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出版者:

作者:Aleksandr F. Revuzhenko

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:1733.70

装帧:

isbn号码:9783540338710

丛书系列:

图书标签:

• 颗粒介质
• 力学
• 流体力学
• 固体力学
• 材料科学
• 土力学
• 粉末
• 建模
• 数值模拟
• 本构模型

好的，这是一本关于复杂系统、物质科学与工程应用的图书简介，它不涉及颗粒介质的经典力学内容。 --- 《非平衡态物质的动力学与输运：从介观尺度到宏观现象》 导论：超越平衡态的物质科学前沿 在自然界和工程实践中，绝大多数物质系统都处于非平衡态。从生物体的代谢活动到极端环境下的材料失效，再到复杂的能源转换过程，理解物质在远离热力学平衡时的行为是现代物理学和材料科学面临的核心挑战之一。本书旨在深入探讨非平衡态物质的动力学过程、能量与质量的输运机制，以及这些微观过程如何涌现为宏观可观测的特性。 本书的重点不在于描述静态结构或线性响应理论所能解释的平衡态现象，而是聚焦于非平衡态下的时间演化、相变、自组织结构以及跨尺度的能量耗散与积累。我们尤其关注那些由驱动力（如梯度、场或外加应力）维持的、具有非线性特征的系统。 第一部分：非平衡态动力学基础 本部分首先为读者建立理解非平衡态系统的理论框架。 第一章：统计力学在新旧范式下的拓展 本章将回顾经典统计力学在描述系统与环境交换能量和物质时的局限性。我们将引入非平衡态热力学（NET）的基本概念，如熵产生率、流量与力之间的关系，并探讨涨落定理（Fluctuation Theorems），特别是Jarzynski等式和Crooks变换，它们在描述微观可逆性与宏观不可逆性之间的桥梁作用。重点讨论如何利用信息论工具量化系统在远离平衡态时的耗散。 第二章：介观尺度下的动力学模拟与表征 为了捕捉非平衡效应，精确的计算方法至关重要。本章详细介绍适用于非平衡态研究的分子动力学（MD）模拟技术，包括耗散粒子动力学（DPD）、格子玻尔兹曼方法（LBM）在处理非平衡流体时的优势，以及介观场论在描述界面动力学中的应用。我们将分析如何利用这些方法捕捉剪切流、拉伸流或快速冷却过程中材料微观结构的动态重构。 第三章：时空相关性与扩散的异常行为 在非平衡驱动下，物质的输运不再遵循简单的Fick定律。本章深入探讨异常扩散现象，包括超扩散（Superdiffusion）和次扩散（Subdiffusion）。我们将从随机游走模型（如Lévy 飞行）的角度，结合长程相关性理论，解释粒子在复杂或受限环境（如多孔介质或聚合物网络）中的输运机制，并讨论如何利用时间关联函数（ACF）和频率依赖性研究这些非经典输运特性。 第二部分：驱动系统中的相分离与界面演化 本部分关注在非平衡条件下，物质界面如何形成、演化并驱动宏观相分离。 第四章：非平衡相变动力学 平衡相变（如一级或二级相变）的理论框架相对成熟，但在快速退火、激光烧蚀或高应变率下的相变，则表现出强烈的非平衡特征。本章探讨淬火动力学和界面速度限制，分析相分离的形核与生长过程受驱动力的影响。我们将研究Spinodal Decomposition在非平衡场作用下的演变，以及如何利用Cahn-Hilliard 动力学方程的非线性修正项来描述这些过程。 第五章：界面张力、能量耗散与弯曲动力学 界面是物质输运和能量转换的关键区域。本章侧重于非平衡条件下界面特性的研究，包括界面张力对外部驱动力的依赖性，以及界面在输运过程中如何耗散能量。我们将分析Marangoni效应和电动力学效应如何影响液-液或固-液界面的动力学，特别是当界面移动速度接近声速或扩散速度时所出现的复杂现象。 第六章：动态表面重构与自驱动系统 本章探讨系统如何通过内部能量梯度驱动自身形成周期性或准周期性的结构——即自驱动（Self-Propelled）现象。我们将分析化学梯度驱动的微观粒子（如细菌或人工纳米马达）的集体运动（Swarming/Flocking），以及在薄膜生长或腐蚀过程中出现的动力学不稳定性，如Liesegang环的形成或沟槽的形成。 第三部分：宏观输运的非线性响应与耗散 本部分将视线从微观动力学提升到宏观尺度，关注材料在强驱动场下的整体响应。 第七章：剪切与非牛顿流体的复杂流变学 对于处于强剪切或高应变率下的复杂流体（如高分子溶液、胶体悬浮液），其粘弹性行为是典型的非平衡现象。本章将超越牛顿流体模型，深入研究幂律流变、屈服应力和剪切变稀/变稠现象。重点分析粘弹性松弛时间、Deborah数在确定系统响应时的关键作用，并探讨如何利用本构关系来准确预测这些非线性流体在复杂几何形状下的流动行为。 第八章：耦合场下的能量与质量输运 在许多实际应用中，热、电、质量输运是相互耦合的。本章研究热电效应（Seebeck, Peltier）在非平衡状态下的表现，分析离子迁移与温度梯度之间的反馈机制。此外，还将探讨电迁移（Electromigration）在微电子器件中的物理机制，即电流驱动下原子或空位的运动及其对器件寿命的影响。 第九章：非平衡系统的长程相互作用与涌现行为 本章讨论在远离平衡态时，系统内部组分之间如何通过非局域的相互作用（如长程电磁力、声子散射或应力场）形成宏观尺度上的集体行为。我们将分析波的非线性传播（如激波或孤子）在耗散介质中的演化，以及如何通过平均场近似或相场模型来捕捉这些由微观涨落诱发的、具有高度组织性的宏观结构。 结语：展望与未来挑战 本书最后将总结非平衡态物质科学的当前前沿领域，包括对活物质（Active Matter）的建模、极端条件下的材料响应，以及如何将这些理论成果应用于高效能源存储与转换和先进功能材料设计。本书期望为研究人员提供一个全面、深入的框架，以应对那些由能量、物质或动量梯度持续驱动的复杂系统的挑战。

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这本书的封面设计，色彩运用得相当大胆，深沉的蓝色背景配上那种略带粗粝感的白色字体，一下子就抓住了我的眼球。我本来只是随手翻阅，没想到被这种视觉冲击力吸引住了。装帧的质感也很好，硬壳精装，拿在手里沉甸甸的，感觉制作方确实是下了功夫的。内页的纸张选择也颇为讲究，不是那种反光的亮面纸，而是略微带点哑光的质感，长时间阅读下来眼睛也不会太累。我注意到书脊处的烫金工艺处理得非常精细，即使反复翻动，字体也丝毫没有出现磨损的迹象，可见其耐用性非同一般。这种对细节的关注，往往预示着内容本身也应该有相应的深度和专业性。我猜想，这本书的定位应该不只是学术参考，或许也面向那些对材料科学有深厚兴趣的爱好者。从第一印象来看，它散发着一种严谨而又充满匠人精神的气息，让人不禁对手中的知识内容充满了期待，希望它能像它的外表一样，坚实而耐人寻味。

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我花了点时间仔细研究了一下这本书的目录结构，感觉作者在组织内容上采取了一种非常清晰且逻辑严密的推进方式。它似乎是从宏观的现象描述开始，逐步深入到微观的本构关系建立，最后才引向复杂的实际应用问题。这种“由表及里，层层递进”的叙事策略，极大地降低了理解复杂理论的门槛。尤其让我印象深刻的是，它对某些经典模型在不同尺度下的适用性讨论，分析得极其到位，避免了那种把所有理论都笼统归纳在一起的弊病。很多教材在处理多尺度问题时往往力不从心，要么过于简化，要么细节堆砌到令人望而却步，但这本书的平衡感把握得恰到好处。我感觉作者非常懂得如何引导读者的思维路径，每引入一个新的概念，都会立刻给出清晰的物理图像或数学推导作为支撑，确保读者能够紧跟思路。这种结构设计，无疑极大地提升了学习效率和知识的内化程度。

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这本书的写作风格颇具特色，它不像某些传统教科书那样刻板、干巴巴的，而是带着一种近乎“对话”的语气，虽然保持着高度的学术严谨性，但在关键概念的解释上，却流露出一种鼓励读者独立思考的引导性。我特别欣赏作者在引入新的数学工具或复杂的张量分析时，都会先用非常直观的语言来铺垫其背后的物理意义，而不是直接抛出公式让读者去猜测。例如，在阐述颗粒堆积密度分布的随机性时，作者没有简单地引用概率密度函数，而是通过模拟想象一个“沙堆的形成过程”，将抽象的数学描述融入到具象的物理场景中。这种“教人以渔”的写作方式，使得即便是那些初次接触该领域艰深概念的读者，也能感受到一种被照顾到的阅读体验。它不是强行灌输知识，而更像是一位经验丰富的导师，在你迷茫时适时点拨，让你自己发现答案。

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作为一个对学科发展史略有涉猎的人，我发现这本书的一个隐藏的亮点在于它对历史脉络的梳理。它不仅仅罗列了现有的理论模型，还巧妙地穿插了对这些理论诞生背景和早期争议的简要回顾。比如，在介绍早期关于剪切带形成机制的争论时，作者引用了一些早期的关键文献，并清晰地阐述了不同学派的观点差异，这使得我对当前主流模型的建立过程有了更深刻的理解——知道一个理论是如何“站起来”的，远比只知道它是什么更有价值。这种对学术传统的尊重和追溯，让这本书的厚度不仅仅停留在技术层面，更具有了历史和哲学的意味。它提醒我们，科学的进步是一个不断试错、修正和迭代的过程，而不是一蹴而就的真理宣告。这种深层次的反思性内容，让这本书远超出一本普通的技术手册的范畴，更像是一部关于该领域思想演变的编年史。

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从印刷质量和排版细节来看，这本书的编辑水平简直是教科书级别的典范。图表的质量非常高，那些示意图和计算结果的插图，线条清晰锐利，即便是最细微的标注也一目了然，这对于理解复杂的空间几何和力学模型至关重要。通常，很多专业书籍在图表的处理上会偷工减料，导致图像模糊或比例失真，但这本书显然在这方面做到了极致。此外，字体和字号的选择也体现了对阅读舒适度的考量。数学公式的排版尤其出色，上下标、希腊字母和矩阵的分隔都遵循着最严格的国际标准，公式推导过程中的换行和对齐处理得极其工整，完全没有出现公式错位或阅读中断的感觉。这种对细节的吹毛求疵，实际上是在向读者传递一个信息：这本书的内容是经过反复推敲和打磨的，它的每一个结论都值得信赖。

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