目錄
第1章 統(tǒng)計(jì)物理的數(shù)學(xué)原理 1
1.1 總體性介紹 1
1.1.1 物理學(xué)指導(dǎo)性原理 1
1.1.2 統(tǒng)計(jì)物理的范疇和內(nèi)容 3
1.1.3 支配統(tǒng)計(jì)物理的基本定律與原理 4
1.1.4 主要課題與方法 6
1.2 相關(guān)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)||變分算子理論 11
1.2.1 泛函及其變分導(dǎo)算子 11
1.2.2 約束變分的Lagrange乘子定理 17
1.2.3 散度與梯度約束變分 22
1.2.4 物理中的應(yīng)用 26
1.2.5 一般的正交分解與微分元約束變分 31
1.3 統(tǒng)計(jì)物理的基本原理 35
1.3.1 基本情況介紹 35
1.3.2 非平衡態(tài)的勢(shì)下降原理 40
1.3.3 平衡態(tài)極小勢(shì)原理 44
1.3.4 統(tǒng)計(jì)物理的驅(qū)動(dòng)力定律 46
1.4 物理運(yùn)動(dòng)的基本原理 49
1.4.1 支配運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)原理 49
1.4.2 動(dòng)力學(xué)方程的統(tǒng)一形式 52
1.4.3 物理定律的對(duì)稱性 54
1.4.4 耦合系統(tǒng)的對(duì)稱破缺原理 57
1.4.5 物理運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)定律 59
1.5 總結(jié)與評(píng)注 59
1.5.1 本書特點(diǎn) 59
1.5.2 綜合評(píng)述 62
1.5.3 本章 各節(jié)評(píng)注 64
第2章 熱力學(xué)基本理論 67
2.1 熱力學(xué)基礎(chǔ) 67
2.1.1 熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表示 67
2.1.2 能量傳輸機(jī)制與熵傳輸定律 68
2.1.3 熱力學(xué)系統(tǒng)與熱力學(xué)勢(shì) 71
2.1.4 關(guān)于熱力學(xué)系統(tǒng)的不可逆過(guò)程 76
2.2 均勻平衡態(tài)熱力學(xué) 78
2.2.1 Maxwell關(guān)系 78
2.2.2 基本物態(tài)方程 81
2.2.3 熱輻射的Stefan-Boltzmann定律 84
2.2.4 鐵磁與鐵電體的熱力學(xué)效應(yīng) 87
2.3 Nernst熱定理與粒子化學(xué)勢(shì) 89
2.3.1 Nernst熱定理 89
2.3.2 絕對(duì)零度的一些熱力學(xué)性質(zhì) 90
2.3.3 粒子的化學(xué)勢(shì) 94
2.3.4 化學(xué)勢(shì)的一些物理作用 97
2.4 經(jīng)典熱力學(xué)基礎(chǔ)理論中存在的問(wèn)題 99
2.4.1 熱力學(xué)第一定律經(jīng)典表述 99
2.4.2 Legendre變換與熱力學(xué)勢(shì)經(jīng)典描述 101
2.4.3 第一定律應(yīng)用中產(chǎn)生的問(wèn)題 104
2.4.4 熱力學(xué)第二定律的經(jīng)典表述 106
2.4.5 第二定律經(jīng)典表述的物理與數(shù)學(xué)問(wèn)題 109
2.5 總結(jié)與評(píng)注 110
2.5.1 熱力學(xué)的基礎(chǔ)問(wèn)題 110
2.5.2 關(guān)于熵的問(wèn)題 112
2.5.3 本章 各節(jié)評(píng)注 114
第3章 平衡態(tài)統(tǒng)計(jì)理論 119
3.1 量子物理基礎(chǔ) 119
3.1.1 量子力學(xué)法則與原理 119
3.1.2 粒子物理基本知識(shí) 123
3.1.3 粒子的輻射與散射 127
3.1.4 四種基本相互作用勢(shì) 129
3.1.5 粒子能級(jí) 132
3.2 經(jīng)典統(tǒng)計(jì) 138
3.2.1 粒子分布問(wèn)題及其熱力學(xué)勢(shì) 138
3.2.2 MB分布 141
3.2.3 Maxwell速度分布律與能量均分定理 145
3.2.4 固體熱容理論 148
3.2.5 氣體熱容理論 152
3.3 量子統(tǒng)計(jì) 155
3.3.1 BE分布與FD分布 155
3.3.2 經(jīng)典極限條件 159
3.3.3 熱輻射的Planck公式 161
3.3.4 理想Fermi氣體 167
3.4 熱的統(tǒng)計(jì)理論 172
3.4.1 電子的光子云模型 172
3.4.2 溫度能級(jí)公式 175
3.4.3 溫度公式的物理意義 179
3.4.4 熵理論 181
3.4.5 熱的本質(zhì) 184
3.5 總結(jié)與評(píng)注 188
3.5.1 系綜理論的注記 188
3.5.2 遍歷理論與等概率原理 192
3.5.3 本章 各節(jié)評(píng)注 195
第4章 熱力學(xué)勢(shì)的數(shù)學(xué)表達(dá) 199
4.1 SO(n)對(duì)稱性 199
4.1.1 Descartes張量 199
4.1.2 張量場(chǎng)與微分算子 202
4.1.3 SO(n)不變量與熱力學(xué)勢(shì)基本形式 206
4.1.4 SO(3)的旋量 208
4.1.5 SO(3)旋量表示 208
4.2 常規(guī)熱力學(xué)系統(tǒng) 212
4.2.1 基本情況介紹 212
4.2.2 PVT系統(tǒng) 214
4.2.3 N元系統(tǒng) 218
4.2.4 磁體與介電體 221
4.3 凝聚態(tài)熱力學(xué)系統(tǒng) 225
4.3.1 凝聚態(tài)的量子法則 225
4.3.2 超導(dǎo)體的Ginzburg-Landau自由能 227
4.3.3 液態(tài)4He的熱力學(xué)勢(shì) 228
4.3.4 液態(tài)3He超流體 230
4.3.5 氣體凝聚態(tài)的Gibbs自由能 234
4.4 凝聚態(tài)的量子系統(tǒng) 237
4.4.1 旋量的自旋算子 237
4.4.2 J=1旋量自旋算子的SO(3)不變性 240
4.4.3 超導(dǎo)體的Hamilton能量 244
4.4.4 超流系統(tǒng)的能量泛函 247
4.4.5 氣體BEC系統(tǒng)能量表達(dá)式 248
4.5 總結(jié)與評(píng)注 250
4.5.1 PVT系統(tǒng)的物態(tài)方程 250
4.5.2 磁體與介電體的物態(tài)方程 254
4.5.3 本章 各節(jié)評(píng)注 256
第5章 非平衡態(tài)動(dòng)力學(xué) 260
5.1 基礎(chǔ)理論框架 260
5.1.1 動(dòng)力學(xué)理論概況 260
5.1.2 散度的流量公式與守恒律方程 262
5.1.3 Onsager倒易關(guān)系與輸運(yùn)耗散定理 264
5.1.4 熱力學(xué)系統(tǒng)的統(tǒng)一模型 267
5.1.5 耗散系統(tǒng)的穩(wěn)定性 269
5.2 熱力學(xué)耗散系統(tǒng) 270
5.2.1 常規(guī)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)模型 270
5.2.2 超導(dǎo)體的Ginzburg-Laudau-Gorkov方程 273
5.2.3 超流系統(tǒng)的勢(shì)梯度方程 276
5.2.4 氣體BEC系統(tǒng)相變動(dòng)力學(xué)方程 278
5.2.5 動(dòng)力學(xué)理論基礎(chǔ) 280
5.3 熱力學(xué)耦合的流體系統(tǒng) 283
5.3.1 熱鹽流體的Boussinesq方程 283
5.3.2 經(jīng)典磁流體動(dòng)力學(xué)方程 287
5.3.3 電磁勢(shì)耦合的磁流體模型 289
5.3.4 厄爾尼諾亞穩(wěn)態(tài)振蕩機(jī)制 292
5.3.5 海洋熱鹽環(huán)流 296
5.3.6 磁流體的Alfv.en波 300
5.4 凝聚態(tài)量子守恒系統(tǒng) 301
5.4.1 量子Lagrange系統(tǒng) 301
5.4.2 量子Hamilton系統(tǒng) 303
5.4.3 Hamilton系統(tǒng)的守恒量 304
5.4.4 量子系統(tǒng)的適定性 306
5.5 漲落理論 307
5.5.1 經(jīng)典計(jì)算公式 307
5.5.2 修正的漲落理論 310
5.5.3 密度漲落關(guān)聯(lián)的Landau理論 312
5.5.4 隨機(jī)運(yùn)動(dòng)統(tǒng)計(jì)理論 314
5.5.5 漲落耗散定理 316
5.5.6 漲落控制方程與漲落半徑估計(jì) 317
5.6 綜述與評(píng)注 321
5.6.1 關(guān)于Boltzmann方程的討論 321
5.6.2 物理模型與實(shí)際的偏差問(wèn)題 325
5.6.3 本章 各節(jié)評(píng)注 327
第6章 平衡相變的動(dòng)態(tài)理論 330
6.1 相變動(dòng)力學(xué)的一般理論 330
6.1.1 熱力學(xué)相變的三個(gè)基本定理 330
6.1.2 相變動(dòng)力學(xué)原理與Ehrenfest相變分類 331
6.1.3 相變動(dòng)力學(xué)的主要課題 333
6.1.4 躍遷判據(jù)定理 334
6.1.5 相圖及過(guò)冷過(guò)熱態(tài)和潛熱 336
6.1.6 漲落與超前臨界溫度 339
6.2 常規(guī)系統(tǒng)的相變 343
6.2.1 氣液固三態(tài)的躍遷 343
6.2.2 Andrews臨界點(diǎn)與三階氣液相變 346
6.2.3 鐵磁體的臨界磁化 348
6.2.4 磁滯回路的亞穩(wěn)態(tài)振蕩理論 350
6.2.5 二元相分離 351
6.3 超導(dǎo)電性 356
6.3.1 超導(dǎo)現(xiàn)象 356
6.3.2 GLG方程與超導(dǎo)參數(shù) 360
6.3.3 超導(dǎo)相圖 362
6.3.4 n次相變 366
6.4 液體與氣體的凝聚態(tài)相變 369
6.4.1 液態(tài)4He的超流相 369
6.4.2 沒(méi)有外磁場(chǎng)的液態(tài)3He凝聚態(tài) 372
6.4.3 外磁場(chǎng)對(duì)3He超流相的影響 375
6.4.4 氣體的BEC相變性質(zhì) 378
6.5 綜合問(wèn)題與評(píng)注 380
6.5.1 漲落不對(duì)稱性 380
6.5.2 二元相分離的漲落對(duì)稱性 382
6.5.3 三級(jí)相變定理 383
6.5.4 多重穿越的躍遷判據(jù) 385
6.5.5 本章 各節(jié)評(píng)注 387
第7章 相變的臨界現(xiàn)象 389
7.1 標(biāo)準(zhǔn)模型的臨界理論 389
7.1.1 基本概念 389
7.1.2 臨界指數(shù)的理論計(jì)算 391
7.1.3 標(biāo)準(zhǔn)模型指數(shù)定理 394
7.1.4 一些具體例子 396
7.2 臨界漲落效應(yīng) 400
7.2.1 漲落的臨界指數(shù) 400
7.2.2 α與γ指數(shù)的各向異性 404
7.2.3 *和v指數(shù) 405
7.2.4 漲落臨界指數(shù)定理 407
7.3 臨界現(xiàn)象的統(tǒng)計(jì)理論 408
7.3.1 熱力學(xué)系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)模型 408
7.3.2 Ising模型 410
7.3.3 平均場(chǎng)理論 412
7.3.4 Ising模型的精確解 415
7.3.5 Widom標(biāo)度理論 421
7.4 平衡態(tài)分歧的臨界理論 424
7.4.1 相變的平衡態(tài)分歧 424
7.4.2 分歧解的求解方法 425
7.4.3 鞍結(jié)分歧點(diǎn)與潛熱 429
7.4.4 平衡態(tài)臨界圖像 431
7.5 熱力學(xué)系統(tǒng)分歧的臨界行為 432
7.5.1 PVT系統(tǒng)與鐵磁體的潛熱 432
7.5.2 二元相分離臨界行為 433
7.5.3 超導(dǎo)的臨界性質(zhì) 437
7.5.4 氣體BEC分布的理論圖像 442
7.6 綜合問(wèn)題與評(píng)注 443
7.6.1 關(guān)于三維Ising模型精確解的討論 443
7.6.2 Kadanoff自相似標(biāo)度理論 445
7.6.3 Wilson重整化群理論 448
7.6.4 動(dòng)態(tài)與穩(wěn)態(tài)約化方程的關(guān)系 451
7.6.5 本章 各節(jié)評(píng)注 452
第8章 凝聚態(tài)與量子相變 454
8.1 液態(tài)4He的超流動(dòng)性 454
8.1.1 元激發(fā)的虛擬粒子 454
8.1.2 4He超流體的Landau理論 455
8.1.3 液態(tài)4He的熱力學(xué)性質(zhì) 458
8.1.4 超流旋渦的環(huán)形管結(jié)構(gòu) 461
8.2 低溫超導(dǎo)的經(jīng)典理論 465
8.2.1 BCS理論 465
8.2.2 London超導(dǎo)電流方程 468
8.2.3 Abrikosov理論 472
8.2.4 Josephson隧道效應(yīng) 475
8.3 凝聚態(tài)量子物理基礎(chǔ) 478
8.3.1 量子理論基礎(chǔ) 478
8.3.2 凝聚態(tài)形成的量子機(jī)制 481
8.3.3 凝聚態(tài)場(chǎng)方程 483
8.3.4 狀態(tài)的圖像結(jié)構(gòu)方程 484
8.4 適用于高溫的超導(dǎo)理論 486
8.4.1 超導(dǎo)的物理機(jī)制 486
8.4.2 PID電子相互作用勢(shì) 487
8.4.3 電子對(duì)的形成條件 490
8.4.4 超導(dǎo)電子對(duì)束縛能 493
8.4.5 臨界溫度Tc的表達(dá)式 495
8.5 量子相變 499
8.5.1 動(dòng)力學(xué)相變與拓?fù)湎嘧?499
8.5.2 量子相變的定義 501
8.5.3 凝聚態(tài)粒子流的拓?fù)渲笜?biāo) 503
8.5.4 標(biāo)量BEC量子相變定理 505
8.5.5 超流動(dòng)性{絕緣相變 508
8.6 綜合問(wèn)題與評(píng)注 510
8.6.1 3He超流原子對(duì)束縛勢(shì) 510
8.6.2 Kosterlitz-Thouless相變 511
8.6.3 準(zhǔn)粒子與實(shí)體粒子的區(qū)別 512
8.6.4 本章 各節(jié)評(píng)注 515
第9章 熱力學(xué)耦合流體的拓?fù)湎嘧?518
9.1 二維不可壓縮流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)理論 518
9.1.1 基本概念 518
9.1.2 二維零散度向量場(chǎng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性 519
9.1.3 邊界上的結(jié)構(gòu)分歧 521
9.1.4 內(nèi)部結(jié)構(gòu)分歧 523
9.2 流體的邊界層分離 524
9.2.1 物理現(xiàn)象與問(wèn)題 524
9.2.2 剛性邊界條件的邊界層分離 527
9.2.3 自由邊界條件的邊界層分離 529
9.2.4 海洋邊界海域風(fēng)驅(qū)環(huán)流的產(chǎn)生 531
9.2.5 尖角旋渦與表面湍流臨界速度 534
9.3 內(nèi)部旋渦流的形成理論 537
9.3.1 水平的熱驅(qū)動(dòng)流體動(dòng)力學(xué)模型 537
9.3.2 流體的旋渦分離方程 538
9.3.3 內(nèi)部分離定理及分離條件的幾何化 540
9.3.4 內(nèi)部旋渦形成的U形流理論 543
9.3.5 龍卷風(fēng)與颶風(fēng)的形成條件 545
9.4 太陽(yáng)表面的電磁爆發(fā) 549
9.4.1 基本情況介紹 549
9.4.2 熱耦合電磁流體模型 549
9.4.3 方程解的爆破定理 552
9.4.4 太陽(yáng)電磁爆理論 554
9.5 星系的螺旋結(jié)構(gòu) 557
9.5.1 螺旋結(jié)構(gòu)的形成原理 557
9.5.2 動(dòng)量流體方程與引力場(chǎng)輻射假設(shè) 559
9.5.3 星系的動(dòng)力學(xué)模型 561
9.5.4 數(shù)學(xué)躍遷定理 565
9.5.5 星系螺旋結(jié)構(gòu)理論 566
9.6 綜述與評(píng)注 569
9.6.1 剛性邊界旋渦分離方程的推導(dǎo) 569
9.6.2 算子半群的旋渦分離方程 571
9.6.3 引力輻射 573
9.6.4 本章 各節(jié)評(píng)注 575
參考文獻(xiàn) 578
索引 581