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1、统计物理学教材专题评介赵丹、孔婧竹（南开大学数学科学学院）一、国外统计物理类教材简介1.1 Statistics Physics（统计物理）1988年由美国罗德里奇出版社第一次出版，1995年再版。作者TONY GUENAULT是英国兰开斯特大学低温物理学名誉教授和物理与材料学院前院长。在这本新书中，TONY GUENAULT提供了清晰并且可读性很强的关于统计物理的介绍，这是大学物理系一年级学生的必备知识。其内容本身是独立的，注重物理概念的理解，而并不需要高深的数学知识。本书从一开始便直接引入统计平均法的概念，因为作者认为，这样比传统的讲解方法更易理解。该书的第一部分旨在解释粒子分离集会的平衡
2、性能。因此，一些重要的问题，比如一个理想的自旋1 / 2固体电子，便可以在早期阶段讨论。该书对气体的讲解充分覆盖了麦克斯韦-玻尔兹曼、费米-狄拉克和玻色-爱因斯坦统计学知识.本书的最后一章给学生提供了更广阔的视野，这样学生们便能解决更进一步的问题。本书有12章内容，具体包括：基本理论；不同粒子；两个例子；气体：态密度；气体分布；麦克斯韦-玻尔兹曼气体；二价气体；费曼-迪拉克气体；其他情况下的熵；能级跃迁；两个新概念。1.2 Statistical Physics(A Probabilistic Approach) 1991年由美国John Wiley&Sons公司第一次出版。作者BERNARD
3、 LAVENDA是意大利degli Studi di Camerino大学的化学物理学教授，他的文章很多都被发表在学术和专业刊物上。本书提供了一个独立统一原则高斯原则作为去除玻尔兹曼原则中不明确性的纽带，和统计分析物理学现象的有力工具。这个原则来源于19世纪早期一个模糊的关于天文力学的研究。此原则也允许从数学统计的观点看统计热动力学。这本新的盖然论方法包含玻色-爱因斯坦统计学和费米-狄拉克统计学，讨论的内容有：玻尔兹曼原则，黑体射线，热动力学概率，量子统计，变化分布，统计平衡，射线和物质的能级跃迁，高斯原则的动力学基础。本书有8章内容，具体包括：熵和概率；黑色放射线：一段历史；从一到无穷；处理
4、信息；正则分布的由来；统计平衡原则；射线和物质的能级跃迁；高斯错误原则的动力学基础。1.3 Principles of Statistical Physics（统计物理学原则）2006年由德国WILEY-VCH Verlag GmbH&Co.KGaA出版社第一次出版。作者Boris M.Smirnov1968年在列宁格勒大学取得博士学位，在不同的研究领域工作之后，他最后于1986年选择成为莫斯科俄罗斯科学学院高温研究所分所的所长。作者是近30本书的独立作者和合作作者，并发表了300篇研究论文。他是低温等离子国家委员会的副会长和初等过程等离子的Section的会长。他的研究领域遍及物理的很多方面
5、。本书将一个高级课程的主题与一本提供关于统计物理学概念的参考书相结合。讨论了大范围的物理现象和多成分系统，不同的描述加深了对现象本身的理解并支持了不同的观点，适用于物理和化学领域的学生，教授及其他相关领域的科学家。本书共有六大部分：前言：1.介绍。第一部分：原子系统的统计物理，2.粒子系统的基本分布，3.波色-爱因斯坦分布；4.费曼-迪拉克分布；5.不连续状态和连续光谱的平衡。第二部分：原子系统的平衡态和激发态，6.热动力学值和热动力学平衡；7.原子系统的平衡状态；8.聚集状态的热动力学和能级跃迁；9.混合物和溶液；10.原子浓缩状态的能级跃迁。第三部分：一些过程和非平衡原子系统，11.包含原
6、子的碰撞过程；12.动力学等式和碰撞积分；13.非平衡物体和现象。第四部分：原子系统的运输现象，14.运输现象的基本原则；15.气体电子的运输；16.浓缩系统中的电子运输；17.离子的运输和群。第五部分：复杂原子系统的结构，18.群结构的特性；19.结合的大分子的结构；20.不规则碎片形系统。第六部分：成核现象，21.气体和等离子的成核特性；22.群生长的过程；23.膨胀气体和等离子的群生长；24结论。1.4 A Modern Course in Statistical Physics（统计物理的现代课程）1984年由美国德克萨斯大学出版社首次以平装本印刷。作者L.E.Reichl是美国德克萨
7、斯大学统计机械中心物理学副教授和代理主任。在过去的15年中，统计物理学领域几乎在每个方向的前沿都取得了喜人的进展，本教科书即是响应这些进步，旨在使标准课程更加现代化。它提供了热动力学，概率原理，平衡和非平衡统计物理的全面的基础内容，与此同时还包含了这些领域的最新成果。所有概念均配有例子以更好的理解物理内容，但并没有采用过分复杂的数学。本书共有17章：介绍；热动力学介绍；热动力学应用；能级跃迁的热动力学；初等概率理论；控制等式；动力学系统的概率分布；各态历经理论；平衡统计机械原理：可溶解模型；平衡波动和临界现象；古典流动性；粒子流动性；初等运输理论；水力学和翁萨格关系；波动-消散原则；长时间痕迹
8、； 非平衡能级跃迁。1.5 Statistical Physics of Polymers：An Introduction（统计物理学中的聚合物简介）本书是由德国斯普林格出版社出版的英译书。日文原版是于2001年在日本由东京科学出版社第一次出版，作者川胜年洋（Toshihiro Kawakatsu）是日本东北大学大学院理学研究科物理学专攻教授。本书用简明且精炼的例子，介绍了当下聚合物和复杂流体研究中所用到的统计模型、理论和方法。而这些知识是研究这个领域所必备的。这本书着重在理论上探究聚合物的物理结构和动态变化。本书主要章节为:绪论；高斯链模型和聚合物的统计理论；中型构造和自洽场论；金兹伯格-朗
9、道理论；聚合物宏观弹性论。 1.6 Statistical Physics ：An Introduction（统计物理简介）该书2006年由德国斯普林格出版社第一次出版。作者吉冈大次郎（daijiro yoshioka）是日本东京大学基础科学院凝聚体物理教授。本书先宏观地简要描述物理系统并分析了理想气体的运动状态，随后又从讨论的结果出发，解释了在基本假设下统计物理的普遍原理，从熵的角度重新定义了温度，压强，自由能等概念。本书主要章节为：热平衡和等概率原理；熵；配分函数和自由能；理想气体 ； 固体热能和黑体辐射；橡胶弹性；磁体；一阶相变；二阶相变；稠密气体低温下的而理想气体。 1.7 Stati
10、stics Physics：Including Applications to Condensed Matter（统计物理在凝聚体中的应用）该书2005年由德国斯普林格出版社第一次出版。作者Claudine Hermann是法国巴黎理工学校物理教授，并且是法国巴黎理工学校第一位女性教授。这本书首先阐述了统计物理、热力学、量子力学的基本理论，随后介绍这些知识在实际问题中的应用，例如，静电屏蔽等。本书主要章节为：大型系统的统计描述，假设；不同的统计系综，基本方法 ； 热力学和统计物理；理想气体；不可分辨性，泡利不相容性；量子统计的基本性质；自由费米子的性质；带理论和金属导电性的原理；玻色子：氦4，
11、光量子，热辐射。1.8 Statistics Physics（统计物理）1986年由荷兰爱思唯尔科学出版社第一次出版。编辑H.Eugene Stanley整理了52篇论文，它们都是在第16届IUPAP电动力学和数字机械会议上的演讲。作者致力于以一种全新的方式呈现他们的最新进展，虽然像这样以会议内容改编而成的书通常不易读懂。因此，这些论文被视作一个简明但连贯的1986年统计物理学最新动态的总结。本书以独立平装本发行旨在鼓励以此种方式补充已经存在的电动力学和数字机械的文章。二、共同特点在阅读教材的过程中，发现上述统计物理学书籍有以下一些共同特点：2.1教材作者都是相关领域大家。一本教材的质量与编者
12、的学术水平、写作水平和逻辑思维特点息息相关，因而在分析教材之前，我们先对这几本教材的编者做一简单了解。TONY GUENAULT是英国兰开斯特大学低温物理学名誉教授和物理与材料学院前院长。BERNARD LAVENDA是意大利degli Studi di Camerino大学的化学物理学教授，他的文章很多都被发表在学术和专业刊物上。Boris M.Smirnov1968年在列宁格勒大学取得博士学位，在不同的研究领域工作之后，他最后于1986年选择成为莫斯科俄罗斯科学学院高温研究所分所的所长。作者是近30本书的独立作者和合作作者，并发表了300篇研究论文。他是低温等离子国家委员会的副会长和初等过
13、程等离子的Section的会长。他的研究领域遍及物理的很多方面。L.E.Reichl是美国德克萨斯大学统计机械中心物理学副教授和代理主任。川胜年洋（Toshihiro Kawakatsu）是日本东北大学大学院理学研究科物理学专攻教授。吉冈大次郎（daijiro yoshioka）是日本东京大学基础科学院凝聚体物理教授。Claudine Hermann是法国巴黎理工学校物理教授，并且是法国巴黎理工学校第一位女性教授。2.2教材内容全面详细、结构完整。大学教材既是老师的教学参考书，又是学生自学的引导书，还可作为同领域科研人员的参考用书。它能使读者通过自学就能认识并进入一个新的学科领域，因而要强调基
14、本内容的系统性、完整性，同时要兼顾学科发展现状，跟踪最新发展水平。这就要求一本好教材内容要系统、全面、完整、前沿。如统计物理（Statistics Physics）1988介绍了清晰、完整并且可读性很强的关于统计物理的知识，旨在为大学物理系一年级学生提供必备知识储备。统计物理简介（Statistical Physics ：An Introduction）从熵的角度重新定义了温度，压强，自由能等基本概念，为读者提供了一个以全新角度解读物理的方法，开拓了读者的思维，加深了对物理概念的理解。统计物理的现代课程（A Modern Course in Statistical Physics）响应了统计物
15、理学领域几乎在各个方向的喜人进展，旨在使标准课程更加现代化。它不但介绍了统计物理学的基本知识，还涵盖了不同领域的最新成果，使学生紧跟时代脉搏，随时了解统计物理学领域的最新发展方向，与时俱进。2.3物理理论数学化，推导清晰严谨。学科之间的交叉发展的主要动力在于：一方面，数学的自身发展已经到达一种相当的程度，另一方面，物理的发展受到一定的限制，对基础学科的研究成果有相当的需求。以上书籍即解决了这样的问题，均将数学工具引入物理问题的解决中，用数学特有的逻辑性、系统性、严谨性使物理理论的推导有根有据，但又不拘泥于数学。阅读这些书籍不需要高深的数学知识，数学仅作为一个工具被引入。这些教材都运用数学、统计
16、力学和理论物理的近年来最新研究成果，处理开放系统、系统或者子系统随时间的演化，以及子系统之间的关联效应等方面。如统计物理简介（Statistical Physics ：An Introduction）即是引入了数学概念熵，重新从另一个角度分析了物理，书中运用了统计的随机思想，对一些物理现象作出了解释，并附有大量的基本数学公式、图表来帮助读者理解。2.4文献丰富充实、新颖独特。当今是科学研究突飞猛进的时期，基础科学发展也日新月异，这些发展多以演讲论文的形式发表在科技刊物上，而这些科技刊物重点针对于研究领域的专业高级人才，对于普通读者来说很难接触到并且阅读，因而及时吸纳、引用这些最新文献以便让读者了解学科最新发展颇为必要。如统计物理（Statistics Physics）收集了在第16届IUPAP电动力学和数字机械会议上的演讲。致力于以一种全新的方式呈现他们的最新进展，虽然像这样以会
