统计物理学(第二版)

统计物理学(第二版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:高等教育出版社
作者:苏汝铿
出品人:
页数:537
译者:
出版时间:2004-02
价格:38.80
装帧:平装
isbn号码:9787040129687
丛书系列:物理学基础理论课程经典教材
图书标签:
  • 物理
  • 统计物理学
  • 统计物理
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  • 这才是理论物理啊!
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具体描述

本书是普通高等教育“十五”国家级规划教材、“面向21世纪课程教材”和普通高等教育“九五”国家级重点教材。本书在原第一版的基础上修订而成,系统地描述了统计物理学和热力学的基本概念、原理以及讨论多粒子体系的各种常用方法。内容包括:热力学基本原理、玻耳兹曼和吉布斯的经典统计理论、量子统计理论和它的应用、相变理论、临界现象和重正化群、涨落理论、不可逆热力学和非平衡态理论、统计物理的理论基础及在这方面的争论

《量子涨落的奥秘:微观世界的统计力学解析》 内容简介: 在宏观世界的日常体验中,物理定律似乎是确定而精确的。然而,当我们将目光投向原子、分子乃至更微小的粒子时,一个充满概率和随机性的奇妙领域便展现在我们眼前。这个领域,正是统计力学所描绘的宇宙画卷。本书《量子涨落的奥秘:微观世界的统计力学解析》旨在带领读者深入探索这一领域,揭示那些看似杂乱无章的微观运动如何孕育出宏观世界的规律,以及量子效应在其中扮演的至关重要的角色。 本书并非一本涵盖统计物理学所有分支的百科全书,而是聚焦于那些最核心、最富启发性的概念,并着重阐述量子力学如何深刻地重塑了我们对热力学和统计性质的理解。我们将从微观粒子集合的描述出发,逐步建立起宏观热力学量的统计意义。读者将了解到,我们习以为常的温度、压力、熵等概念,并非来自神秘的“热量”本身,而是大量微观粒子随机运动的集体表现。 第一部分:从微观到宏观的桥梁——统计力学的基石 我们将从最基本的概念讲起,介绍统计集合(ensemble)的思想。理解统计集合是掌握统计力学的关键。我们会探讨微正则系综(microcanonical ensemble)、正则系综(canonical ensemble)和巨正则系综(grand canonical ensemble),理解它们各自的适用条件和如何通过平均行为来描述一个宏观系统。在这个过程中,我们将深入剖析概率论在统计力学中的核心地位,以及如何利用概率分布来描述粒子的状态。 接着,我们将引入玻尔兹曼分布(Boltzmann distribution),这是连接微观能级和宏观温度的关键。读者将看到,即使在没有量子效应的经典模型中,玻尔兹曼分布也已经能够解释许多宏观现象。我们将探讨如何从玻尔兹曼分布出发,推导出理想气体的各种性质,例如压强和内能。 然而,真正的挑战和魅力在于,当我们将量子力学的原理引入时,统计力学将迎来一次深刻的革命。本书将详细探讨费米-狄拉克统计(Fermi-Dirac statistics)和玻色-爱因斯坦统计(Bose-Einstein statistics)。这将是本书的重点之一。我们将解释,由于泡利不相容原理(Pauli exclusion principle)的存在,费米子(如电子)的行为与玻色子(如光子)截然不同。 费米子与费米能级: 我们将详细介绍费米子在低温下的行为,特别是零温下费米子会占据一定的能量范围,形成“费米海”。费米能级(Fermi energy)的概念及其在金属导电性、白矮星结构等方面的应用将得到深入阐述。读者将理解,为什么在常温下金属具有良好的导电性,而许多其他材料则不是,这都与费米能级紧密相关。我们将讨论费米气体模型,以及它如何成功解释固体比热的低温行为,这在经典统计力学中是难以解决的难题。 玻色子与玻色-爱因斯坦凝聚: 另一方面,我们将深入研究玻色子,特别是它们在达到特定温度时可能发生的现象——玻色-爱因斯坦凝聚(Bose-Einstein condensation)。我们将解释玻色-爱因斯坦凝聚的形成机制,以及其所展现出的奇异量子行为,例如超流性。我们将探讨玻色-爱因斯坦凝聚在精密测量、量子计算等前沿领域的潜在应用。 第二部分:量子涨落的量子化表达 在深入探讨了两种基本统计之后,我们将转向“涨落”本身。涨落,即微观粒子性质的随机偏离,是统计力学的核心体现。在量子世界中,这种涨落更是充满了奇特的量子特性。 量子涨落与不确定性原理: 我们将探讨海森堡不确定性原理(Heisenberg uncertainty principle)如何直接影响到微观粒子的能量和动量的涨落。量子涨落并非简单的随机偏差,而是量子力学固有的性质。我们将通过具体的例子,例如真空涨落(vacuum fluctuations),来展示量子涨落的真实存在及其对物理现象的影响。 量子相干性与统计: 随着我们对量子世界的认识不断深入,量子相干性(quantum coherence)的概念变得越来越重要。我们将讨论在何种条件下,微观粒子的量子相干性能够被统计力学所描述,以及相干性如何影响宏观系统的统计性质。例如,在某些低温条件下,粒子可能展现出更强的相干性,导致统计行为的显著偏离经典预期。 量子相变: 许多宏观现象,如物质的相变(例如液态到气态),在微观层面上都与粒子的统计行为息息相关。本书将着重介绍量子相变(quantum phase transition)的概念。与经典相变不同,量子相变发生在绝对零度附近,其驱动力是量子涨落而非热涨落。我们将探讨量子相变是如何发生的,以及它对材料性质产生的深远影响,例如超导性和磁性材料的临界现象。 第三部分:量子统计在现代物理中的应用 为了让读者更直观地理解量子涨落的奥秘以及统计力学的威力,本书的最后一部分将聚焦于其在现代物理学中的应用。 固体物理学中的量子统计: 我们将回到固体的世界。除了之前提到的比热问题,我们还将探讨电子在晶体中的行为。布里渊区(Brillouin zone)的概念,能带理论(band theory)的形成,以及电子在能带中的运动如何决定了材料是导体、绝缘体还是半导体,这些都离不开费米-狄拉克统计的支撑。我们将简要介绍金属的导电机制,以及半导体的掺杂和pn结的工作原理,这些都是量子统计的直接体现。 黑体辐射与普朗克的量子假说: 作为统计力学发展史上的里程碑,黑体辐射(blackbody radiation)的解释将得到详细的介绍。我们将回顾经典物理学在解释黑体辐射谱时的失败,以及普朗克(Max Planck)如何引入能量量子化(quantum hypothesis)来解决这一难题。这里将是玻色-爱因斯坦统计首次展现其强大力量的起点。 低温物理学的奇迹: 极低的温度是量子效应最显著的舞台。本书将简要介绍超导性(superconductivity)和超流性(superfluidity)等现象。这些宏观的量子现象,例如电阻为零的超导体和粘滞性为零的超流体,其根源都深植于微观粒子的量子统计行为。我们将探讨电子配对形成库珀对(Cooper pairs)在超导性中的作用,以及玻色子在超流体中形成的宏观量子态。 宇宙学中的量子涨落: 即使在宇宙的尺度上,量子涨落也扮演着重要的角色。我们将简要介绍早期宇宙的量子涨落如何成为后来形成星系和结构的种子。虽然这部分内容会相对浅显,但旨在展示量子统计理论的普适性和深刻性。 《量子涨落的奥秘:微观世界的统计力学解析》是一本面向对量子世界充满好奇,并希望深入理解物理学基本原理的读者而设计的。本书并非要求读者具备深厚的数学背景,但会引导读者逐步建立起必要的物理直觉和数学工具。通过生动形象的讲解和严谨的逻辑推导,本书将帮助读者理解,那些微观粒子看似杂乱无章的运动,却蕴藏着宏观世界运行的深刻规律,而量子涨落,正是这一切奥秘的核心驱动力。本书希望能激发读者对量子物理和统计力学的进一步探索,开启一段发现微观世界奇妙之旅。

作者简介

目录信息

第一章 热力学基础.
§1.1 热力学平衡状态及其描述
§1.2 热力学第零定律、温度和温标
§1.3 热力学过程
§1.4 热力学第一定律
§1.5 理想气体的多方过程
§1.6 理想气体的卡诺循环过程
§1.7 热力学第二定律
§1.8 卡诺定理和热力学温标
§1.9 熵和热力学第二定律的数学表述
§1.10 熵的计算
§1.11 渗透压
本章小结
习题
第二章 玻耳兹曼最概然分布
§2.1 力学规律性和统计规律性
§2.2 体系和粒子运动状态的微观描述μ空间
§2.3 玻耳兹曼最概然分布
§2.4 热力学公式和熵
§2.5 热力学函数和马休定理
.§2.6 玻耳兹曼分布的几种特殊情况
附录Ⅰ 概率论初步
附录Ⅱ 雅可比行列式
附录Ⅲ 统计物理中常用的积分及误差函数
本章小结
习题
第三章 吉布斯系综理论
§3.1 体系运动状态的微观描述Г空间
§3.2 统计系综
§3.3 刘维尔定理
§3.4 微正则系综
§3.5 正则系综
§3.6 正则系综的热力学公式和熵
§3.7 能量均分定理
§3.8 比热容的经典统计理论
*§3.9 非理想气体的状态方程 梅逸集团展式 位力法
§3.10 巨正则系综
*§3.11 粒子数可变体系的热力学公式
*§3.12 混合理想气体的性质
本章小结
习题
第四章 量子统计理论
§4.1 热辐射的经典统计理论
§4.2 普朗克黑体辐射公式
§4.3 吉布斯统计法的量子过渡
*5 4.4 密度矩阵
§4.5 气体比热容的量子统计理论
§4.6 固体热容的量子统计理论 德拜理论
§4.7 最概然统计法的量子过渡
§4.8 系综理论和玻色—爱因斯坦分布及费米—狄拉克分布
*§4.9 达尔文—否勒方法
§4.10 量子统计分布的经典极限 退化温度
§4.11 量子气体的熵和状态方程
§4.12 理想玻色气体的性质 玻色—爱因斯坦凝结
§4.13 光子气体的热力学性质和黑体辐射
§4.14 理想费米气体的性质 费米球
§4.15 焦耳—汤姆孙效应 绝热去磁 激光冷却
§4.16 热力学第三定律
*§4.17 负温度
*§4.18 吉布斯佯谬
*§4.19 分数统计 任意子
附录Ⅰ 积分
附录Ⅱ 费米积分的低温展式
附录Ⅲ 几个常用的费米积分和玻色积分
本章小结
习题..
第五章 相变理论
§5.1 平衡判据和平衡条件
§5.2 单元系复相平衡 克劳修斯—克拉珀龙方程
*§5.3 二级相变和朗道有序相变理论
*§5.4 液氦的超流理论
*§5.5 超导相变 金兹堡—朗道理论
*§5.6 伊辛模型
§5.7 平衡的稳定性条件 热力学不等式
§5.8 范德瓦尔斯方程和对应态定律
*§5.9 李政道—杨振宁的相变理论
§5.10 多元系的复相平衡 化学平衡条件
§5.11 吉布斯相律
本章小结
习题
第六章 涨落理论
§6.1 热力学量的涨落公式
*§6.2 斯莫路绰夫斯基—爱因斯坦方法
*§6.3 光的散射
§6.4 高斯分布和泊松分布
*§6.5 响应函数和关联函数
*§6.6 关联函数和热力学量
*§6.7 量子理想气体的统计关联
§6.8 布朗运动
*§6.9 时间关联函数 涨落—耗散定理
*§6.10 热噪声
*§6.11 主方程和霍克—普朗克方程
本章小结
习题
第七章 临界现象和重正化群
§7.1 物质在临界点附近的性质 临界现象
*§7.2 临界指数
*§7.3 一维伊辛链
*§7.4 标度理论和标度变换
*§7.5 坐标空间重正化群
*§7.6 二维三角形晶格伊辛模型
本章小结
习题
第八章 非平衡态统计理论
§8.1 碰壁数 平均碰撞频率 平均自由程
§8.2 玻耳兹曼微分积分方程
*§8.3 H定理
*§8.4 玻耳兹曼方程的守恒定律
§8.5 输运过程的初级理论
*§8.6 输运过程的一般理论 考普曼—恩斯霍格方法
*§8.7 不可逆过程的熵产生率
*§8.8 昂色格关系
*§8.9 熵产生极小定理
§8.10 金属中自由电子的电导和热导
*5 8.11 久保线性响应理论
本章小结
习题
*第九章 温度场论基础
§9.1 有限温度量子场论概论
§9.2 松原虚时格林函数
§9.3 热场动力学 热真空态
§9.4 热希尔伯特空间
§9.5 热场动力学中的传播子矩阵
§9.6 闭路格林函数 时间复平面
§9.7 闭路格林函数的传播子
§9.8 双时格林函数
本章小结
习题
*第十章 统计物理学的理论基础
§10.1 H定理的推广和粗粒近似
§10.2 麦克斯韦妖和可逆佯谬
§10.3 各态历经假说和再现佯谬
§10.4 物理学中的时间箭头
本章小结
习题
习题答案
· · · · · · (收起)

读后感

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苏老师的书写得很严谨,但是对初学者而言太难接受了。首先。把统计力学在量子力学的基础上讲述本就要求读者具有量子力学的基础。其次,以统计力学为主线的讲法冲淡了热力学,不利于读者建立唯象认识,接受起来比较困难。第三,书中的大多数推导都试图尽可能详尽严谨地给出,导...

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苏老师的书写得很严谨,但是对初学者而言太难接受了。首先。把统计力学在量子力学的基础上讲述本就要求读者具有量子力学的基础。其次,以统计力学为主线的讲法冲淡了热力学,不利于读者建立唯象认识,接受起来比较困难。第三,书中的大多数推导都试图尽可能详尽严谨地给出,导...

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苏老师的书写得很严谨,但是对初学者而言太难接受了。首先。把统计力学在量子力学的基础上讲述本就要求读者具有量子力学的基础。其次,以统计力学为主线的讲法冲淡了热力学,不利于读者建立唯象认识,接受起来比较困难。第三,书中的大多数推导都试图尽可能详尽严谨地给出,导...

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苏老师的书写得很严谨,但是对初学者而言太难接受了。首先。把统计力学在量子力学的基础上讲述本就要求读者具有量子力学的基础。其次,以统计力学为主线的讲法冲淡了热力学,不利于读者建立唯象认识,接受起来比较困难。第三,书中的大多数推导都试图尽可能详尽严谨地给出,导...

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苏老师的书写得很严谨,但是对初学者而言太难接受了。首先。把统计力学在量子力学的基础上讲述本就要求读者具有量子力学的基础。其次,以统计力学为主线的讲法冲淡了热力学,不利于读者建立唯象认识,接受起来比较困难。第三,书中的大多数推导都试图尽可能详尽严谨地给出,导...

用户评价

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这本书的价值远超出了作为一本标准教材的范畴,它更像是一部浓缩了近一个世纪物理学思想精华的参考书。作者在处理一些前沿或者历史上有争议的问题时,展现出了极高的客观性和包容性,他不会强迫读者接受某一种特定的解释,而是会并列呈现几种主要的观点和它们各自的适用范围。比如,在讨论量子场论与统计物理的联系时,他虽然篇幅不多,但点到为止,为有志于深入研究的读者指明了方向。这种开放性的态度,极大地激发了我独立查阅原始文献的兴趣。可以说,这本书成功地在“严谨教学”和“激发探索欲”之间找到了一个完美的平衡点,它不仅解答了我们已知的疑问,更重要的是,它提出了我们应该去思考的更深层次的问题,是物理爱好者书架上不可或缺的珍藏。

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这本书的排版和插图设计简直是美学与功能的完美结合。拿到实体书的那一刻,我就被它沉稳大气的封面设计所吸引,内页的字体选择和行距处理也极为考究,长时间阅读下来眼睛也不会感到疲劳。更值得称赞的是那些贯穿全书的图示,它们绝非简单的示意图,而是精心设计的模型,完美地辅助了抽象概念的理解。比如,在解释玻尔兹曼因子时,作者配上的能级分布图,直观地展示了温度变化如何影响粒子的占有概率,这种视觉化的教学方式远胜于千言万语的文字堆砌。此外,书中的习题设置也极其精妙,它们不是那种为了凑数而设计的计算题,而是真正能引导学生思考物理本质的挑战。每道题都巧妙地联系着不同的理论工具,完成一组习题后,你会感觉自己对整个章节的理解又上了一个台阶,知识体系变得更加扎实和完善。

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这本书的理论深度和广度简直令人叹为观止。作者在讲解基本概念时,总是能找到一个非常巧妙的切入点,既保证了物理图像的直观性,又不失数学上的严谨性。特别是对于相变和临界现象的讨论,简直是教科书级别的范例。他没有仅仅停留在现象的描述上,而是深入挖掘了微观粒子在宏观尺度上如何涌现出集体行为的内在机制。我特别欣赏其中对统计力学正则系综的细致阐述,从微正则系综到正则系综再到巨正则系综的推导过程,逻辑链条清晰得仿佛在你面前搭建起一座精致的数学结构。阅读过程中,我常常需要放慢速度,反复咀嚼那些看似简单的公式背后蕴含的深刻物理意义。它不仅仅是一本教材,更像是一部引导读者进入现代物理前沿思想殿堂的向导手册,让人在理解复杂系统的过程中,体会到秩序与混沌交织的美妙。即便是那些看似陈旧的理论,在作者的笔下也焕发出了新的活力和洞察力。

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从教学法角度来看,这本书的结构安排体现了极高的专业水准。它没有急于抛出复杂的数学工具,而是循序渐进地构建知识体系。首先,它会用最基础的概率论和热力学知识打下坚实的基础,然后才逐步引入量子统计的复杂性。尤其是对理想气体、简谐振子等经典模型的处理,细致到让人感觉仿佛重新学习了一遍基础热力学,但这一次,所有概念都被赋予了更深刻的统计学解释。对于已经有一定物理基础的读者来说,这种“慢热”的开局或许会略感冗长,但恰恰是这种扎实的铺垫,保证了后续面对费米子、玻色子等复杂量子统计系统时,理解起来能够少走许多弯路。它真正做到了“授人以渔”,教会的不是公式的代入,而是如何构建一个正确的物理图像来指导计算。

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我对这本书最深刻的印象是它对“关联”和“涨落”这两个核心概念的坚持与强调。很多入门级的统计物理书籍往往把重点放在平衡态的计算上,但这本书从一开始就着重介绍了这些看似“微不足道”的微观波动是如何决定宏观性质的。作者花了大量篇幅去剖析涨落的普适性,这对于理解诸如布朗运动、噪声分析乃至信息论中的熵概念都至关重要。阅读过程中,我不断被提醒,宏观世界的美妙并非源于完美无缺的平均值,而是源于无数微小粒子间相互作用所产生的动态平衡与随机性。这种深刻的哲学思考融入物理推导之中,使得学习过程充满了一种探索世界的乐趣,让人思考的维度不再局限于纯粹的数值计算,而是扩展到了对自然界基本规律的敬畏。

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不适合初读,一大推内容的堆积

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棒!

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棒!

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不适合初读,一大推内容的堆积

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要搞定这本先要搞定数学物理方法这本~~

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