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出版者:Cambridge University Press

作者:Tomoyasu Tanaka

出品人:

页数:312

译者:

出版时间:2002-09-15

价格:USD 70.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780521589581

丛书系列:

图书标签:

• 玩乐
• 统计物理
• 统计力学
• 物理学
• 凝聚态物理
• 热力学
• 量子统计
• 相变
• 计算物理
• 随机过程
• 物理数学

《非平衡态热力学导论：从微观涨落到宏观耗散》 书籍简介 本书旨在为物理学、化学、工程学及相关领域的科研人员和高年级本科生提供一个全面而深入的非平衡态热力学框架。在传统统计物理学的基石——平衡态理论（如玻尔兹曼分布、吉布斯系综）——之上，本书着重探讨系统如何偏离热力学平衡，并在此过程中展现出复杂的动力学行为和不可逆的耗散特性。我们坚信，理解自然界中绝大多数实际发生的物理和化学过程，必须依赖于对这些非平衡现象的精确描述。 全书结构围绕两大核心支柱展开：微观动力学的统计描述与宏观输运现象的唯象理论及修正。 --- 第一部分：偏离平衡的微观基石 本部分首先回顾了狭义的平衡态统计力学，为后续的非平衡分析奠定必要的数学和概念基础。随后，我们将目光投向系统的时间演化，这是非平衡态理论的起点。 第一章：时间演化与时间对称性破缺 本章深入探讨了系统的演化方程。我们从微观上考察刘维尔方程（Liouville Equation）和玻尔兹曼输运方程（Boltzmann Transport Equation, BTE）。重点分析 BTE 中“碰撞项”的物理意义及其对时间反演对称性的破坏。我们详细推导了洛伦兹大数假设和分子混沌假设，并讨论了这些假设在稀薄气体系统中的适用范围。随后，引入了半经典近似下的布朗运动模型，用以过渡到更一般的随机过程描述。 第二章：涨落与线性响应理论 非平衡态系统的重要特征之一是其内部的涨落现象（Fluctuations）。本章的核心是 涨落-耗散定理（Fluctuation-Dissipation Theorem, FDT）的详尽阐述。我们从线性响应理论的框架出发，定义了系统的外部扰动（如电场、温度梯度）与内部响应（如极化率、热导率）之间的关系。通过引入格林-久保（Kubo-Greenwood）公式，我们展示了如何利用平衡态的关联函数来计算非平衡态下的输运系数。这部分内容强调了 FDT 如何在微观动力学与宏观可观测量之间架起一座严谨的桥梁。 第三章：马尔可夫过程与主方程 当系统的记忆效应可以忽略不计，即系统状态的演化仅依赖于当前状态时，系统可被描述为马尔可夫过程。本章详细分析了主方程（Master Equation）的构建，包括福克-普朗克方程（Fokker-Planck Equation）和科尔莫戈洛夫正向/逆向方程。特别关注详细平衡条件（Detailed Balance），并阐明了在什么条件下（即系统在局部热力学平衡或接近平衡时）主方程可以简化为平衡态的分布。通过对主方程的分析，我们引入了熵产生泛函的概念，将耗散过程与熵增速率联系起来。 --- 第二部分：远离平衡的现象学与动力学 在第二部分，我们将视角从接近平衡的线性区域推向更远非平衡态，关注宏观尺度的复杂输运、界面现象以及相变中的动力学。 第四章：连续介质的不可逆过程热力学 本章聚焦于经典的热力学梯度理论，即 Onsager 理论的推广。我们引入了局域平衡假设，并定义了熵流密度和熵产生率。重点推导了不可逆过程的热力学基本关系式，即： $$dot{S}_{总} = int left( mathbf{J}_i cdot mathbf{X}_i ight) dV ge 0$$ 其中 $mathbf{J}_i$ 是各种物质或能量的流密度，$mathbf{X}_i$ 是相应的力（如温度梯度、化学势梯度）。我们详细分析了热力学势（如比熵、比体积）的定义，并探讨了在稳态下如何通过最小化能量耗散泛函（如普里戈任最小熵产生原理）来确定系统的稳定流场。 第五章：界面现象与扩散耦合 实际系统往往包含多组分、多相界面。本章探讨了耦合的输运过程。重点讨论扩散的非对称性，例如，在多孔介质或溶液中，溶剂的流动如何影响溶质的扩散（热电效应和电渗效应的类比）。我们引入了德鲁克-普雷斯曼方程来处理不同摩尔分数或浓度梯度之间的耦合系数，并分析了在强梯度驱动下，输运系数如何偏离 Onsager 线性关系。 第六章：远非平衡态的结构与稳定性 当驱动力（梯度）变得非常大，系统不再表现出线性响应行为时，可能会出现自发组织结构。本章引入了远非平衡态热力学的概念，特别是布鲁塞尔和格拉斯哥学派的贡献。 我们详细分析了图灵不稳定性（Turing Instability）的数学条件，该条件解释了化学反应-扩散系统中如何自发形成空间结构。此外，我们讨论了耗散结构（Dissipative Structures）的特征，例如稳态下的非零物质流和能量流，以及系统如何通过反馈机制来维持这些有序状态。本章将引导读者思考，当系统通过非平衡态动力学实现更高的“有序度”时，这与平衡态下熵增的宏观趋势之间如何共存和平衡。 --- 第七章：随机过程的路径积分与热力学 在收官之章，我们将前面对涨落的描述提升至路径积分的形式。本章探讨了随机场理论在非平衡系统中的应用，特别是蒙特卡洛模拟和分子动力学模拟中处理时间依赖性问题的先进方法。我们介绍了Jarzynski 等式和Crooks 关系，这些现代工具允许我们从单条不可逆路径的功耗中推导出平衡态下的自由能差。这为实验物理学家和计算科学家提供了一种强大的理论工具，用以定量分析那些快速或小尺度下不可逆过程的热力学量。 本书的目的是提供一个坚实的、跨尺度的分析工具箱，使读者能够理解并定量描述从微小涨落到宏观耗散的整个非平衡物理图景。

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翻译的质量简直是灾难性的，字里行间充满了生硬的直译和不恰当的术语选择。很多物理术语的中文对应词汇在不同地方出现了不一致的情况，这在严谨的科学文献中是绝对不应该发生的错误。更糟糕的是，一些长难句的翻译使得原本清晰的英文表述变得晦涩难懂，常常需要我自行将句子结构还原成英文才能捕捉到其本意。例如，某个关于自由能的描述，在中文语境下读起来完全颠三倒四，逻辑混乱。这极大地拖慢了阅读速度，并且让人对译者的专业性产生极大的怀疑。我甚至怀疑这是否经过了任何专业的审校。对于一本旨在传授高深知识的书籍而言，低劣的翻译质量是对知识本身的一种损害，它在无形中提高了读者的理解门槛，令人深感不值。

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这本书的章节组织逻辑简直像是一团乱麻，完全没有遵循任何标准的物理学教材的叙事结构。作者似乎是想到哪里写到哪里，概念的引入缺乏渐进性，前后的衔接显得生硬且突兀。比如，某个关键的近似方法在第三章被突然抛出，但相关的背景知识却要等到第七章才被零星提及，这对于初学者来说是致命的障碍。我花费了大量时间在不同章节之间来回跳转，试图拼凑出一个完整的认知框架，结果往往是更加迷失。感觉就像是作者把自己脑海中零散的笔记堆砌成书，却完全没有站在读者的角度去设计一条清晰的学习路径。如果这是一本供资深研究人员查阅的参考手册或许可以接受，但以其宣称的教学目标来看，这种结构上的混乱是完全不可接受的。它更像是一堆被强行装订在一起的讲义，而不是一部精心编纂的教材。

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这本书的排版和装帧实在令人不敢恭维，初次拿到手里，那种廉价的纸张触感就让人心生疑虑。书页的装订似乎是随便粘合起来的，我甚至担心在阅读过程中会有散页的风险。更不用提印刷质量了，字体边缘模糊不清，有些图表的线条浓淡不一，让人在试图理解复杂公式时平添了不必要的困扰。插图部分更是糟糕，色彩失真严重，许多本应清晰展示物理图像的地方，却因为低劣的制图技术而变得晦涩难懂。阅读体验如同在泥泞中跋涉，每翻一页都像是对耐心的考验。如果作者或出版商能在这方面投入哪怕一点点心思，这本书的价值至少能提升一个档次。现在的样子，更像是匆忙赶工的草稿，而非一本严肃的学术著作，这对于如此重要的主题来说，简直是一种亵渎。我不得不花费额外的时间去辨认那些本该清晰呈现的信息，这极大地分散了对核心概念的注意力。

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这本书的习题设计与正文内容严重脱节，让人感到目的性不明。正文部分看似涵盖了广泛的主题，但随后的练习题却要么过于简单，仅仅是公式的直接代入，缺乏对概念深层应用的考察；要么就是难度设置得极不合理，直接跳跃到了需要额外阅读数篇专业论文才能解决的程度，完全没有提供任何中间的过渡或提示。这种两极分化的练习设计，使得读者无法通过习题来巩固和检验对所学知识的掌握程度。一本好的教材，习题应当是深化理解的阶梯，而这里的习题更像是散落在地上的碎石，令人无从下手，也无法有效评估学习效果。结果是，我读完了理论部分，却不知道该如何将这些知识投入实践，这使得学习过程的闭环没有成功形成，收获大打折扣。

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书中对基本概念的解释深度严重不足，很多关键的物理图像和背后的数学直觉都被一笔带过，仿佛读者已经对这些内容了如指掌。例如，在处理相变问题时，对涨落和有效场论的描述过于形式化，缺少对物理图像的直观阐释，导致读者即便能写出方程，也无法真正理解为什么这些方程在特定条件下会成立。作者似乎过于沉迷于推导的完整性，却忽略了“为什么”和“如何理解”这些更本质的问题。这使得这本书更像是一本“公式大全”，而不是一本能够培养物理洞察力的书籍。对于希望通过这本书建立起对统计物理坚实基础的读者而言，这本书提供的帮助非常有限，更多时候，我需要借助其他更加注重概念阐述的文献来弥补这里的空缺。阅读过程中，经常产生“知道怎么算，但不知道在干什么”的挫败感。

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豆瓣没人读呀，我觉得这本书挺棒的，各个环节之间逻辑比较紧密，也比较简洁。

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