統(tǒng)計(jì)物理學(xué)（第二版）

前言

　　本書自1990年面世后，承蒙讀者厚愛(ài)，很快即告售罄。由于技術(shù)上的原因，一直未能重印。雖然有不少讀者來(lái)函商購(gòu)，一直未能滿足。這是作者十分抱歉的　　十多年來(lái)，統(tǒng)計(jì)物理，特別是它在各個(gè)不同領(lǐng)域的應(yīng)用，有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。它已經(jīng)大大超出了凝聚態(tài)物理領(lǐng)域。從宇宙早期到粒子物理、夸克物質(zhì)、核物質(zhì)，從相對(duì)論重離子碰撞、高溫高密度體系到極低溫、激光制冷、玻色凝結(jié)等等，都離不開(kāi)統(tǒng)計(jì)物理學(xué)。作者歷來(lái)認(rèn)為，一本好的教材，不僅應(yīng)該是一本好的教學(xué)用書，而且應(yīng)該是一本內(nèi)容豐富、涵蓋面廣，有利于開(kāi)闊學(xué)生眼界，引導(dǎo)學(xué)生走向科學(xué)前沿的好的參考書。作為一本“面向21世紀(jì)課程教材”，更應(yīng)對(duì)一些科學(xué)前沿課題有所反映?！　≡诘诙嬷校鄬?duì)于第一版，增加了兩章：第七章臨界現(xiàn)象和重正化群，以及第九章溫度場(chǎng)論基礎(chǔ)。對(duì)其它各章也作了適當(dāng)?shù)脑鲅a(bǔ)，如激光制冷、玻色凝結(jié)的實(shí)驗(yàn)證明、分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)和任意子、久保的線性響應(yīng)理論等。另外，對(duì)第一版中的一些印刷上的錯(cuò)漏，也作了較仔細(xì)的校正?！　∠抻诮虒W(xué)時(shí)數(shù)，打“*”號(hào)的章節(jié)或許可以留在高等統(tǒng)計(jì)物理或量子統(tǒng)計(jì)等課程中講授，或者僅供讀者參考。各章的習(xí)題也不一定都要全做。做習(xí)題的目的，無(wú)非是加深對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解，只要適當(dāng)選做一些習(xí)題即可。特別是第九章的習(xí)題，許多是從作者的一些學(xué)術(shù)論文中抽取出來(lái)的，更是不必全做?！　∠抻谧髡咚剑瑫绣e(cuò)漏或不妥之處在所難免，誠(chéng)懇希望讀者批評(píng)指正?！　「兄x在本書修訂過(guò)程中給過(guò)我許多幫助的同事、學(xué)生和朋友，但愿本書不至于讓他們失望。

內(nèi)容概要

　　《統(tǒng)計(jì)物理學(xué)》是教育部“高等教育面向21世紀(jì)教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革計(jì)劃”的研究成果，是面向21世紀(jì)課程教材和普通高等教育“十五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材?！督y(tǒng)計(jì)物理學(xué)》是在原第一版的基礎(chǔ)上修訂而成的?！督y(tǒng)計(jì)物理學(xué)》系統(tǒng)地描述統(tǒng)計(jì)物理學(xué)和熱力學(xué)的基本概念、原理以及討論多粒子體系的各種常用方法；第一章闡述熱力學(xué)基本原理；第二、三章討論玻耳茲曼和吉布斯的經(jīng)典統(tǒng)計(jì)理論；第四章討論量子統(tǒng)計(jì)理論和它的應(yīng)用；第五章討論相變理論，并對(duì)超流、超導(dǎo)、鐵磁理論作了簡(jiǎn)明的闡述；第六章研究漲落理論、關(guān)聯(lián)函數(shù)；第七章講述臨界現(xiàn)象和重正化群；第八章闡述不可逆過(guò)程熱力學(xué)和非平衡態(tài)統(tǒng)計(jì)理論；第九章介紹溫度場(chǎng)論基礎(chǔ)；第十章介紹統(tǒng)計(jì)物理的理論基礎(chǔ)以及在這方面的爭(zhēng)論。為配合教學(xué)需要，每章后面都附有一定數(shù)量的習(xí)題?！　　督y(tǒng)計(jì)物理學(xué)》可作為高等院校物理專業(yè)、應(yīng)用物理專業(yè)、固體物理和微電子物理專業(yè)以及相近的物理類各專業(yè)的教材和參考書，也可供研究生、教師和科研工作者參考。

書籍目錄

第一章　熱力學(xué)基礎(chǔ)§1.1 熱力學(xué)平衡狀態(tài)及其描述§1.2 熱力學(xué)第零定律、溫度和溫標(biāo)§1.3 熱力學(xué)過(guò)程§1.4 熱力學(xué)第一定律§1.5 理想氣體的多方過(guò)程§1.6 理想氣體的卡諾循環(huán)過(guò)程§1.7 熱力學(xué)第二定律§1.8 卡諾定理和熱力學(xué)溫標(biāo)§1.9 熵和熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表述§1.10 熵的計(jì)算§1.1l 滲透壓本章小結(jié)習(xí)題第二章　玻耳茲曼最概然分布§2.1 力學(xué)規(guī)律性和統(tǒng)計(jì)規(guī)律性§2.2 體系和粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的微觀描述空間§2.3 玻耳茲曼最概然分布§2.4 熱力學(xué)公式和熵§2.5 熱力學(xué)函數(shù)和馬休定理§2.6 玻耳茲曼分布的幾種特殊情況附錄I概率論初步附錄Ⅱ雅可比行列式附錄Ⅲ統(tǒng)計(jì)物理中常用的積分及誤差函數(shù)本章小結(jié)習(xí)題第三章　吉布斯系綜理論§3.1 體系運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的微觀描述空間§3.2 統(tǒng)計(jì)系綜§3.3 劉維爾定理§3.4 微正則系綜§3.5 正則系綜§3.6 正則系綜的熱力學(xué)公式和熵§3.7 能量均分定理§3.8 比熱容的經(jīng)典統(tǒng)計(jì)理論§3.9 非理想氣體的狀態(tài)方程梅逸集團(tuán)展式位力法§3.10 巨正則系綜§3.11 粒子數(shù)可變體系的熱力學(xué)公式§3.12 混合理想氣體的性質(zhì)本章小結(jié)習(xí)題第四章　量子統(tǒng)計(jì)理論§4.1 熱輻射的經(jīng)典統(tǒng)計(jì)理論§4.2 普朗克黑體輻射公式§4.3 吉布斯統(tǒng)計(jì)法的量子過(guò)渡§4.4 密度矩陣§4.5 氣體比熱容的量子統(tǒng)計(jì)理論§4.6 固體熱容的量子統(tǒng)計(jì)理論德拜理論§4.7 最概然統(tǒng)計(jì)法的量子過(guò)渡§4.8 系綜理論和玻色愛(ài)因斯坦分布及費(fèi)米狄拉克分布§4.9 達(dá)爾文一否勒方法§4.10 量子統(tǒng)計(jì)分布的經(jīng)典極限退化溫度§4.1l 量子氣體的熵和狀態(tài)方程§4.12 理想玻色氣體的性質(zhì)玻色愛(ài)因斯坦凝結(jié)§4.13 光子氣體的熱力學(xué)性質(zhì)和黑體輻射§4.14 理想費(fèi)米氣體的性質(zhì)費(fèi)米球§4.15 焦耳湯姆孫效應(yīng)絕熱去磁激光冷卻§4.16 熱力學(xué)第三定律§4.17 負(fù)溫度§4.18 吉布斯佯謬§4.19 分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)任意子附錄I積分附錄Ⅱ費(fèi)米積分的低溫展式附錄Ⅲ幾個(gè)常用的費(fèi)米積分和玻色積分本章小結(jié)習(xí)題第五章　相變理論§5.1 平衡判據(jù)和平衡條件§5.2 單元系復(fù)相平衡克勞修斯一克拉珀龍方程§5.3 二級(jí)相變和朗道有序相變理論§5.4 液氦的超流理論§5.5 超導(dǎo)相變金茲堡～朗道理論§5.6 伊辛模型§5.7 平衡的穩(wěn)定性條件熱力學(xué)不等式§5.8 范德瓦爾斯方程和對(duì)應(yīng)態(tài)定律§5.9 李政道一楊振寧的相變理論§5.10 多元系的復(fù)相平衡化學(xué)平衡條件§5.1l 吉布斯相律本章小結(jié)習(xí)題第六章　漲落理論§6.1 熱力學(xué)量的漲落公式§6.2 斯莫路綽夫斯基一愛(ài)因斯坦方法§6.3 光的散射§6.4 高斯分布和泊松分布§6.5 響應(yīng)函數(shù)和關(guān)聯(lián)函數(shù)§6.6 關(guān)聯(lián)函數(shù)和熱力學(xué)量§6.7 量子理想氣體的統(tǒng)計(jì)關(guān)聯(lián)§6.8 布朗運(yùn)動(dòng)§6.9 時(shí)間關(guān)聯(lián)函數(shù)漲落一耗散定理§6.10 熱噪聲§6.11 主方程和霍克一普朗克方程本章小結(jié)習(xí)題第七章　臨界現(xiàn)象和重正化群§7.1 物質(zhì)在臨界點(diǎn)附近的性質(zhì)臨界現(xiàn)象§7.2 臨界指數(shù)§7.3 一維伊辛鏈§7.4 標(biāo)度理論和標(biāo)度變換§7.5 坐標(biāo)空間重正化群§7.6 二維三角形晶格伊辛模型本章小結(jié)習(xí)題第八章　非平衡態(tài)統(tǒng)計(jì)理論§8.1 碰壁數(shù)平均碰撞頻率平均自由程§8.2 玻耳茲曼微分積分方程§8.3 H定理§8.4 玻耳茲曼方程的守恒定律§8.5 輸運(yùn)過(guò)程的初級(jí)理論§8.6 輸運(yùn)過(guò)程的一般理論考普曼～恩斯霍格方法§8.7 不可逆過(guò)程的熵產(chǎn)生率§8.8 昂色格關(guān)系§8.9 熵產(chǎn)生極小定理§8.10 金屬中自由電子的電導(dǎo)和熱導(dǎo)§8.11 久保線性響應(yīng)理論本章小結(jié)習(xí)題第九章　溫度場(chǎng)論基礎(chǔ)§9.1 有限溫度量子場(chǎng)論概論§9.2 松原虛時(shí)格林函數(shù)§9.3 熱場(chǎng)動(dòng)力學(xué)熱真空態(tài)§9.4 熱希爾伯特空間§9.5 熱場(chǎng)動(dòng)力學(xué)中的傳播子矩陣§9.6 閉路格林函數(shù)時(shí)間復(fù)平面§9.7 閉路格林函數(shù)的傳播子§9.8 雙時(shí)格林函數(shù)本章小結(jié)習(xí)題第十章　統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的理論基礎(chǔ)§10.1 H定理的推廣和粗粒近似§10.2 麥克斯韋妖和可逆佯謬§10.3 各態(tài)歷經(jīng)假說(shuō)和再現(xiàn)佯謬§10.4 物理學(xué)中的時(shí)間箭頭本章小結(jié)習(xí)題習(xí)題答案

章節(jié)摘錄

　　物理學(xué)中常把研究的對(duì)象稱為體系。但熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理學(xué)中被選為研究對(duì)象的體系必須滿足一定的條件。由于熱現(xiàn)象是由構(gòu)成宏觀物體的大量微觀粒子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)引起，是一種宏觀現(xiàn)象，因此，熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理學(xué)中所研究的體系必須由大量微觀粒子組成。這種體系稱為熱力學(xué)體系。只有對(duì)這種由大量微觀粒子，比如由大量分子或分子集團(tuán)，或大量原子，或大量電子等等組成的體系，才能談?wù)撈浜暧^性質(zhì)，并用統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行討論。在一般情況下。熱力學(xué)體系必須由大量微觀粒子組成的要求易被滿足。比方說(shuō)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，1 Gm3的氣體中就含有2.677 90×10個(gè)分子[洛施密特（Loschmidt）數(shù)]?！　崃W(xué)體系的一切宏觀性質(zhì)的總和稱為這個(gè)體系的宏觀狀態(tài)。這些宏觀性質(zhì)既包含力學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)、磁學(xué)性質(zhì)，也包含熱學(xué)性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)以及其它物理性質(zhì)?！　崃W(xué)體系以外對(duì)體系起主要影響的物體統(tǒng)稱為這個(gè)體系的外界。通常，熱力學(xué)體系（以下簡(jiǎn)稱體系）和外界之間可以交換物質(zhì)，并存在著相互作用。就其性質(zhì)而言，這種相互作用大致可分為力學(xué)（包括電磁學(xué)）的和熱學(xué)的兩大類。前者常伴有廣義的宏觀位移，可通過(guò)體系對(duì)外界作功的方式來(lái)表示。　　一個(gè)體系，如果它和外界僅限于以力學(xué)的方式相互作用，不存在熱學(xué)方式的相互作用，則稱這個(gè)體系為絕熱隔離體系（簡(jiǎn)稱絕熱體系）。二個(gè)體系，如果它和外界之間既不交換物質(zhì)，又無(wú)相互作用，則稱這個(gè)體系為孤立系。顯然，孤立系必然是絕熱隔離的，因?yàn)樗屯饨缰g既不存在力學(xué)，也不存在熱學(xué)相互作用·反之，絕熱體系卻不一定是孤立系，因?yàn)樗⑽磳?duì)體系和外界之間的力學(xué)相互作用加以限制。　　必須指出，絕對(duì)意義下的孤立系是不存在的。體系和外界不可能絕對(duì)沒(méi)有相互影響。和外界絕對(duì)隔絕的體系是不可測(cè)量、在物理學(xué)中無(wú)法認(rèn)識(shí)的。物理學(xué)離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)。不作實(shí)驗(yàn)觀測(cè)，就無(wú)法了解體系和外界是否存在相互作用，就無(wú)法判別它是否孤立。而要進(jìn)行觀測(cè)，就要給體系以信號(hào)并取得從體系反饋回來(lái)的信息，這實(shí)際上就是對(duì)體系施加了影響，破壞了“絕對(duì)孤立”。把任何在一定條件下成立的物理概念推到了極端，就變成不可理解的了。

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