего было делать в Лысых Горах, он, с свойственным ему желанием растравить свое горе, решил, что он должен заехать в Лысые Горы.
Он велел оседлать себе лошадь и с перехода поехал верхом в отцовскую деревню, в которой он родился и провел свое детство. Проезжая мимо пруда, на котором всегда десятки баб, переговариваясь, били вальками и полоскали свое белье, князь Андрей заметил, что на пруде никого не было, и оторванный плотик, до половины залитый водой, боком плавал посредине пруда. Князь Андрей подъехал к сторожке. У каменных ворот въезда никого не было, и дверь была отперта. Дорожки сада уже заросли, и телята и лошади ходили по английскому парку. Князь Андрей подъехал к оранжерее; стекла были разбиты, и деревья в кадках некоторые повалены, некоторые засохли. Он окликнул Тараса садовника. Никто не откликнулся. Обогнув оранжерею на выставку, он увидал, что тесовый резной забор весь изломан и фрукты сливы обдерганы с ветками. Старый мужик (князь Андрей видал его у ворот в детстве) сидел и плел лапоть на зеленой скамеечке.
Он был глух и не слыхал подъезда князя Андрея. Он сидел на лавке, на которой любил сиживать старый князь, и около него было развешено лычко на сучках обломанной и засохшей магнолии.
Князь Андрей подъехал к дому. Несколько лип в старом саду были срублены, одна пегая с жеребенком лошадь ходила перед самым домом между розанами. Дом был заколочен ставнями. Одно окно внизу было открыто. Дворовый мальчик, увидав князя Андрея, вбежал в дом.
Алпатыч, услав семью, один оставался в Лысых Горах; он сидел дома и читал Жития. Узнав о приезде князя Андрея, он, с очками на носу, застегиваясь, вышел из дома, поспешно подошел к князю и, ничего не говоря, заплакал, целуя князя Андрея в коленку.
Потом он отвернулся с сердцем на свою слабость и стал докладывать ему о положении дел. Все ценное и дорогое было отвезено в Богучарово. Хлеб, до ста четвертей, тоже был вывезен; сено и яровой, необыкновенный, как говорил Алпатыч, урожай нынешнего года зеленым взят и скошен – войсками. Мужики разорены, некоторый ушли тоже в Богучарово, малая часть остается.
Князь Андрей, не дослушав его, спросил, когда уехали отец и сестра, разумея, когда уехали в Москву. Алпатыч отвечал, полагая, что спрашивают об отъезде в Богучарово, что уехали седьмого, и опять распространился о долах хозяйства, спрашивая распоряжении.
– Прикажете ли отпускать под расписку командам овес? У нас еще шестьсот четвертей осталось, – спрашивал Алпатыч.
«Что отвечать ему? – думал князь Андрей, глядя на лоснеющуюся на солнце плешивую голову старика и в выражении лица его читая сознание того, что он сам понимает несвоевременность этих вопросов, но спрашивает только так, чтобы заглушить и свое горе.
– Да, отпускай, – сказал он.
– Ежели изволили заметить беспорядки в саду, – говорил Алпатыч, – то невозмежио было предотвратить: три полка проходили и ночевали, в особенности драгуны. Я выписал чин и звание командира для подачи прошения.
– Ну, что ж ты будешь делать? Останешься, ежели неприятель займет? – спросил его князь Андрей.
Алпатыч, повернув свое лицо к князю Андрею, посмотрел на него; и вдруг торжественным жестом поднял руку кверху.
– Он мой покровитель, да будет воля его! – проговорил он.
Толпа мужиков и дворовых шла по лугу, с открытыми головами, приближаясь к князю Андрею.
– Ну прощай! – сказал князь Андрей, нагибаясь к Алпатычу. – Уезжай сам, увози, что можешь, и народу вели уходить в Рязанскую или в Подмосковную. – Алпатыч прижался к его ноге и зарыдал. Князь Андрей осторожно отодвинул его и, тронув лошадь, галопом поехал вниз по аллее.
На выставке все так же безучастно, как муха на лице дорогого мертвеца, сидел старик и стукал по колодке лаптя, и две девочки со сливами в подолах, которые они нарвали с оранжерейных деревьев, бежали оттуда и наткнулись на князя Андрея. Увидав молодого барина, старшая девочка, с выразившимся на лице испугом, схватила за руку свою меньшую товарку и с ней вместе спряталась за березу, не успев подобрать рассыпавшиеся зеленые сливы.
Князь Андрей испуганно поспешно отвернулся от них, боясь дать заметить им, что он их видел. Ему жалко стало эту хорошенькую испуганную девочку. Он боялся взглянуть на нее, по вместе с тем ему этого непреодолимо хотелось. Новое, отрадное и успокоительное чувство охватило его, когда он, глядя на этих девочек, понял существование других, совершенно чуждых ему и столь же законных человеческих интересов, как и те, которые занимали его. Эти девочки, очевидно, страстно желали одного – унести и доесть эти зеленые сливы и не быть пойманными, и князь Андрей желал с ними вместе успеха их предприятию. Он не мог удержаться, чтобы не взглянуть на них еще раз. Полагая себя уже в безопасности, они выскочили из засады и, что то пища тоненькими голосками, придерживая подолы, весело и быстро бежали по траве луга своими загорелыми босыми ножонками.
Князь Андрей освежился немного, выехав из района пыли большой дороги, по которой двигались войска. Но недалеко за Лысыми Горами он въехал опять на дорогу и догнал свой полк на привале, у плотины небольшого пруда. Был второй час после полдня. Солнце, красный шар в пыли, невыносимо пекло и жгло спину сквозь черный сюртук. Пыль, все такая же, неподвижно стояла над говором гудевшими, остановившимися войсками. Ветру не было, В проезд по плотине на князя Андрея пахнуло тиной и свежестью пруда. Ему захотелось в воду – какая бы грязная она ни была. Он оглянулся на пруд, с которого неслись крики и хохот. Небольшой мутный с зеленью пруд, видимо, поднялся четверти на две, заливая плотину, потому что он был полон человеческими, солдатскими, голыми барахтавшимися в нем белыми телами, с кирпично красными руками, лицами и шеями. Все это голое, белое человеческое мясо с хохотом и гиком барахталось в этой грязной луже, как караси, набитые в лейку. Весельем отзывалось это барахтанье, и оттого оно особенно было грустно.