统计力学的基本原理 [Elementary Principles in Statistical Mechanics] 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

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内容简介

　　由经验确定的热力学定律描述的是由大量粒子构成体系的近似于可几的行为，或者，更确切地说，热力学定律表达的是这类体系的力学规律，对于这样的系统，人们不具备足够敏锐的感知能力来区别单粒子量级的物理量，也无法重复足够多次实验得到除*可几结果之外的其他任何结果，统计力学原理适用于任意数目自由度的保守系统，并且是精确的，对于具有大量自由度的系统，或这类系统的极限情形，建立统计力学原理并不比确定近似定律更困难。情况恰恰相反，这是因为我们关注的焦点没有因为所考虑系统的特殊性而从关键问题转移开去，并且我们不应该满足于那些被忽略的物理量及环境的影响在结果中也被认为是微不足道的。热力学定律是统计力学原理的不完全表述，并且很容易从统计力学原理中得出。和经验定律的迅速演绎相比，这或许是理性热力学进步缓慢的主要原因。必须补充的是，热力学的理性基础建立在力学的一个分支上，这一力学分支的基本概念和原理，以及典型运算，对学习力学的学生而言同样感觉陌生。
　　因此，我们坚信，研究和热力学密切相关的力学基本概念及原理将更有助于清晰理解热力学和理性力学的关系，并解释所观察现象的分子机理。

作者简介

　　约西亚·威拉德·吉布斯（Josiah Willard Gibbs），美国著名理论物理学家、物理化学家。1839年2月11日生于美国康涅狄格州的纽黑文，1863年获耶鲁大学工程学博士学位，是美国一个工程学博士。1866-1869年吉布斯前往欧洲留学，回国后一直在耶鲁大学执教，1871年成为数学物理学教授，也是全美一个这一学科的教授。吉布斯早年对热力学的发展做出了重要贡献，他的工作使热力学形成一个全面而严密的理论体系。1902年，他撰写的《统计力学的基本原理》作为耶鲁大学两百周年纪念丛书之一出版，成为统计力学的经典著作。朗道认为吉布斯“对统计力学给出了适用于任何宏观物体的*彻底、*完整的形式”。吉布斯于1903年在纽黑文去世。
　　
　　毛俊雯，女，1969年生，1987年毕业于中国科学技术大学，获学士学位，2006年获浙江大学理学博士学位。现任湖州师范学院物理系教授，讲授热力学统计物理、理论物理等课程，关注低维系统和生命物质中的非平衡统计物理问题，目前主要从事基因调控网络的随机动力学研究。

内页插图

目录

中文版序
序
第1章 相体积守恒原理
第2章 相体积守恒原理在误差理论中的应用
第3章 相体积守恒原理在运动微分方程积分中的应用
第4章 正则相分布，其中概率指数是能量的线性函数
第5章 正则系综的平均值
第6章 位形空间与速度空间的相体积
第7章 正则系综平均值的进一步讨论
第8章 系统能量的重要函数
第9章 函数声与正则分布
第10章 微正则系综的相分布，其中所有系统具有相同的能量
第11章 各种相分布的极大值性质和极小值性质
第12章 经历长时间后系统与系综的运动
第13章 各种过程对系综的影响
第14章 热力学相似的讨论
第15章 分子组成的系统
译者后记

前言/序言

　　力学研究通常关注系统经历一段时间后发生的变化，主要研究已知系统某一时刻的状态后，如何确定下一时刻由位形和速度描述的系统状态这一类问题，其基本方程通常描述系统的连续变化。通过考虑系统实际经历或假定经历之外的状态，这一类问题通常得以简化，但人们往往并不关心与实际状态有较大偏离的那些状态。
　　然而，为了某些目的，需要采用更广泛的视角来研究这类问题。我们可以设想大量性质相同，但给定时刻位形和速度不同的系统，它们不仅有微小差别，而且包含了所有可能的位形和速度。这里我们提出这样的问题：不去跟踪某个系统经历的一系列位形变化，而是已知某一时刻的系统分布后，关注下一时刻所有系统在各种可能的位形和速度的分布，描述这一问题的基本方程应该给出处于位形和速度的任一无限小范围内系统数目的变化率。
　　麦克斯韦（Maxwell）把这类研究称为统计，它们属于力学的一个分支，源于用力学原理解释热力学定律的需求。克劳修斯（Clausius），麦克斯韦和玻尔兹曼（Boltzmann）被认为是统计方法的主要创始人，这个领域一开始研究的问题要比前面提到的略显狭窄，主要针对系统中的粒子，而不是独立的系统。后来的统计研究则主要讨论系统经过一段时间后的相点（以位形和速度表示的状态）的变化。玻尔兹曼的论文《多原子气体分子行为的定律同雅可比（Jacobi）尾乘子原理之间的关系》（1871）首次明确考虑了大量系统及其分布，以及一段时间后该分布能否持续下去。
　　虽然从历史上看，统计力学源于热力学的研究，但却非常值得发展为一门独立的学科，这不仅因为统计力学原理的优美和简洁，还因为这门学科产生出新的结论，以另一种完全不同于热力学的观点来看待原有结论。并且，这一力学分支的独立研究似乎为理性热力学和分子力学的研究提供了基础。

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由经验确定的热力学定律描述的是由大量粒子构成体系的近似于可几的行为，或者，更确切地说，热力学定律表达的是这类体系的力学规律，对于这样的系统，人们不具备足够敏锐的感知能力来区别单粒子量级的物理量，也无法重复足够多次实验得到除*可几结果之外的其他任何结果，统计力学原理适用于任意数目自由度的保守系统，并且是精确的，对于具有大量自由度的系统，或这类系统的极限情形，建立统计力学原理并不比确定近似定律更困难。情况恰恰相反，这是因为我们关注的焦点没有因为所考虑系统的特殊性而从关键问题转移开去，并且我们不应该满足于那些被忽略的物理量及环境的影响在结果中也被认为是微不足道的。热力学定律是统计力学原理的不完全表述，并且很容易从统计力学原理中得出。和经验定律的迅速演绎相比，这或许是理性热力学进步缓慢的主要原因。必须补充的是，热力学的理性基础建立在力学的一个分支上，这一力学分支的基本概念和原理，以及典型运算，对学习力学的学生而言同样感觉陌生。

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