Statistical Physics of Particles

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出版者:Cambridge University Press
作者:Mehran Kardar
出品人:
页数:330
译者:
出版时间:2007-6-25
价格:USD 94.99
装帧:Hardcover
isbn号码:9780521873420
丛书系列:
图书标签:
  • 统计物理
  • 物理
  • 统计力学
  • 物理-统计物理
  • physics
  • 教材
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具体描述

Statistical physics has its origins in attempts to describe the thermal properties of matter in terms of its constituent particles, and has played a fundamental role in the development of quantum mechanics. Based on lectures taught by Professor Kardar at MIT, this textbook introduces the central concepts and tools of statistical physics. It contains a chapter on probability and related issues such as the central limit theorem and information theory, and covers interacting particles, with an extensive description of the van der Waals equation and its derivation by mean field approximation. It also contains an integrated set of problems, with solutions to selected problems at the end of the book and a complete set of solutions is available to lecturers on a password protected website at www.cambridge.org/9780521873420. A companion volume, Statistical Physics of Fields, discusses non-mean field aspects of scaling and critical phenomena, through the perspective of renormalization group.

《统计物理学:基础理论与前沿应用》 内容简介: 本书是一部系统阐述统计物理学核心理论,并深入探讨其在现代科学各个分支广泛应用的权威著作。从宏观热力学定律的微观起源,到多体系统的集体行为,再到量子统计的奇妙世界,本书力求为读者构建一个清晰、严谨且富有洞察力的统计物理学知识体系。我们相信,理解物质在微观层面上的统计规律,是解锁和预测宏观世界纷繁现象的关键钥匙。 第一部分:统计物理学的奠基石 本部分将从统计物理学的基本概念入手,逐步引导读者理解其核心思想和方法论。 热力学与统计力学的桥梁: 我们将回顾经典热力学的基本定律,如零定律、第一定律、第二定律和第三定律,并强调其在宏观尺度上的普适性。随后,本书将深入探讨这些宏观规律的微观根源。通过引入微观状态、宏观状态以及它们之间的对应关系,我们将揭示统计力学如何从大量的微观粒子运动中涌现出热力学行为。 概率论与组合学的基石: 统计物理学离不开概率论和组合学的工具。我们将详细介绍相关的数学概念,包括概率分布、统计平均、方差以及各种组合计数方法。这些工具将为理解熵、配分函数等关键统计量奠定坚实的基础。 系综理论:微观世界的统计视角: 本书将重点介绍统计物理学中至关重要的系综理论。我们将详细阐述微正则系综、正则系综和巨正则系综的概念,并推导出它们各自的配分函数。通过分析不同系综下系统的性质,读者将能深刻理解如何通过选择合适的统计模型来描述不同实验条件下的物理系统。 熵的统计诠释: 熵是统计物理学中最核心的概念之一。我们将从玻尔兹曼的分子动理论出发,给出熵的统计定义,并探讨其与系统无序度、信息丢失以及不可逆过程之间的深刻联系。通过对熵的深入理解,读者将能更好地把握热力学第二定律的本质。 第二部分:经典统计物理学的拓展 在掌握了基础理论之后,本部分将进一步拓展经典统计物理学的应用范围,涵盖更复杂的系统和现象。 理想气体的统计行为: 作为统计物理学最早和最成功的应用之一,我们将详细分析理想气体的统计性质。从麦克斯韦-玻尔兹曼速度分布到能量均分定理,我们将展示统计力学如何精确地解释气体的宏观热力学性质,如压强、温度和内能。 非理想气体的挑战: 真实气体并非理想气体,它们存在粒子间的相互作用。本部分将介绍范德华方程等描述非理想气体的模型,并探讨维里展开等方法来处理粒子间相互作用带来的复杂性。我们将分析相变现象,如液化和凝结,并从统计物理学的角度给出解释。 经典固体与晶格振动: 固体材料的宏观性质与其微观晶格结构息息相关。我们将介绍晶格振动的概念,并利用声子理论来描述固体的比热。从德拜模型到布里渊模型,我们将展示统计力学如何成功预测固体的低温柔热容行为。 磁性现象的统计描述: 磁性是物质在宏观上表现出的重要特性。本部分将介绍经典磁模型,如伊辛模型,并分析其在描述铁磁性、反铁磁性等现象中的作用。我们将探讨相变与临界现象,以及如何用统计物理学的方法来理解临界点的普适性行为。 第三部分:量子统计物理学的奥秘 量子力学的引入极大地丰富了统计物理学的内涵,并催生了许多奇特的量子现象。本部分将带领读者进入量子统计的奇妙世界。 量子统计分布:费米-狄拉克与玻色-爱因斯坦统计: 与经典粒子不同,微观粒子具有全同性和自旋。我们将深入介绍费米-狄拉克统计和玻色-爱因斯坦统计,并分析它们在描述电子、光子、原子等全同粒子时的独特性质。 自由电子气体与金属的性质: 费米-狄拉克统计在描述金属中的自由电子气体方面发挥着关键作用。我们将分析费米能、费米温度的概念,并解释其如何影响金属的电导率、热导率和磁性。 黑体辐射与普朗克公式: 黑体辐射是量子统计物理学的一个经典范例。我们将从光子的玻色-爱因斯坦统计出发,推导出普朗克黑体辐射定律,并解释其历史意义和实验验证。 凝聚态物理中的量子统计: 量子统计在理解凝聚态物理的许多现象中至关重要。我们将探讨超流性、超导性等量子相变现象,以及玻色-爱因斯坦凝聚的形成机理。 退相关与宏观量子效应: 本部分还将触及退相关等概念,解释宏观量子效应如何在与环境的相互作用中丧失其量子特性,从而解释为何我们在日常生活中难以观察到明显的量子现象。 第四部分:统计物理学的前沿应用 统计物理学的强大理论框架使其成为理解和解决众多现代科学难题的有力工具。本部分将展示其在各个前沿领域的广泛应用。 复杂系统与网络科学: 许多现实世界中的系统,如社交网络、生物系统、交通网络等,都可以被视为复杂系统。我们将介绍统计物理学在分析这些系统的结构、动力学、涌现行为以及鲁棒性方面的最新进展。 生物物理学中的统计学: 从蛋白质折叠、DNA动力学到细胞信号转导,生命过程本质上是统计物理过程。我们将探讨如何利用统计物理学工具来理解生物分子的行为、生物网络的演化以及生命体的自组织现象。 信息论与统计物理学的交融: 信息熵与热力学熵之间存在深刻的联系。我们将介绍信息物理学的基本概念,以及统计物理学在理解数据压缩、纠错编码、机器学习等信息科学领域中的应用。 宇宙学与粒子物理中的统计学: 在宇宙的早期,物质处于极端高温高密度的状态,统计物理学是描述这些状态的关键。我们将探讨统计物理学在宇宙起源、大尺度结构形成以及基本粒子相互作用研究中的作用。 材料科学与纳米技术: 纳米材料的独特性质往往源于其表面效应和量子尺寸效应。统计物理学为理解纳米材料的相变、催化性能、光电特性等提供了理论基础。 本书特色: 循序渐进的教学方法: 本书从基础概念出发,逐步深入,力求使不同背景的读者都能理解。 严谨的数学推导: 所有重要结论都经过详细的数学推导,确保理论的严谨性。 丰富的例题与习题: 每章都配有精选的例题和具有挑战性的习题,帮助读者巩固和深化理解。 前沿应用的介绍: 广泛涵盖了统计物理学在各个学科领域的最新研究进展。 清晰的图示与表格: 大量使用图表来可视化抽象概念,提高阅读的直观性。 《统计物理学:基础理论与前沿应用》是一部集理论深度、应用广度和教学实用性于一体的力作,旨在培养读者运用统计物理学的思维方式去理解和解决科学问题,为有志于深入研究物理、化学、生物、工程、计算机科学等领域的学生和研究人员提供一份宝贵的参考。

作者简介

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读后感

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用户评价

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**评价二:** 这本书的叙述风格非常独特,它不像某些教科书那样试图用最快的速度覆盖所有内容,而是像一位耐心的导师,在关键的概念上反复打磨。我发现它在处理量子统计部分时显得尤为出色。对于费米-狄拉克分布和玻色-爱因斯坦分布的推导过程,它处理得非常细腻,清晰地阐释了为什么在低温下会出现像简并压力这样的反直觉现象。作者似乎很注重物理图像的建立,即便是在处理相对抽象的数学工具时,也会穿插着对实际物理场景的暗示,比如对理想气体或黑体辐射背景的回归。尽管如此,这本书的难度是毋庸置疑的,它要求读者不仅要熟悉经典力学和量子力学的基础,还要对高等数学有足够的驾驭能力。我个人认为,它更适合那些已经接触过统计物理学入门课程,希望系统性地深化理解的进阶学习者。它构建了一个坚实的理论基础,让你能够自信地去应对更复杂、更前沿的研究问题。

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**评价三:** 阅读体验上,这本书给我的感觉是“厚重而实在”。它在细节上的处理达到了令人惊叹的程度,几乎没有模糊不清的地方。比如,当它讨论相变时,它没有急于抛出平均场理论这种强大的工具,而是先花大量篇幅来阐述临界现象的普遍性,以及重整化群思想的萌芽阶段。这种循序渐进的叙述,使得读者在面对诸如朗道自由能展开或更复杂的二级相变时,能够清晰地追踪逻辑链条。我印象最深的是它对涨落概念的讨论,如何将微观的随机性转化为宏观的稳定描述,这部分处理得非常精妙,将概率论的威力展现得淋漓尽致。这本书的排版和插图设计非常简洁,几乎所有的篇幅都用在了严谨的推导和概念阐释上,没有太多花哨的装饰,这反而更符合其严肃的学术定位。它更像是一部工具书与教材的完美结合,适合在研究过程中随时翻阅,以求证某个理论细节的准确性。

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**评价一:** 翻开这本书的封面,我就被它深邃而严谨的气质所吸引。内容上,它并没有直接探讨那些宏观热力学的具体应用,反而像是带领我们潜入了一个微观粒子的“舞蹈世界”。作者似乎对统计物理学的基本原理有着一种近乎哲学的理解,从最基础的系综概念入手,步步深入。我特别欣赏它在构建理论框架时的逻辑清晰度,每一个公式的推导都像是精妙的数学证明,让你不得不佩服物理学家思维的严谨。它更多地聚焦于如何用概率和统计的语言来描述大量粒子的集体行为,比如如何从微观的哈密顿量过渡到宏观的可观测物理量。这种自底向上的构建方式,虽然需要读者有一定的数学基础,但一旦掌握,你会感觉自己真正抓住了统计物理学的“灵魂”——那种从混沌中涌现出秩序的深刻洞察力。这本书更像是一本“内功心法”的秘籍,旨在打磨读者的理论功底,而不是提供一堆现成的公式查询。读完后,你会发现对吉布斯自由能、配分函数的理解不再停留在表面,而是有了更深层次的领悟。

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**评价四:** 坦白说,这本书的难度曲线相当陡峭,对于初学者来说,可能会感到压力山大。它更侧重于建立一套完整的、自洽的理论体系,而不是解决一系列孤立的例题。例如,在处理连续系统时,作者对于路径积分形式的引入显得非常自然,仿佛这是唯一的、必然的数学表达方式。它很少会用过于通俗的比喻来“简化”复杂的概念,而是鼓励读者直接面对数学的本质。这种风格的优点是,一旦你跟上了作者的思路,你会发现整个统计物理学的知识结构变得异常清晰和统一;缺点则是,如果基础不牢固,很容易在某一章节迷失方向,难以自拔。这本书的价值在于它提供了一个极其高视角的平台,让你能俯瞰整个粒子系统的行为规律,理解从稀疏的稀气体到紧密的凝聚态之间,物理描述是如何平滑过渡的。它挑战的不是你记忆公式的能力,而是你抽象思维的深度。

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**评价五:** 我发现这本书在处理经典统计物理和量子统计物理的衔接上,展现了极高的技巧。它并没有将两者割裂开来,而是通过玻尔兹曼因子和量子统计算符的推广,展示了理论的一致性。尤其是在动力学理论的介绍部分,虽然篇幅相对精炼,但其对输运系数和布朗运动的讨论,清晰地展示了如何将平衡态的理论框架延伸到非平衡态的初步探索。它似乎在暗示,真正的挑战在于如何处理时间依赖性。这本书的讨论深度远超一般本科教材,它更像是为研究生量身定做的深度阅读材料。每一章的结论都不仅仅是知识点的总结,更像是对一个重要物理问题的深刻洞察。读完后,你可能会对热力学第二定律有了全新的、基于微观涨落的理解,而不是仅仅停留在宏观熵增的概念上。这本书无疑是一笔宝贵的学术财富,需要投入时间去细细品味和消化。

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麻省理工学院资深教授Kardar已教授Statistical Mechanics I&II 二十余载,将所用讲义著成两部书。此为其中上部。内容涵盖物理专业四大力学之统计力学。

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大二买的,那时还看不惯英文,内容也需要一点基础,总而言之很痛苦。

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Ones of Course books for Thermodynamics and Statistical Physics. 就读了一点点。。。。。

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kardar open course http://ocw.mit.edu/courses/physics/8-333-statistical-mechanics-i-statistical-mechanics-of-particles-fall-2013/

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Kardar的学生确实幸福。这本粒子的统计和下册场的统计的确是学习有效场论和重整化的捷径。

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