![統計力學的基本原理 [Elementary Principles in Statistical Mechanics]](https://pic.tinynews.org/12002382/57bc2935Ndbb044f0.jpg)
具體描述
內容簡介
由經驗確定的熱力學定律描述的是由大量粒子構成體係的近似於可幾的行為，或者，更確切地說，熱力學定律錶達的是這類體係的力學規律，對於這樣的係統，人們不具備足夠敏銳的感知能力來區彆單粒子量級的物理量，也無法重復足夠多次實驗得到除*可幾結果之外的其他任何結果，統計力學原理適用於任意數目自由度的保守係統，並且是精確的，對於具有大量自由度的係統，或這類係統的極限情形，建立統計力學原理並不比確定近似定律更睏難。情況恰恰相反，這是因為我們關注的焦點沒有因為所考慮係統的特殊性而從關鍵問題轉移開去，並且我們不應該滿足於那些被忽略的物理量及環境的影響在結果中也被認為是微不足道的。熱力學定律是統計力學原理的不完全錶述，並且很容易從統計力學原理中得齣。和經驗定律的迅速演繹相比，這或許是理性熱力學進步緩慢的主要原因。必須補充的是，熱力學的理性基礎建立在力學的一個分支上，這一力學分支的基本概念和原理，以及典型運算，對學習力學的學生而言同樣感覺陌生。因此，我們堅信，研究和熱力學密切相關的力學基本概念及原理將更有助於清晰理解熱力學和理性力學的關係，並解釋所觀察現象的分子機理。
作者簡介
約西亞·威拉德·吉布斯（Josiah Willard Gibbs），美國著名理論物理學傢、物理化學傢。1839年2月11日生於美國康涅狄格州的紐黑文，1863年獲耶魯大學工程學博士學位，是美國一個工程學博士。1866-1869年吉布斯前往歐洲留學，迴國後一直在耶魯大學執教，1871年成為數學物理學教授，也是全美一個這一學科的教授。吉布斯早年對熱力學的發展做齣瞭重要貢獻，他的工作使熱力學形成一個全麵而嚴密的理論體係。1902年，他撰寫的《統計力學的基本原理》作為耶魯大學兩百周年紀念叢書之一齣版，成為統計力學的經典著作。朗道認為吉布斯“對統計力學給齣瞭適用於任何宏觀物體的*徹底、*完整的形式”。吉布斯於1903年在紐黑文去世。毛俊雯，女，1969年生，1987年畢業於中國科學技術大學，獲學士學位，2006年獲浙江大學理學博士學位。現任湖州師範學院物理係教授，講授熱力學統計物理、理論物理等課程，關注低維係統和生命物質中的非平衡統計物理問題，目前主要從事基因調控網絡的隨機動力學研究。
內頁插圖
目錄
中文版序序
第1章 相體積守恒原理
第2章 相體積守恒原理在誤差理論中的應用
第3章 相體積守恒原理在運動微分方程積分中的應用
第4章 正則相分布，其中概率指數是能量的綫性函數
第5章 正則係綜的平均值
第6章 位形空間與速度空間的相體積
第7章 正則係綜平均值的進一步討論
第8章 係統能量的重要函數
第9章 函數聲與正則分布
第10章 微正則係綜的相分布，其中所有係統具有相同的能量
第11章 各種相分布的極大值性質和極小值性質
第12章 經曆長時間後係統與係綜的運動
第13章 各種過程對係綜的影響
第14章 熱力學相似的討論
第15章 分子組成的係統
譯者後記
前言/序言
力學研究通常關注係統經曆一段時間後發生的變化，主要研究已知係統某一時刻的狀態後，如何確定下一時刻由位形和速度描述的係統狀態這一類問題，其基本方程通常描述係統的連續變化。通過考慮係統實際經曆或假定經曆之外的狀態，這一類問題通常得以簡化，但人們往往並不關心與實際狀態有較大偏離的那些狀態。然而，為瞭某些目的，需要采用更廣泛的視角來研究這類問題。我們可以設想大量性質相同，但給定時刻位形和速度不同的係統，它們不僅有微小差彆，而且包含瞭所有可能的位形和速度。這裏我們提齣這樣的問題：不去跟蹤某個係統經曆的一係列位形變化，而是已知某一時刻的係統分布後，關注下一時刻所有係統在各種可能的位形和速度的分布，描述這一問題的基本方程應該給齣處於位形和速度的任一無限小範圍內係統數目的變化率。
麥剋斯韋（Maxwell）把這類研究稱為統計，它們屬於力學的一個分支，源於用力學原理解釋熱力學定律的需求。剋勞修斯（Clausius），麥剋斯韋和玻爾茲曼（Boltzmann）被認為是統計方法的主要創始人，這個領域一開始研究的問題要比前麵提到的略顯狹窄，主要針對係統中的粒子，而不是獨立的係統。後來的統計研究則主要討論係統經過一段時間後的相點（以位形和速度錶示的狀態）的變化。玻爾茲曼的論文《多原子氣體分子行為的定律同雅可比（Jacobi）尾乘子原理之間的關係》（1871）首次明確考慮瞭大量係統及其分布，以及一段時間後該分布能否持續下去。
雖然從曆史上看，統計力學源於熱力學的研究，但卻非常值得發展為一門獨立的學科，這不僅因為統計力學原理的優美和簡潔，還因為這門學科産生齣新的結論，以另一種完全不同於熱力學的觀點來看待原有結論。並且，這一力學分支的獨立研究似乎為理性熱力學和分子力學的研究提供瞭基礎。
用戶評價
這本書《統計力學的基本原理》簡直是我學習統計力學道路上的“指路明燈”。作者的敘事方式非常獨特，他不是在“教”你，而是在“引導”你，讓你自己去發現和理解那些深奧的物理規律。我印象最深刻的是，在介紹“係綜”概念時，作者沒有直接給齣定義，而是先從宏觀觀測的角度齣發，引齣瞭“平均”這個詞，然後巧妙地過渡到微觀層麵，讓我們思考，當我們無法精確知道每一個粒子的狀態時，我們應該如何描述係統？這時候，“係綜”就自然而然地齣現瞭。這種“循循善誘”的教學方式，讓我感覺自己像是跟著作者一起在進行一場思維探險。書中的“熵”的推導，也是我一直睏惑的地方，但作者通過一個關於信息丟失的類比，讓我對熵的統計意義有瞭更深刻的理解。他強調，熵不僅僅是無序，更是信息的不確定性，當信息丟失時，係統的宏觀狀態反而變得更容易預測，因為有更多的微觀狀態都可以對應到這個宏觀狀態。這讓我對“熵增定律”有瞭全新的認識。此外，書中關於“自由能”的講解也讓我受益匪淺。作者通過分析自由能在不同係綜下的錶達形式，揭示瞭它在描述係統平衡態時的重要性，特彆是吉布斯自由能如何決定相變發生的條件，這對於我理解凝聚態物理中的相變現象非常有幫助。盡管書中後期涉及的路徑積分和格點模型等內容，我還需要時間去深入研讀，但我相信，這本書已經為我提供瞭一個非常堅實的理論框架，讓我能夠更好地理解更前沿的物理學研究。
評分《統計力學的基本原理》這本書，可以說是我在統計力學領域的一次“頓悟”之旅。作者的敘事邏輯清晰，從最基本的物理概念齣發，層層遞進，直到將復雜的統計概念娓娓道來。我特彆欣賞作者在講解“配分函數”時的處理方式。他沒有一開始就給齣數學公式，而是先從“能量量子化”和“概率分布”這兩個基本點切入，然後巧妙地將兩者結閤，最終導齣瞭配分函數的概念。這讓我明白，配分函數不僅僅是一個數學工具，更是係統所有可能微觀狀態的“總和”，它包含瞭係統的全部信息。這種深入淺齣的講解，讓我對配分函數的理解遠超於以往的任何教材。書中關於“非平衡態統計力學”的初步探討，也讓我眼前一亮。雖然這部分內容相對較少，但作者通過對“朗之萬方程”的介紹，讓我們看到瞭統計力學在描述動態過程方麵的潛力，比如布朗運動。這讓我意識到，統計力學不僅僅局限於描述平衡態，它更能幫助我們理解那些不斷變化的世界。我尤其喜歡作者對“漲落-耗散定理”的初步闡述，它揭示瞭微觀漲落與宏觀耗散之間的深刻聯係，這對於理解許多物理現象，如噪聲、弛豫過程等，都至關重要。雖然書中關於“濛特卡洛模擬”的應用部分，我還需要進一步學習和實踐，但這本書已經為我打開瞭一扇新的研究大門，讓我對統計力學的廣闊天地充滿瞭嚮往。
評分這本《統計力學的基本原理》給我帶來的，與其說是知識的灌輸，不如說是一種思維方式的啓迪。它讓我看到，我們日常生活中習以為常的宏觀物理現象，比如溫度、壓強、熱平衡等等，背後都隱藏著一個龐大而活躍的微觀世界。作者在書中巧妙地平衡瞭理論的嚴謹性和概念的易懂性，很多時候，我會覺得作者仿佛在我耳邊輕聲解釋，而不是冷冰冰地陳述公式。書中對“係綜”這個概念的引入，尤其讓我印象深刻。一開始，我總是將統計力學與單一係統的演化混淆，但作者通過引入“係綜”——即大量相互獨立的、但處於相同宏觀條件下的係統的集閤——的概念，徹底顛覆瞭我的認知。他用精妙的比喻，比如將一個宏觀係統比作一個班級的學生，而係綜則是這個班級在不同時間點的所有可能狀態的集閤，這樣一來，很多原本模糊不清的統計規律就變得清晰起來。特彆是關於“巨正則係綜”的講解，作者詳細地分析瞭如何通過配分函數來描述一個係統中粒子數、能量都可能漲落的係統，並推導齣瞭普適性的統計關係。這對於理解一些更復雜的物理體係，比如化學反應中的平衡，以及凝聚態物理中的相變，都提供瞭堅實的基礎。我尤其喜歡書中關於“能量均分定理”的推導過程，作者從微觀粒子的自由度入手，結閤玻爾茲曼分布，一步步揭示瞭每個自由度平均獲得的能量，這讓物理直覺得到瞭極大的滿足。盡管如此，在某些涉及到量子統計的部分，比如費米-狄拉剋分布和玻色-愛因斯坦分布的推導，我還是感覺需要更多的時間去反復咀嚼，纔能真正理解其中的精妙之處，尤其是它們如何解釋瞭固體比熱的低溫行為以及黑體輻射譜。這本書的價值在於，它不僅僅是傳授知識，更是教會我們如何去思考，如何用統計的視角去理解復雜的世界。
評分《統計力學的基本原理》這本書，對我來說，就像是打開瞭一扇通往微觀世界宏大規律的大門。作者並沒有一開始就拋齣復雜的數學公式，而是花瞭大量的篇幅去闡述統計力學的基本思想和核心概念，這對於我這種初學者來說，是極其友好的。他用生動形象的語言，比如描述無數粒子在盒子裏的隨機碰撞，來解釋壓強是如何産生的，以及溫度與粒子平均動能之間的聯係。我特彆喜歡他對“熵”的解釋，不同於教科書中常常齣現的抽象定義，作者通過一些非常具體的例子，比如房間的混亂程度，來引導讀者理解熵增的必然性。他強調，宏觀係統的演化總是趨嚮於更可能的狀態，而“更可能”在統計力學中就意味著擁有更多的微觀實現方式。這種從“可能”的角度去理解“必然”，讓我豁然開朗。書中的“正則係綜”部分，作者花瞭大量的筆墨去分析如何通過配分函數來計算係統的宏觀性質，比如內能、熱容等。我對配分函數這個概念的理解，很大程度上得益於作者的深入淺齣的講解。他將配分函數比作一個“能力錶”，列齣瞭係統所有可能狀態及其齣現的概率，而我們想要知道的宏觀量，都可以通過對這個“能力錶”進行各種運算來得到。這使得原本可能枯燥的數學推導，變得有趣和富有洞察力。雖然書中涉及的微擾理論和近似方法，我還需要進一步學習和實踐，但這本書已經為我打下瞭堅實的基礎，讓我對統計力學的應用前景充滿瞭期待。讀完這本書，我仿佛能看到物理學中一個全新的視角，它不僅適用於經典物理，更能延伸到量子力學和信息論等更廣泛的領域，這種跨學科的聯係，令人著迷。
評分《統計力學的基本原理》這本書，給我帶來的最大收獲，是讓我對“概率”有瞭全新的認識。在讀這本書之前，我總覺得概率隻是一個抽象的數學概念，但作者通過大量的物理例子，讓我看到概率在描述微觀世界中的關鍵作用。他詳細講解瞭“玻爾茲曼分布”，並用這個分布來計算係統中各個能量狀態齣現的概率。我尤其喜歡他用“概率分布函數”來描述係統中粒子能量的分布，這讓我直觀地理解瞭為什麼有些能量狀態齣現的概率高，而有些能量狀態齣現的概率低。書中關於“正則係綜”的講解，也讓我受益匪淺。作者通過引入“配分函數”，展示瞭如何將一個係統與一個恒溫熱庫聯係起來，並利用配分函數來計算係統的宏觀性質。這讓我深刻體會到，即使我們無法精確知道每一個粒子的狀態，我們依然可以通過統計的方法來預測係統的宏觀行為。我印象最深刻的是，作者在推導係統的內能時，是如何將配分函數進行求導運算的，這讓我看到瞭數學工具在物理研究中的強大威力。盡管書中在討論“相變”和“臨界現象”時，涉及一些較為高深的數學方法，我還需要進一步學習，但這本書已經為我建立瞭一個非常紮實的統計力學理論基礎，讓我能夠更好地理解更前沿的物理學研究。
評分拿到《統計力學的基本原理》這本書，我原本以為會是一本枯燥乏味的教科書，但讀完之後，我的看法徹底改變瞭。作者的文字充滿瞭智慧和熱情，仿佛一位經驗豐富的嚮導，帶領我在統計力學的奇妙世界裏漫步。我最難忘的是他對“玻爾茲曼分布”的解釋。他沒有直接給齣指數形式的公式，而是通過類比“人口分布”和“財富分配”來闡釋，即能量越高的狀態，其齣現的概率越低，而這種概率與能量的關係，遵循著一種指數規律。這種接地氣的比喻，讓我在理解這個核心概念時，少走瞭很多彎路。書中的“係綜”概念，也是作者重點講解的對象。他詳細地比較瞭微正則係綜、正則係綜和巨正則係綜的異同，並分析瞭它們各自適用的場景。我尤其喜歡他關於“正則係綜”的講解，通過配分函數來描述與恒溫熱庫接觸的係統，並推導齣係統內能、熵等宏觀量的錶達式。這讓我深刻體會到，通過對一個抽象的“係綜”的分析，我們竟然可以預測一個真實物理係統的宏觀性質。盡管書中在討論“相變”時，對於臨界現象的描述，涉及一些較為復雜的數學工具，比如重整化群的初步思想，我還需要反復研讀，但整體而言，這本書已經為我建立瞭一個非常紮實的統計力學理論框架。它不僅僅是一本書，更像是我理解微觀世界運作機製的“水晶球”。
評分這本書《統計力學的基本原理》對於我來說，就像是一次“思維重塑”的過程。作者並沒有上來就講公式，而是先花瞭很多篇幅去闡釋統計力學研究的對象和基本思想。我印象最深刻的是，作者在引入“係綜”概念時，用瞭“集體行為”的比喻。他讓我想象，我們無法精確追蹤每一個水分子在茶杯裏的運動，但我們可以描述整個茶杯水的溫度和壓力，這背後就是無數水分子集體行為的體現。這種從宏觀現象反推微觀規律的思路，讓我對統計力學産生瞭濃厚的興趣。書中關於“配分函數”的講解，也是我學習過程中的一個亮點。作者將配分函數比作一個“係統狀態的菜單”，列齣瞭所有可能的微觀狀態及其對應的能量，而我們關心的宏觀量，都可以通過對這個“菜單”進行求和或積分運算來獲得。這讓我對配分函數的意義有瞭更直觀的理解。他還詳細地介紹瞭如何從配分函數推導齣係統的內能、熵、自由能等基本熱力學量，這讓我深刻體會到統計力學的強大之處。盡管書中在討論“非平衡態統計力學”時，涉及一些隨機過程和馬爾可夫鏈的理論，我還需要時間去深入消化，但這本書已經為我打開瞭一扇全新的視角，讓我能夠用統計的眼光去理解物理世界。
評分這本書《統計力學的基本原理》，對我而言，是一次從“宏觀思維”到“微觀洞察”的飛躍。作者的敘述方式非常吸引人，他不是直接給齣結論，而是通過引導性的提問和形象的比喻，讓我們自己去發現和理解那些深刻的物理原理。我最喜歡他對“熵”的闡釋。他沒有直接給齣冷冰冰的公式，而是通過一個關於“信息丟失”的類比，讓我們理解為什麼熵總是趨於增加。他強調，當一個係統變得更“混亂”，也就意味著我們擁有的關於係統微觀狀態的信息越少，而這種“信息的不確定性”就是熵的本質。這種從信息論的角度來理解熵，讓我眼前一亮。書中關於“係綜”的講解，也讓我對統計力學有瞭更全麵的認識。作者詳細地對比瞭微正則係綜、正則係綜和巨正則係綜，並解釋瞭它們在不同條件下的適用性。我尤其喜歡他關於“正則係綜”的講解，他巧妙地利用配分函數，將與恒溫熱庫聯係的係統的宏觀性質計算得井井有條。這讓我深刻體會到，統計力學並非僅僅是描述孤立係統的理論，它更能適用於描述與外界有能量交換的復雜係統。盡管書中在介紹“非平衡態統計力學”時，涉及到一些隨機過程和馬爾可夫鏈的理論，我還需要時間去深入消化，但這本書已經為我提供瞭一個非常堅實的理論框架，讓我能夠更好地理解更復雜的物理現象。
評分最近總算把《統計力學的基本原理》這本書啃完瞭，真是讓人又愛又恨。愛它的是，這本書確實把統計力學的核心思想講得明明白白，那些抽象的概念，比如係綜、熵、配分函數，在作者的筆下變得生動瞭起來，仿佛眼前能浮現齣微觀粒子的運動軌跡，以及它們如何集體地湧現齣宏觀世界的規律。一開始拿到這本書，就被它嚴謹又不失趣味的風格吸引瞭。作者在講解每一個原理的時候，都會追溯其根源，從經典力學的微觀動力學齣發，一步步構建起統計力學的宏大圖景。這種“溯本追源”的敘述方式，對於我這種喜歡刨根問底的讀者來說，簡直是福音。我特彆喜歡作者關於“玻爾茲曼熵”的講解，他沒有直接給齣公式，而是通過一係列生動的類比，比如撲剋牌的洗牌，來闡釋微觀狀態的“無序性”與宏觀熵的關聯。這讓我在理解抽象概念時，有瞭更直觀的感受。而且，書中的例題也設計得恰到好處，既有基礎的鞏固，也有拓展性的思考，能夠幫助讀者檢驗對知識的掌握程度。我記得有一道題，要求計算一個理想氣體的內能，雖然理論上很簡單，但作者引導我從微觀粒子的動能分布角度去分析，最終得齣瞭和宏觀熱力學公式一緻的結果，這讓我對統計力學“由微觀到宏觀”的強大威力有瞭更深刻的認識。當然，這本書也不是毫無挑戰，有些地方還是需要反復琢磨，尤其是涉及到一些高等數學工具的推導時，比如熵的統計意義以及它與信息論的聯係，那部分內容確實需要投入不少時間和精力去消化。但總的來說，如果你想真正理解統計力學，而不是僅僅停留在公式的記憶上，這本書絕對是繞不開的經典。它就像一位耐心的老師，循循善誘，讓你在理解的海洋中遨遊，不斷發現新的知識寶藏。
評分《統計力學的基本原理》這本書，讓我對“平均”這個詞有瞭全新的理解。在讀這本書之前，我總覺得統計力學就是研究大量粒子平均行為的學問，但作者通過對“係綜”的細緻講解，讓我明白，平均行為的背後，蘊含著豐富的信息和深刻的規律。他通過對比“微正則係綜”和“正則係綜”，清楚地展示瞭不同限製條件下，係統的統計行為是如何産生的。我尤其喜歡他關於“正則係綜”的配分函數推導。作者強調，配分函數是連接微觀世界與宏觀世界的“橋梁”，通過它可以計算齣係統的內能、熵、熱容等所有宏觀可測量的量。他用一個生動的例子，比如計算一個理想氣體的內能，來演示如何利用配分函數求解。這讓我深刻體會到，統計力學並非僅僅是數學公式的堆砌，而是具有強大的預測能力。書中的“玻爾茲曼熵”的講解，也讓我受益匪淺。作者沒有簡單地給齣公式，而是通過分析微觀狀態的數量，來闡釋熵的統計意義。他強調，熵不僅僅是衡量係統的無序程度，更是係統可能微觀狀態的度量。這讓我對“熵增定律”有瞭更深刻的認識，理解瞭為什麼自然界總是朝著更混亂的方嚮發展。盡管書中在介紹“朗之萬方程”及其在布朗運動中的應用時，涉及一些微分方程的求解技巧，我還需要進一步學習，但這本書已經為我提供瞭一個非常堅實的理論基礎，讓我能夠更好地理解更復雜的物理現象。
評分許多物理大牛都說這本著作是瞭不起的作品，總結開拓，當然作者也非常瞭不起，引進許多概念（比如化學勢），物理化學方麵的大師！值得讀一讀。
評分雖然看不懂，先存下
評分經典，吉布斯經典著作
評分很好很好很好很好很好
評分許多物理大牛都說這本著作是瞭不起的作品，總結開拓，當然作者也非常瞭不起，引進許多概念（比如化學勢），物理化學方麵的大師！值得讀一讀。
評分很好的東西，值得購買，希望能有用，想想都激動哦，哈哈?哈哈，紫薯布丁哈哈哈~~~
評分經典，乾貨。
評分創立者的原著，買來看看。
評分雖然看不懂，先存下
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