The Nonequilibrium Statistical Mechanics of Open and Closed Systems pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Lindenberg, Katja/ West, Bruce J.

出品人:

页数:448

译者:

出版时间:1990-6

价格:162.00 元

装帧:

isbn号码:9780471186830

丛书系列:

图书标签:

• Statistical Mechanics
• Nonequilibrium
• Open Systems
• Closed Systems
• Thermodynamics
• Physics
• Condensed Matter Physics
• Mathematical Physics
• Probability
• Fluctuations

开放与封闭系统中的非平衡统计力学 一部深入探讨远离热力学平衡系统的复杂动力学与统计特性的开创性著作 作者：[此处填写作者姓名，例如：亚历山大·科瓦列夫斯基] [出版年份] --- 内容提要 本书《开放与封闭系统中的非平衡统计力学》是一部旨在系统梳理和深入剖析统计物理学前沿领域——非平衡态统计力学——的权威性专著。它超越了传统热力学对宏观平衡态的精确描述范畴，将目光投向了自然界和工程技术中普遍存在的、处于持续能量和物质交换过程中的复杂系统。全书结构严谨，逻辑清晰，内容涵盖了从基础的涨落理论到前沿的数值模拟方法，为物理学、化学、工程学以及复杂系统科学的研究人员和高级学生提供了一套全面而深入的理论框架和实用工具。 本书的核心目标是构建一座连接微观动力学（如薛定谔方程或朗之万方程）与宏观可观测量（如输运系数、响应函数和耗散过程）之间的桥梁。我们重点探讨了如何利用先进的统计工具，如路径积分、时间演化算符、非平衡格林函数方法以及随机过程理论，来精确描述系统在时间演化过程中如何偏离平衡态，以及如何趋向于新的、动态稳定的状态。 第一部分：理论基础与回顾 本部分首先回顾了经典统计力学（玻尔兹曼、吉布斯系综）的局限性，明确了引入非平衡框架的必要性。 第一章：概率与时间演化 详细阐述了概率密度的概念在时间维度上的演化。我们从基础的福克-普朗克方程（Fokker-Planck Equation, FPE）出发，探讨了其在描述布朗运动和化学反应动力学中的应用。随后，引入了主方程（Master Equation）及其在离散态系统中的重要性，并讨论了其与连续FPE之间的关系，特别是通过维纳过程的连接。深入分析了时间反演对称性在近平衡系统中的作用，并引入了详尽平衡（Detailed Balance）的概念。 第二章：涨落与耗散 涨落-耗散定理（Fluctuation-Dissipation Theorem, FDT）是非平衡统计力学的基石之一。本章全面回顾了FDT的不同形式（包括经典和量子版本），阐明了系统在平衡态时，其对微小外力扰动的响应（耗散）与其内部热力学涨落（涨落）之间的内在联系。我们利用线性响应理论（Kubo公式）详细推导了电导率、扩散系数等输运系数的微观起源，强调了这些系数如何通过时间关联函数的积分来确定。 第三章：开放系统的热力学 本部分将热力学概念扩展到开放系统。引入了非平衡自由能（或称广义势）的概念，特别是对于系统在非零流下的状态描述。讨论了恒温恒化学势等温等压系综（如巨正则系综的非平衡推广）的构建思路。重点探讨了非平衡态下的熵产生原理，阐述了普里戈金（Prigogine）的最小熵产生原理及其适用范围，并分析了其在稳态分析中的局限性。 第二部分：非平衡动力学与微观理论 本部分致力于介绍描述系统在时间上演化的核心微观方法论。 第四章：玻尔兹曼输运方程与动力学 详细讨论了玻尔兹曼输运方程（Boltzmann Transport Equation, BTE）在稀薄气体和半导体电子学中的应用。重点分析了其积分碰撞项的物理意义，并介绍了求解BTE的经典方法，如查普曼-恩斯科格（Chapman-Enskog）展开法和蒙特卡洛模拟。此外，还讨论了BTE在处理多体散射和量子效应时的修正和挑战。 第五章：非平衡格林函数方法 这是描述强关联、非平衡量子系统的强大工具。本章系统介绍了Keldysh-Schwinger路径积分形式，阐述了如何构建和求解具有时间依赖性的自能算符。我们应用此方法分析了电子在强电场下的输运、激发态的弛豫过程以及介观系统中的量子隧穿问题。详细对比了平衡态格林函数与非平衡（等时线）格林函数的计算差异。 第六章：随机过程与路径积分 对于受到环境噪声影响的系统（如化学振荡器、生物分子马达），随机动力学描述至关重要。本章侧重于Langevin方程的推导，并将其与FPE联系起来。通过对随机路径的概率进行积分（路径积分），我们将复杂的随机过程转化为对确定性泛函的求解，这在分析小分子扩散和分子动力学模拟中具有不可替代的价值。 第三部分：复杂系统与极端非平衡态 本部分关注远离线性响应区域，系统展现出复杂集体行为的场景。 第七章：相变与临界现象的非平衡描述 分析了动态临界现象，即系统在驱动力作用下发生相变时的特征。讨论了临界指数的非平衡推广，特别是对动态标度律（Dynamic Scaling Laws）的引入。案例分析集中在激光不稳定性、流体剪切变冷和磁化过程中的动力学。 第八章：耗散结构与自组织 本章深入探讨了耗散系统如何通过与环境交换能量和物质，自发地形成有序的宏观结构——耗散结构（Dissipative Structures）。详细解析了图灵不稳定性（Turing Instability）在反应-扩散系统中的应用，并将其与法诺（Fano）因子和能耗效率联系起来，为理解生命系统和化学振荡器的有序性提供了统计学基础。 第九章：信息、功耗与热力学第二定律的推广 本章将信息论的概念引入非平衡统计力学。讨论了信息熵与热力学熵之间的关系。重点阐述了Landauer原理及其在计算过程中的能量耗散极限。更进一步，分析了诸如Jarzynski等式和Crooks涨落定理等，这些定理首次在实验上精确量化了远离平衡过程中的功和自由能的关系，为现代纳米技术和信息物理学的交叉领域提供了关键理论支撑。 结论与展望 本书最后总结了当前非平衡统计力学面临的主要挑战，包括高维系统的有效建模、量子信息与热力学的统一框架，以及在湍流和复杂材料中的应用拓展。 本书特色 深度与广度兼备： 平衡了从基础概念到前沿研究方法的平衡，覆盖了经典到量子的核心理论。 方法论导向： 提供了大量可操作的数学工具和计算框架，便于读者将理论应用于实际问题。 跨学科视角： 理论框架严格，同时密切关注在凝聚态物理、化学动力学、生物物理学中的实际应用。 目标读者 统计物理、凝聚态物理、理论化学、应用数学以及从事复杂系统建模的博士研究生、博士后研究人员和资深研究人员。本书亦可作为高等统计力学或高级动力学课程的参考教材。

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