Introduction to Phase Transitions and Critical Phenomena pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Oxford Univ Pr on Demand

作者:Stanley, Harry Eugene

出品人:

页数:328

译者:

出版时间:1987-7

价格:$ 112.94

装帧:Pap

isbn号码:9780195053166

丛书系列:

图书标签:

• 统计物理
• 相变
• 物理
• 交易
• 2010
• Phase Transitions
• Critical Phenomena
• Statistical Physics
• Condensed Matter Physics
• Theoretical Physics
• Physics
• Science
• Textbook
• Higher Education
• Academic

《熵的低语：从相变到涨落的迷人世界》 宇宙万物并非一成不变，它们以各种令人惊叹的方式演化，从冰雪消融、水汽蒸腾的日常景象，到磁性材料在临界温度下的奇妙转变，再到生命体从单细胞向复杂结构的诞生，无不体现着“相变”这一深刻的物理学概念。本书《熵的低语：从相变到涨落的迷人世界》旨在带领读者深入探索这一领域，揭示物质状态改变背后隐藏的普适规律，以及在微观尺度上无处不在的量子涨落如何塑造宏观世界的秩序。 第一章：相的几何与物理——秩序与混沌的边界 本章将从最直观的层面入手，介绍“相”的定义以及常见的几种物态，如固相、液相和气相。我们将通过生动形象的例子，例如水的三种形态，来解释相变发生的物理条件，如温度和压力的作用。同时，我们会引入“相图”这一强大的可视化工具，通过二维或三维的相图，清晰地展示不同相在参数空间中的存在区域，以及相变发生时“三相点”和“临界点”的特殊意义。 在此基础上，我们将开始触及相变背后更深层次的物理机制。读者将了解到，宏观物质的相态变化并非偶然，而是源于微观粒子之间复杂的相互作用。我们将简要介绍晶格振动、分子间作用力等概念，并解释它们如何在不同温度下影响物质的整体结构和行为。此外，本章还将探讨一些非传统的相，例如超导相、超流相和液晶相，这些奇特的物态展现了相变在更广泛的物理体系中的应用，挑战我们对物质形态的传统认知。 第二章：临界现象的邀请——奇异放大镜下的宇宙 当物质接近其临界点时，一种近乎魔术般的现象就会发生：微观的无序在宏观尺度上呈现出惊人的关联性和有序性。本章将聚焦于“临界现象”，深入剖析这些“临界点”的奥秘。我们将介绍一些关键的临界行为，例如临界涨声（diverging correlation length）和临界指数（critical exponents），并解释它们如何描述相变附近物质的普适规律。 读者将了解到，在临界点附近，物质的介观结构会表现出“自相似性”，即无论从哪个尺度观察，其结构都呈现出相似的特征。这种现象可以用分形几何来描述，本书将以易于理解的方式介绍分形的概念及其在临界现象研究中的应用。我们还将探讨“重整化群”（Renormalization Group）这一强大的理论工具，它能够揭示不同物理系统在临界点附近的普适性，将看似风马牛不相及的现象统一在一个理论框架下。 本章将通过具体的例子，例如液体-气体临界点、磁性材料的铁磁-顺磁转变，来展示临界现象的奇妙之处。我们将解释为什么在这些临界点附近，物质会表现出长程关联、热容量爆炸性增长等反常行为。 第三章：涨落的舞蹈——熵与无序的力量 如果说相变是物质秩序的重塑，那么“涨落”则是宇宙永恒的背景音乐。本章将把焦点从宏观的相变转移到微观的“涨落”现象。我们将从统计力学的角度出发，介绍热力学涨落的概念，理解为什么即使在热力学平衡态，微观粒子也时刻处于不停的随机运动之中。 我们将介绍“玻尔兹曼分布”（Boltzmann distribution）等基本概念，解释能量在粒子之间的分布规律。读者将了解到，熵，作为衡量系统无序程度的物理量，与涨落紧密相连。熵越大，系统的无序度越高，粒子之间的涨落也就越显著。本书将探讨涨落如何影响宏观系统的行为，例如布朗运动——悬浮在液体中的微小粒子因受到液体分子碰撞而不停随机运动的现象，便是宏观涨落的直接体现。 此外，本章还将深入探讨“量子涨落”，这是量子力学独有的概念。即使在绝对零度，量子粒子也并非静止不动，而是存在着一种“零点能”涨落。我们将解释量子涨落如何在真空能量、粒子产生与湮灭等现象中扮演重要角色，并简要介绍其在量子场论和粒子物理学中的深远影响。 第四章：秩序的诞生——自发对称性破缺与序参量 物质世界为何能够从混沌中涌现出丰富多彩的秩序？本章将围绕“自发对称性破缺”（Spontaneous Symmetry Breaking）这一核心概念展开。我们将解释，在一个具有某种对称性的物理系统中，当其能量达到最低时，系统会选择打破原有的对称性，从而形成特定的有序结构。 例如，在一个均匀的磁场中，铁磁材料的磁矩可以指向任意方向，这具有旋转对称性。但当温度降低到临界点以下时，材料中的磁矩会自发地指向某个特定的方向，打破了原有的旋转对称性，形成了宏观的磁性。这个“磁矩”便是描述系统有序程度的“序参量”（Order Parameter）。 本章将通过晶体形成、液晶相的出现等例子，生动地阐释自发对称性破缺的原理。读者将了解到，序参量是表征相变前后物质状态差异的关键物理量，其零点对应于无序相，非零值则代表有序相。我们还将介绍序参量在不同相变中的具体形式，以及它们如何随温度等参数的变化而演化。 第五章：涨落的统一性——相似性与普适性 在本章中，我们将进一步升华主题，揭示不同相变和涨落现象背后隐藏的深刻联系——相似性与普适性。读者将惊讶地发现，看似截然不同的物理系统，例如液体-气体临界点、磁性材料的铁磁相变，甚至是在统计学中的一些模型，在临界点附近都表现出惊人的相似行为，并由相同的普适性临界指数所描述。 本书将介绍“标度律”（Scaling Laws）和“普适类”（Universality Classes）的概念。标度律描述了临界量如何随着参数的变化而按幂律关系演变，而普适类则将具有相似临界行为的系统归为一类。我们将解释，这种普适性的根源在于重整化群理论，它能够“屏蔽”掉系统的微观细节，只关注其在长程和宏观尺度上的行为。 通过对不同系统的比较分析，例如易辛模型（Ising Model）——一个描述磁性原子之间相互作用的简单统计模型，我们将展示它是如何成为理解许多临界现象的典范。本书还将探讨，这种普适性不仅存在于经典物理学中，在量子相变和复杂系统中也扮演着至关重要的角色。 第六章：现代前沿与未来展望——熵的低语，未完待续 在本书的最后一章，我们将目光投向相变与涨落研究的现代前沿和未来发展方向。读者将了解到，这些基本概念在凝聚态物理、粒子物理、宇宙学、生物学甚至经济学等诸多领域都发挥着越来越重要的作用。 我们将简要介绍一些当前的研究热点，例如：量子相变——在绝对零度发生的由量子涨落驱动的相变；复杂系统中的相变——例如社会网络、神经网络中的信息传播与同步现象；生物相变——例如蛋白质折叠、细胞膜的形成等。 本书还将探讨相变与涨落研究的实验技术进展，例如高精度测量技术、同步辐射和冷原子实验等。最后，我们将展望未来，思考相变与涨落理论将如何帮助我们更好地理解宇宙的起源和演化，以及如何为设计新型功能材料和解决复杂科学问题提供新的思路。 《熵的低语：从相变到涨落的迷人世界》是一次穿越物质秩序与混沌边界的思维之旅。它旨在赋予读者一种全新的视角，去理解我们周围世界最基本、最普遍的运行规律。从微观粒子的跃动到宏观结构的涌现，这本书将带领您倾听熵的低语，感受涨落的律动，最终领略宇宙在简单定律下所展现出的无限精妙与壮丽。

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