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1、MIT教材Introduction to Statistical Physics评介研究张立彬（南开大学外国教材中心）杨 硕（南开大学物理科学学院）1 出版情况和作者简介Introduction to Statistical Physics（统计物理简介）是美国麻省理工学院物理系课程编号为8.08的课程 “Statistical Physics” 使用的教材。本书于2001年由Taylor & Francis出版社第一次出版，全书共288页，作者是麻省理工学院的Kerson Huang。Kerson Huang在MIT于1953年获得物理学博士学位，随后他在普林斯顿大学做博士后工作，1957年
2、回到MIT任教直到1999年退休。退休后他继续从事着量子场论和统计力学方面的研究。2 创作背景和主要内容这本书是作者在麻省理工学院给高年级的大学本科生上的一学期制的统计物理的讲义，基于作者在MIT的教学经验，它着重介绍经典和量子物理中的热力学。本书分为这几个部分。首先，作者以物质现象的理论介绍了热力学，强调了这种方法的功效和美妙。然后，作者展示了在统计方法的帮助下来推导这些热力学理论的过程，这是用经典力学和量子力学对理想气体的研究做到的。作者展示了很大范围的物理现象，可以用玻色气体和费米气体的性质解释。然后作者提出了统计力学的正式方法正则系综和巨正则系综。最后一部分作者用微观层次的眼光转到现象
3、学，介绍了用感序参数描述显示在超导性和超流动性里的对称破缺。作者在涨落上花了很大的时间，从爱因斯坦对布朗运动的描述开始，通过对随机过程和时间系的分析，最后介绍了蒙特卡洛算法。经过粗略的划分，本书有12章介绍一般话题，有6章讲特殊应用。课程需要涉及所有的一般话题，而特殊应用每年都有改变。在一般话题中，1-3章讲热力学，5，6，8章讲理想气体的动力学，9，10章讲玻色气体和费米气体，12，13章讲正式统计力学，17，18章讲随机过程，余下的6章讲的是传递现象、玻色-爱因斯坦方程、布朗运动等。在每章的最后作者提供了一些习题。3 本书的特点本书注重的是物理的理解。本书的内容涵盖了统计物理相关的基本原理
4、，很自然的分成了18章，全书结构清晰、逻辑严谨，主体线索明确，有助于读者从整体上理解这门课程。作者在写这本书的时候，用讲述的口吻，给读者身临其境的感觉，引导读者进行思考，从而使读者理解书上的内容。作者在每一章的最后都留有习题，通过习题读者可以很好的理解书上的内容。本书的另外一个特点是它从讲解基本的知识延伸到了一些相关的前沿的科学问题，如对称性破缺和玻色-爱因斯坦方程，把理论与应用分开来讲解。这种深入浅出的讲解方式有利于读者的学习，使读者在理解课程要求的知识之外，学以致用，既了解了学科前沿，又提高了学习的兴趣，增强了学习的热情。4 本书的学术价值统计物理是有关大量物质的行为特性的一门学科，它研究
5、的范围可以从沸腾的水到金属中的超导体。从根本上说，它是在探索随机过程的规律。在实践上，这个学科不仅应用在了自然科学和工程上，还应用在了社会科学和经济学上。Introduction to Statistical Physics这本书能够快速有效的引导读者了解物理世界的统计观点，它的目的是引导读者用钻研的眼光学习物理世界里的统计观点，它帮助读者用统计的方法推导出热力学中物质的现象。并且本书还提供了这门学科在很多物理领域的应用。5 本书对我国编写统计物理教材的启示首先，从语言上，本书以一种教授的口吻在叙述所学的内容，仿佛一位作者亲自传授课程，带着读者思考、学习，给读者身临其境的感觉。这样有助于读者的
6、理解，并且能激发读者的学习兴趣。其次，本书的结构具有逻辑性，把理论知识和实际应用分开来，使读者更容易把握课程的主要内容和整体线索。最后，本书涵盖了最基本的理论，并且也包含了前沿的学科领域的知识。5章节目录 前言 xiii1.宏观观点 11.1热力学 11.2热力学变量 21.3热力学极限 31.4热力学变换 41.5经典理想气体 71.6热力学第一定理 81.7磁学系统 9习题 102.热与熵 132.1热方程 132.2理想气体的应用 142.3卡诺循环 162.4热力学第二定理 182.5绝对温度 192.6温度作为积分因子 212.7熵 232.8理想气体的熵 242.9热力学极限 25
7、习题 263.应用热力学 303.1能量方程 303.2可测量系数 313.3熵和损失 323.4温熵图 353.5平衡条件363.6自由能 363.7吉布斯函数 383.8麦克斯韦关系 383.9化学势 39习题 404.相变 454.1一级相变 454.2相平衡条件 474.3克拉贝隆方程 484.4范德瓦尔斯状态方程 494.5维里展开 514.6临界点 524.7麦克斯韦解释 534.8温标 54习题 565.统计方法 605.1原子观点 605.2相空间 625.3分布函数 645.4各态历经假说 655.5统计系综 655.6正则系综 665.7最概然分布 685.8拉格朗日乘子
8、69习题 716.麦克斯韦-玻尔兹曼分布 746.1参数的确定 746.2理想气体压强 756.3能量均分 766.4速度分布 776.5熵 796.6热力学的推导 806.7统计波动 816.8玻尔兹曼因子 836.9时间箭头 83习题 857.输运现象 897.1无碰撞和流体力学状态 897.2麦克斯韦妖 917.3无粘性流体力学 917.4声波 937.5扩散 947.6热传导 967.7粘度 977.8斯托克斯方程 98习题 998.量子统计 1028.1热波长 1028.2全同粒子 1048.3状态数 1058.4自旋 1078.5微正则系综 1088.6费米统计 1098.7玻色统
9、计 1108.8参数的确定 1118.9压力 1128.10 熵 1138.11 自由能 1148.12 状态方程 1148.13 经典极限 115习题 1179.费米气体 1199.1费米能量 1199.2基态 1209.3费米温度 1219.4低温性质 1229.5质点和孔洞 1249.6固体里的电子1259.7半导体 127习题 12910.玻色气体 13210.1 光子 13210.2 玻色增强 13410.3 声子 13610.4 德拜比热 137 10.5 电子比热 13910.6 粒子数守恒 140习题 14111.玻色-爱因斯坦凝聚 14411.1 宏观状态 14411.2 凝
10、聚 14611.3 状态方程 14811.4 比热14911.5 相的形成 15011.6 液氮 152习题 15412.正则系综 15712.1 微正则系综 15712.2 经典正则系综 15712.3 分布函数 16012.4 与热力学的联系 16012.5 能量涨落 16112.6 自由能的最小化 16212.7 经典理想气体 16412.8 量子系综 16512.9 量子分布函数 16712.10 表示法的选择 168习题 16813.巨正则系综 17313.1 粒子储存 17313.2 巨分布函数 17313.3 波动系数17413.4 与热力学的联系 17513.5 临界涨落 17
11、713.6 巨正则系综里的量子气体 17813.7 占有数涨落 18013.8 光子涨落 18113.9 电子对的生成 182习题 18414.有序参数 18814.1 平衡破缺 18814.2 伊辛旋转模型 18914.3 Ginsburg-Landau理论 19314.4 平均场理论 19614.5 临界范例 19714.6 涨落-耗散理论 19914.7 相关长度 20014.8 普适性 201习题 20215.超流体 20515.1 压缩波方程 20515.2 平均场理论 20615.3 Gross-Pitaevsky方程 20815.4 量子相的连续性 21015.5 超流体淹没 2
12、1115.6 超导体 21315.7 Meissner效应 21415.8 量子磁通量 21415.9 Josephson连接 21615.10 SQUID 220习题 22216.噪声 22616.1 热涨落 22616.2 Nyquist噪音 22716.3 布朗运动 22916.4 爱因斯坦理论 23116.5 扩散 23316.6 爱因斯坦关系 23416.7 分子现实 23616.8 涨落和耗散 237习题 23817.随机过程 24017.1 随机和概率 24017.2 二项式分布 24117.3 泊松分布 24317.4 高斯分布 24417.5 中心极限理论 24517.6 散
13、射噪声 247习题 24918.时间系分析 25218.1 爱因斯坦路径 25218.2 功率谱图和合作关系方程 25418.3 信号和噪声 25618.4 跃迁概率 25818.5 Markov过程 26018.6 Fokker-Planck方程 26118.7 Langevin方程 26218.8 布朗运动回顾 26418.9 蒙特卡洛方法 26618.10 伊辛模型的近似 268习题 270附录：数学引用 274注解 281参考文献 282索引 284 【作者简介】张立彬（1964），男，河北石家庄人，教育部南开大学外国教材中心副教授，现主要从事信息文化、信息技术与物理学外国教材研究；杨硕（1990-），男，河北秦皇岛人，南开大学物理科学学院。
