粒子的統計物理學 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[美] 卡達 著

圖書標籤:

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齣版社： 世界圖書齣版公司

ISBN：9787510005657

版次：1

商品編碼：10184611

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2010-04-01

用紙：膠版紙

頁數：320

內容簡介

　　統計物理是利用物質基本組成成份來研究物質的整體性質，它在量子力學發展中發揮瞭重要的作用。本書根據作者20多年來在麻省理工學院講授粒子統計物理的課程講義編寫而成，主要講解統計物理學的基本概念和處理實際問題的方法。在講述完熱力學基礎後，作者專門講解瞭常用數學工具如概率論和中心極限定理。本書內容還包括相互作用粒子，van der Waals方程及其推導，經典和量子統計力學以及信息論中的相關問題。本書附有習題，並在全書結尾處給齣部分答案。閱讀本書時可以參考作者的另外一本專著《場的統計物理》，主要介紹利用重整化群等非平均場方法研究標度律和臨界現象。目次：熱力學；概率論；氣體動力學理論；經典統計力學；相互作用的粒子；量子統計力學；理想量子氣體；部分習題解答；索引。

作者簡介

　　MEHRAN KARDAR is Professor of Physics at MIT, where he has taught and researched in the field of statistical physics for the past 20 years. He received his B.A. at Cambridge, and gained his Ph.D. at MIT. Professor Kardar has held research and visiting positions as a junior Fellow at Harvard,Guggenheim Fellow at Oxford, UCSB, and at Berkeley as a Miller Fellow.

目錄

Preface
1 Thermodynamics
1.1 Introduction
1.2 The zeroth law
1.3 The first law
1.4 The second law
1.5 Carnot engines
1.6 Entropy
1.7 Approach to equilibrium and thermodynamic potentials
1.8 Useful mathematical results
1.9 Stability conditions
1.10 The third law
Problems
2 Probability
2.1 General definitions
2.2 One random variable
2.3 Some important probability distributions
2.4 Many random variables
2.5 Sums of random variables and the central limit theorem
2.6 Rules for large numbers
2.7 Information, entropy, and estimation
Problems
3 Kinetic theory of gases
3.1 General definitions
3.2 Liouvilles theorem
3.3 The Bogoliubov-Born--Green-Kirkwood-Yvon hierarchy
3.4 The Boltzmann equation
3.5 The H-theorem and irreversibility
3.6 Equilibrium properties
3.7 Conservation laws
3.8 Zeroth-order hydrodynamics
3.9 First-order hydrodynamics
Problems
4 Classical statistical mechanics
4.1 General definitions
4.2 The microcanonical ensemble
4.3 Two-level systems
4.4 The ideal gas
4.5 Mixing entropy and the Gibbs paradox
4.6 The canonical ensemble
4.7 Canonical examples
4.8 The Gibbs canonical ensemble
4.9 The grand canonical ensemble
Problems
5 Intenmeting particles
5.1 The cumulant expansion
5.2 The cluster expansion
5.3 The second virial coefficient and van der Waals equation
5.4 Breakdown of the van der Waals equation
5.5 Mean-field theory of condensation
5.6 Variational methods
5.7 Corresponding states
5.8 Critical point behavior
Problems
6 Quantum statistical mechanics
6.1 Dilute polyatomic gases
6.2 Vibrations of a solid
6.3 Black-body radiation
6.4 Quantum microstates
6.5 Quantum macrostates
Problems
7 Ideal quantum gases
7.1 Hilbert space of identical particles
7.2 Canonical formulation
7.3 Grand canonical formulation
7.4 Non-relativistic gas
7.5 The degenerate fermi gas
7.6 The degenerate bose gas
7.7 Superfiuid Hen
Problems
Solutions to selected problems
Chapter 1
Chapter 2
Chapter 3
Chapter 4
Chapter 5
Chapter 6
Chapter 7
Index

前言/序言

《復雜係統中的非平衡態動力學：從微觀漲落到宏觀湧現》 導言：超越平衡的疆域 在物理學的廣闊圖景中，統計物理學傳統上以熱力學平衡態為核心基石。然而，自然界中絕大多數引人注目的現象——從生命體的代謝活動到湍流中的能量耗散，再到遙遠星係的結構形成——都發生在遠離熱力學平衡的非平衡態環境中。理解這些係統的演化、穩定性和內在的耗散機製，是當前理論物理學麵臨的最核心挑戰之一。《復雜係統中的非平衡態動力學：從微觀漲落到宏觀湧現》旨在係統地梳理和闡釋描述和分析非平衡態係統的基本理論框架、核心數學工具以及最新的研究進展。本書聚焦於如何將微觀層麵的隨機性與宏觀尺度的確定性行為聯係起來，特彆是那些展現齣復雜、自組織特性的係統。 第一部分：非平衡態的數學基石與基本框架 第一章：隨機過程與朗之萬動力學 本章從隨機過程的數學描述入手，介紹布朗運動的嚴謹數學模型及其在描述粒子在隨機介質中運動的應用。重點闡述如何構建和求解朗之萬方程，該方程將係統的耗散力與由環境引起的隨機漲落（噪聲項）聯係起來。我們將深入探討高斯白噪聲的性質，並介紹如何使用伊藤積分（Itô calculus）來處理時間相關的隨機微分方程，這對於建立與漲落-耗散定理緊密相關的動力學模型至關重要。 第二章：福剋-普朗剋方程與概率密度流 當關注粒子集閤的概率密度函數隨時間的演化時，福剋-普朗剋（Fokker-Planck, FP）方程成為核心工具。本章詳細推導瞭FP方程的建立過程，並將其視為連續時間隨機過程的確定性演化方程。我們將分析FP方程的穩態解（對應於平衡態或準平穩態）以及瞬態解的性質，包括特徵時間尺度的計算。更進一步，本章引入瞭概率流的概念，解釋瞭在非平衡態下，盡管概率密度保持守恒，但係統內部存在淨概率流動的物理意義，這是理解耗散和能量流動的關鍵。 第三章：馬爾可夫鏈與主方程理論 對於具有離散狀態空間的係統，如化學反應網絡或生物信號傳導通路，馬爾可夫主方程（Master Equation）是描述其時間演化的基礎。本章詳細講解瞭微觀躍遷率的構造、解主方程的數值方法（如Gillespie算法）以及如何利用有限狀態馬爾可夫鏈的理論分析係統的不可約性和遍曆性。特彆地，本章會討論如何利用主方程推導齣適用於連續變量的連續近似（如FP方程），以及在何種條件下這些近似是有效的。 第二部分：漲落、耗散與信息論聯係 第四章：漲落-耗散定理的推廣與應用 漲落-耗散定理是聯係係統微觀漲落和宏觀響應的關鍵橋梁。本章超越瞭在綫性響應理論下經典的熱力學極限形式，探討瞭非平衡態下該定理的推廣形式。我們將分析在強驅動或遠離平衡態條件下，響應函數如何偏離綫性關係，以及如何利用這些推廣的定理來量化係統在特定頻率下對外界擾動的敏感性。 第五章：隨機熱力學與功的測量 經典熱力學定律在單分子尺度或短時間尺度上失效，因為分子尺度的過程本質上是隨機的。本章引入隨機熱力學（Stochastic Thermodynamics）的框架，討論如何定義微觀尺度的功、熱量和熵變。核心內容包括傑恩斯（Jarzynski）等時相等式、剋魯格（Crooks）弛豫關係，以及如何利用這些關係在遠離平衡態的過程中計算自由能差。本章強調瞭信息論工具（如熵産生速率）在量化不可逆性方麵的作用。 第六章：熵産生與不可逆性的量化 不可逆過程的標誌是熵的持續産生。本章集中於量化非平衡係統中的熵産生速率。我們區分瞭由驅動力引起的有效熵産生和由時間反演對稱性破缺引起的熵産生。通過分析係統的瞬時熵産生（Instantaneous Entropy Production）和時間平均熵産生，本章闡明瞭第二定律在隨機動力學背景下的精確錶述，並討論瞭最小熵産生原理在描述某些準穩態係統時的適用性。 第三部分：復雜係統的湧現行為與時空結構 第七章：時空漲落與臨界現象的非平衡描述 在相變臨界點附近，係統錶現齣長程關聯和尺度無關性。本章探討在非平衡驅動下，係統如何維持或偏離這些臨界行為。我們將考察非平衡場論（Non-Equilibrium Field Theory）中的重整化群方法，並將其應用於計算非平衡噪聲下的動力學標度律。特彆關注久期動力學（Kardar-Parisi-Zhang, KPZ）方程在描述界麵增長和動力學臨界現象中的核心地位。 第八章：自組織臨界性與間歇現象 許多耗散係統中，宏觀結構似乎能夠在沒有外部參數調控的情況下自發齣現，這被稱為自組織臨界性（Self-Organized Criticality, SOC）。本章通過沙堆模型、森林火災模型等典型案例，闡釋SOC的機製——即係統演化至一個臨界狀態，使得微小擾動能夠引發從“雪崩”到“大地震”的任意尺寸的事件。同時，分析瞭間歇性（Intermittency）現象，即係統在準穩定狀態和劇烈波動狀態之間切換的動力學模式。 第九章：非平衡態下的相分離與空間結構形成 在遠離平衡態的條件下，物質可以形成齣乎意料的復雜空間結構。本章分析瞭相分離動力學在非平衡驅動下的演變，如通過相場模型（Phase Field Models）描述的快速凝固或化學反應驅動下的織構形成。重點討論瞭驅動力如何改變Ostwald熟化機製，並引入瞭非平衡相圖的概念，以區分由溫度梯度或化學勢梯度驅動的穩定結構。 結語：麵嚮未來的挑戰 本書的最後部分對當前非平衡態動力學研究的挑戰進行瞭展望，包括如何將量子漲落納入復雜的介觀係統，如何利用機器學習技術處理高維隨機動力學係統，以及在生物物理學中應用非平衡態理論來理解生命係統的能耗與信息處理效率的根本限製。本書為有誌於探索物理學前沿領域的讀者提供瞭一個紮實的理論工具箱。

評分☆☆☆☆☆

我必須說，《粒子的統計物理學》是一本真正“接地氣”的理論物理著作。雖然標題聽起來有些專業，但作者的寫作風格卻異常的生動有趣，讓我讀起來絲毫沒有壓力。書中充滿瞭巧妙的比喻和引人入勝的例子，將那些抽象的概念變得栩栩如生。例如，在解釋“平均場理論”時，作者用瞭一個非常形象的比喻，將每一個粒子都看作是生活在一個“平均”的群體環境中，從而簡化瞭復雜的相互作用。這種方法，在很多復雜係統中都得到瞭成功的應用。更重要的是，這本書不僅僅局限於理論的陳述，它還探討瞭統計物理在現代科技中的實際應用，從凝聚態物理的研究，到統計力學的計算機模擬，再到信息論與物理學的交叉領域。這讓我意識到，統計物理並非是實驗室裏的象牙塔，而是與我們的生活息息相關的實用科學。通過這本書，我不再僅僅是將物理學視為一門學科，而是把它當作一種理解和改造世界的強大工具。

評分☆☆☆☆☆

《粒子的統計物理學》這本書，給我帶來瞭一種全新的視角去看待世界。我一直以為，物理學就是描述物體如何運動，但這本書讓我明白瞭，物理學更是一種解釋“為什麼”的學問。當我們觀察到一個宏觀物體，比如一杯水的溫度，這本書告訴我，這背後其實是無數個水分子在進行著極其復雜的運動，而我們所感知到的“溫度”，僅僅是這些微觀運動平均狀態的一種體現。書中對“熵”的概念的深入剖析，更是顛覆瞭我以往的認知。它不再是那個簡單地與“混亂”劃等號的詞匯，而是與係統的無序度、信息量以及能量的不可用性緊密相連。作者用非常形象的語言，解釋瞭為什麼宇宙傾嚮於熵增，以及熵增在宏觀世界中的普遍性。我發現，理解瞭熵，就如同獲得瞭一把解鎖許多自然現象背後奧秘的鑰匙。這本書的內容，不僅僅局限於物理學本身，它所蘊含的哲學思考，也讓我受益匪淺。它引導我去思考，在看似無序的隨機事件背後，是否隱藏著更深層次的規律。

評分☆☆☆☆☆

對於我而言，《粒子的統計物理學》的價值在於它提供瞭一種解決復雜問題的係統性方法。我們日常生活中遇到的很多問題，比如天氣預報的準確性、股票市場的波動、甚至生物體的進化，從本質上來說，都可以看作是大量微觀粒子相互作用的結果。這本書就像一本“方法論”手冊，它教會我如何運用統計物理的思想，去建模、去分析、去預測這些看似雜亂無章的係統。書中對不同統計係綜的選擇，以及如何在特定條件下應用這些係綜的講解，非常有啓發性。我瞭解到，根據研究對象的不同，我們可以選擇最適閤的工具來描述它的行為。例如，在處理孤立係統時，微正則係綜是首選；而在處理與外界有能量交換的係統時，正則係綜則更為閤適。這種“因材施教”的思路，在科學研究中同樣適用。這本書的閱讀過程，就像是在進行一場思維的“頭腦風暴”，它不斷挑戰我固有的認知，激發我提齣新的問題，並尋找更優的解決方案。

評分☆☆☆☆☆

這本《粒子的統計物理學》真是讓我大開眼界。一直以來，我對微觀世界的運行方式充滿好奇，尤其是那些看不見的粒子是如何遵循某種規律，最終匯聚成我們熟悉的宏觀現象的。這本書恰好滿足瞭我這種探索欲。它並沒有直接羅列那些晦澀難懂的公式，而是通過層層遞進的方式，從最基礎的粒子概念入手，逐步講解如何運用統計學的思想來理解這些微觀個體的行為。我特彆欣賞作者在解釋一些核心概念時，那種化繁為簡的功力。比如，在介紹玻爾茲曼分布時，書中並沒有直接扔給我一堆數學推導，而是通過一個生動的類比，讓我直觀地理解瞭粒子能量分布的概率性。這種循序漸進的學習路徑，對於像我這樣並非物理學專業齣身，但又對此領域充滿興趣的讀者來說，簡直是福音。我能夠清晰地感受到，作者在努力搭建一座橋梁，將高深的物理理論與我的理解力連接起來。這本書讓我不再覺得統計物理是遙不可及的學科，而是充滿瞭邏輯性和美感的科學。讀完之後，我對熱力學第二定律、相變等概念有瞭更深刻的認識，仿佛看到瞭一個更廣闊、更精妙的物理世界。

評分☆☆☆☆☆

在閱讀《粒子的統計物理學》的過程中，我時常被作者的嚴謹所摺服。雖然這是一本麵嚮讀者的書籍，但其內容的深度和廣度絲毫不減。書中對不同統計係綜的闡述，以及它們之間關係的梳理，邏輯鏈條清晰得令人贊嘆。我尤其對書中關於係統平衡態和非平衡態的討論印象深刻。作者並沒有迴避那些復雜的情況，而是通過對不同模型的研究，展示瞭如何運用統計物理的工具來分析和理解這些復雜係統。書中穿插的案例分析，讓我看到瞭理論在實際問題中的應用，比如在理解材料性質、流體動力學等領域。這不僅僅是理論的講解，更是思維方式的訓練。它教會我如何從宏觀現象齣發，反推微觀粒子的行為模式，以及如何利用概率和統計來預測係統的演化。我曾一度認為，物理學是關於確定性的，但這本書讓我認識到，在微觀世界，概率的力量同樣強大，甚至在很大程度上決定瞭宏觀的走嚮。書中的參考文獻和進一步閱讀的建議，也為我提供瞭繼續深入探索的指引，這對於希望不斷學習的讀者來說，是非常寶貴的資源。

評分☆☆☆☆☆

好！

評分☆☆☆☆☆

統計物理學經典教材，物理係學生應該多讀點英文書

評分☆☆☆☆☆

很好

評分☆☆☆☆☆

很喜歡世圖的書。。。。。。。

評分☆☆☆☆☆

包裝看上去很普通，就是一個袋子，但是京東的快遞運輸比較小心，所以到手時還是沒有問題，全新，正版。

評分☆☆☆☆☆

不錯，內容好，質量也好。

評分☆☆☆☆☆

這種方法，簡單說來，就是把書讀“薄”。

評分☆☆☆☆☆

小京豆大用處，快去看看您的京豆都能兌換什麼好東西吧

評分☆☆☆☆☆

即便是教科書，也是如此。張首晟告訴記者，他在小學時基本上把“對自己人生影響較大”的書都讀完瞭，但從來沒有從頭到尾讀完過一本書。在他看來，讀書是一個瞭解思維方式的過程，不是吸納所有信息，而是有針對性地進行篩選。