![统计力学的基本原理 [Elementary Principles in Statistical Mechanics]](https://pic.windowsfront.com/12002382/57bc2935Ndbb044f0.jpg)
具体描述
内容简介
由经验确定的热力学定律描述的是由大量粒子构成体系的近似于可几的行为，或者，更确切地说，热力学定律表达的是这类体系的力学规律，对于这样的系统，人们不具备足够敏锐的感知能力来区别单粒子量级的物理量，也无法重复足够多次实验得到除*可几结果之外的其他任何结果，统计力学原理适用于任意数目自由度的保守系统，并且是精确的，对于具有大量自由度的系统，或这类系统的极限情形，建立统计力学原理并不比确定近似定律更困难。情况恰恰相反，这是因为我们关注的焦点没有因为所考虑系统的特殊性而从关键问题转移开去，并且我们不应该满足于那些被忽略的物理量及环境的影响在结果中也被认为是微不足道的。热力学定律是统计力学原理的不完全表述，并且很容易从统计力学原理中得出。和经验定律的迅速演绎相比，这或许是理性热力学进步缓慢的主要原因。必须补充的是，热力学的理性基础建立在力学的一个分支上，这一力学分支的基本概念和原理，以及典型运算，对学习力学的学生而言同样感觉陌生。因此，我们坚信，研究和热力学密切相关的力学基本概念及原理将更有助于清晰理解热力学和理性力学的关系，并解释所观察现象的分子机理。
作者简介
约西亚·威拉德·吉布斯（Josiah Willard Gibbs），美国著名理论物理学家、物理化学家。1839年2月11日生于美国康涅狄格州的纽黑文，1863年获耶鲁大学工程学博士学位，是美国一个工程学博士。1866-1869年吉布斯前往欧洲留学，回国后一直在耶鲁大学执教，1871年成为数学物理学教授，也是全美一个这一学科的教授。吉布斯早年对热力学的发展做出了重要贡献，他的工作使热力学形成一个全面而严密的理论体系。1902年，他撰写的《统计力学的基本原理》作为耶鲁大学两百周年纪念丛书之一出版，成为统计力学的经典著作。朗道认为吉布斯“对统计力学给出了适用于任何宏观物体的*彻底、*完整的形式”。吉布斯于1903年在纽黑文去世。毛俊雯，女，1969年生，1987年毕业于中国科学技术大学，获学士学位，2006年获浙江大学理学博士学位。现任湖州师范学院物理系教授，讲授热力学统计物理、理论物理等课程，关注低维系统和生命物质中的非平衡统计物理问题，目前主要从事基因调控网络的随机动力学研究。
内页插图
目录
中文版序序
第1章 相体积守恒原理
第2章 相体积守恒原理在误差理论中的应用
第3章 相体积守恒原理在运动微分方程积分中的应用
第4章 正则相分布，其中概率指数是能量的线性函数
第5章 正则系综的平均值
第6章 位形空间与速度空间的相体积
第7章 正则系综平均值的进一步讨论
第8章 系统能量的重要函数
第9章 函数声与正则分布
第10章 微正则系综的相分布，其中所有系统具有相同的能量
第11章 各种相分布的极大值性质和极小值性质
第12章 经历长时间后系统与系综的运动
第13章 各种过程对系综的影响
第14章 热力学相似的讨论
第15章 分子组成的系统
译者后记
前言/序言
力学研究通常关注系统经历一段时间后发生的变化，主要研究已知系统某一时刻的状态后，如何确定下一时刻由位形和速度描述的系统状态这一类问题，其基本方程通常描述系统的连续变化。通过考虑系统实际经历或假定经历之外的状态，这一类问题通常得以简化，但人们往往并不关心与实际状态有较大偏离的那些状态。然而，为了某些目的，需要采用更广泛的视角来研究这类问题。我们可以设想大量性质相同，但给定时刻位形和速度不同的系统，它们不仅有微小差别，而且包含了所有可能的位形和速度。这里我们提出这样的问题：不去跟踪某个系统经历的一系列位形变化，而是已知某一时刻的系统分布后，关注下一时刻所有系统在各种可能的位形和速度的分布，描述这一问题的基本方程应该给出处于位形和速度的任一无限小范围内系统数目的变化率。
麦克斯韦（Maxwell）把这类研究称为统计，它们属于力学的一个分支，源于用力学原理解释热力学定律的需求。克劳修斯（Clausius），麦克斯韦和玻尔兹曼（Boltzmann）被认为是统计方法的主要创始人，这个领域一开始研究的问题要比前面提到的略显狭窄，主要针对系统中的粒子，而不是独立的系统。后来的统计研究则主要讨论系统经过一段时间后的相点（以位形和速度表示的状态）的变化。玻尔兹曼的论文《多原子气体分子行为的定律同雅可比（Jacobi）尾乘子原理之间的关系》（1871）首次明确考虑了大量系统及其分布，以及一段时间后该分布能否持续下去。
虽然从历史上看，统计力学源于热力学的研究，但却非常值得发展为一门独立的学科，这不仅因为统计力学原理的优美和简洁，还因为这门学科产生出新的结论，以另一种完全不同于热力学的观点来看待原有结论。并且，这一力学分支的独立研究似乎为理性热力学和分子力学的研究提供了基础。
用户评价
《统计力学的基本原理》这本书，可以说是我在统计力学领域的一次“顿悟”之旅。作者的叙事逻辑清晰，从最基本的物理概念出发，层层递进，直到将复杂的统计概念娓娓道来。我特别欣赏作者在讲解“配分函数”时的处理方式。他没有一开始就给出数学公式，而是先从“能量量子化”和“概率分布”这两个基本点切入，然后巧妙地将两者结合，最终导出了配分函数的概念。这让我明白，配分函数不仅仅是一个数学工具，更是系统所有可能微观状态的“总和”，它包含了系统的全部信息。这种深入浅出的讲解，让我对配分函数的理解远超于以往的任何教材。书中关于“非平衡态统计力学”的初步探讨，也让我眼前一亮。虽然这部分内容相对较少，但作者通过对“朗之万方程”的介绍，让我们看到了统计力学在描述动态过程方面的潜力，比如布朗运动。这让我意识到，统计力学不仅仅局限于描述平衡态，它更能帮助我们理解那些不断变化的世界。我尤其喜欢作者对“涨落-耗散定理”的初步阐述，它揭示了微观涨落与宏观耗散之间的深刻联系，这对于理解许多物理现象，如噪声、弛豫过程等，都至关重要。虽然书中关于“蒙特卡洛模拟”的应用部分，我还需要进一步学习和实践，但这本书已经为我打开了一扇新的研究大门，让我对统计力学的广阔天地充满了向往。
评分最近总算把《统计力学的基本原理》这本书啃完了，真是让人又爱又恨。爱它的是，这本书确实把统计力学的核心思想讲得明明白白，那些抽象的概念，比如系综、熵、配分函数，在作者的笔下变得生动了起来，仿佛眼前能浮现出微观粒子的运动轨迹，以及它们如何集体地涌现出宏观世界的规律。一开始拿到这本书，就被它严谨又不失趣味的风格吸引了。作者在讲解每一个原理的时候，都会追溯其根源，从经典力学的微观动力学出发，一步步构建起统计力学的宏大图景。这种“溯本追源”的叙述方式，对于我这种喜欢刨根问底的读者来说，简直是福音。我特别喜欢作者关于“玻尔兹曼熵”的讲解，他没有直接给出公式，而是通过一系列生动的类比，比如扑克牌的洗牌，来阐释微观状态的“无序性”与宏观熵的关联。这让我在理解抽象概念时，有了更直观的感受。而且，书中的例题也设计得恰到好处，既有基础的巩固，也有拓展性的思考，能够帮助读者检验对知识的掌握程度。我记得有一道题，要求计算一个理想气体的内能，虽然理论上很简单，但作者引导我从微观粒子的动能分布角度去分析，最终得出了和宏观热力学公式一致的结果，这让我对统计力学“由微观到宏观”的强大威力有了更深刻的认识。当然，这本书也不是毫无挑战，有些地方还是需要反复琢磨，尤其是涉及到一些高等数学工具的推导时，比如熵的统计意义以及它与信息论的联系，那部分内容确实需要投入不少时间和精力去消化。但总的来说，如果你想真正理解统计力学，而不是仅仅停留在公式的记忆上，这本书绝对是绕不开的经典。它就像一位耐心的老师，循循善诱，让你在理解的海洋中遨游，不断发现新的知识宝藏。
评分《统计力学的基本原理》这本书，让我对“平均”这个词有了全新的理解。在读这本书之前，我总觉得统计力学就是研究大量粒子平均行为的学问，但作者通过对“系综”的细致讲解，让我明白，平均行为的背后，蕴含着丰富的信息和深刻的规律。他通过对比“微正则系综”和“正则系综”，清楚地展示了不同限制条件下，系统的统计行为是如何产生的。我尤其喜欢他关于“正则系综”的配分函数推导。作者强调，配分函数是连接微观世界与宏观世界的“桥梁”，通过它可以计算出系统的内能、熵、热容等所有宏观可测量的量。他用一个生动的例子，比如计算一个理想气体的内能，来演示如何利用配分函数求解。这让我深刻体会到，统计力学并非仅仅是数学公式的堆砌，而是具有强大的预测能力。书中的“玻尔兹曼熵”的讲解，也让我受益匪浅。作者没有简单地给出公式，而是通过分析微观状态的数量，来阐释熵的统计意义。他强调，熵不仅仅是衡量系统的无序程度，更是系统可能微观状态的度量。这让我对“熵增定律”有了更深刻的认识，理解了为什么自然界总是朝着更混乱的方向发展。尽管书中在介绍“朗之万方程”及其在布朗运动中的应用时，涉及一些微分方程的求解技巧，我还需要进一步学习，但这本书已经为我提供了一个非常坚实的理论基础，让我能够更好地理解更复杂的物理现象。
评分这本书《统计力学的基本原理》，对我而言，是一次从“宏观思维”到“微观洞察”的飞跃。作者的叙述方式非常吸引人，他不是直接给出结论，而是通过引导性的提问和形象的比喻，让我们自己去发现和理解那些深刻的物理原理。我最喜欢他对“熵”的阐释。他没有直接给出冷冰冰的公式，而是通过一个关于“信息丢失”的类比，让我们理解为什么熵总是趋于增加。他强调，当一个系统变得更“混乱”，也就意味着我们拥有的关于系统微观状态的信息越少，而这种“信息的不确定性”就是熵的本质。这种从信息论的角度来理解熵，让我眼前一亮。书中关于“系综”的讲解，也让我对统计力学有了更全面的认识。作者详细地对比了微正则系综、正则系综和巨正则系综，并解释了它们在不同条件下的适用性。我尤其喜欢他关于“正则系综”的讲解，他巧妙地利用配分函数，将与恒温热库联系的系统的宏观性质计算得井井有条。这让我深刻体会到，统计力学并非仅仅是描述孤立系统的理论，它更能适用于描述与外界有能量交换的复杂系统。尽管书中在介绍“非平衡态统计力学”时，涉及到一些随机过程和马尔可夫链的理论，我还需要时间去深入消化，但这本书已经为我提供了一个非常坚实的理论框架，让我能够更好地理解更复杂的物理现象。
评分这本书《统计力学的基本原理》对于我来说，就像是一次“思维重塑”的过程。作者并没有上来就讲公式，而是先花了很多篇幅去阐释统计力学研究的对象和基本思想。我印象最深刻的是，作者在引入“系综”概念时，用了“集体行为”的比喻。他让我想象，我们无法精确追踪每一个水分子在茶杯里的运动，但我们可以描述整个茶杯水的温度和压力，这背后就是无数水分子集体行为的体现。这种从宏观现象反推微观规律的思路，让我对统计力学产生了浓厚的兴趣。书中关于“配分函数”的讲解，也是我学习过程中的一个亮点。作者将配分函数比作一个“系统状态的菜单”，列出了所有可能的微观状态及其对应的能量，而我们关心的宏观量，都可以通过对这个“菜单”进行求和或积分运算来获得。这让我对配分函数的意义有了更直观的理解。他还详细地介绍了如何从配分函数推导出系统的内能、熵、自由能等基本热力学量，这让我深刻体会到统计力学的强大之处。尽管书中在讨论“非平衡态统计力学”时，涉及一些随机过程和马尔可夫链的理论，我还需要时间去深入消化，但这本书已经为我打开了一扇全新的视角，让我能够用统计的眼光去理解物理世界。
评分《统计力学的基本原理》这本书，对我来说，就像是打开了一扇通往微观世界宏大规律的大门。作者并没有一开始就抛出复杂的数学公式，而是花了大量的篇幅去阐述统计力学的基本思想和核心概念，这对于我这种初学者来说，是极其友好的。他用生动形象的语言，比如描述无数粒子在盒子里的随机碰撞，来解释压强是如何产生的，以及温度与粒子平均动能之间的联系。我特别喜欢他对“熵”的解释，不同于教科书中常常出现的抽象定义，作者通过一些非常具体的例子，比如房间的混乱程度，来引导读者理解熵增的必然性。他强调，宏观系统的演化总是趋向于更可能的状态，而“更可能”在统计力学中就意味着拥有更多的微观实现方式。这种从“可能”的角度去理解“必然”，让我豁然开朗。书中的“正则系综”部分，作者花了大量的笔墨去分析如何通过配分函数来计算系统的宏观性质，比如内能、热容等。我对配分函数这个概念的理解，很大程度上得益于作者的深入浅出的讲解。他将配分函数比作一个“能力表”，列出了系统所有可能状态及其出现的概率，而我们想要知道的宏观量，都可以通过对这个“能力表”进行各种运算来得到。这使得原本可能枯燥的数学推导，变得有趣和富有洞察力。虽然书中涉及的微扰理论和近似方法，我还需要进一步学习和实践，但这本书已经为我打下了坚实的基础，让我对统计力学的应用前景充满了期待。读完这本书，我仿佛能看到物理学中一个全新的视角，它不仅适用于经典物理，更能延伸到量子力学和信息论等更广泛的领域，这种跨学科的联系，令人着迷。
评分《统计力学的基本原理》这本书，给我带来的最大收获，是让我对“概率”有了全新的认识。在读这本书之前，我总觉得概率只是一个抽象的数学概念，但作者通过大量的物理例子，让我看到概率在描述微观世界中的关键作用。他详细讲解了“玻尔兹曼分布”，并用这个分布来计算系统中各个能量状态出现的概率。我尤其喜欢他用“概率分布函数”来描述系统中粒子能量的分布，这让我直观地理解了为什么有些能量状态出现的概率高，而有些能量状态出现的概率低。书中关于“正则系综”的讲解，也让我受益匪浅。作者通过引入“配分函数”，展示了如何将一个系统与一个恒温热库联系起来，并利用配分函数来计算系统的宏观性质。这让我深刻体会到，即使我们无法精确知道每一个粒子的状态，我们依然可以通过统计的方法来预测系统的宏观行为。我印象最深刻的是，作者在推导系统的内能时，是如何将配分函数进行求导运算的，这让我看到了数学工具在物理研究中的强大威力。尽管书中在讨论“相变”和“临界现象”时，涉及一些较为高深的数学方法，我还需要进一步学习，但这本书已经为我建立了一个非常扎实的统计力学理论基础，让我能够更好地理解更前沿的物理学研究。
评分这本书《统计力学的基本原理》简直是我学习统计力学道路上的“指路明灯”。作者的叙事方式非常独特，他不是在“教”你，而是在“引导”你，让你自己去发现和理解那些深奥的物理规律。我印象最深刻的是，在介绍“系综”概念时，作者没有直接给出定义，而是先从宏观观测的角度出发，引出了“平均”这个词，然后巧妙地过渡到微观层面，让我们思考，当我们无法精确知道每一个粒子的状态时，我们应该如何描述系统？这时候，“系综”就自然而然地出现了。这种“循循善诱”的教学方式，让我感觉自己像是跟着作者一起在进行一场思维探险。书中的“熵”的推导，也是我一直困惑的地方，但作者通过一个关于信息丢失的类比，让我对熵的统计意义有了更深刻的理解。他强调，熵不仅仅是无序，更是信息的不确定性，当信息丢失时，系统的宏观状态反而变得更容易预测，因为有更多的微观状态都可以对应到这个宏观状态。这让我对“熵增定律”有了全新的认识。此外，书中关于“自由能”的讲解也让我受益匪浅。作者通过分析自由能在不同系综下的表达形式，揭示了它在描述系统平衡态时的重要性，特别是吉布斯自由能如何决定相变发生的条件，这对于我理解凝聚态物理中的相变现象非常有帮助。尽管书中后期涉及的路径积分和格点模型等内容，我还需要时间去深入研读，但我相信，这本书已经为我提供了一个非常坚实的理论框架，让我能够更好地理解更前沿的物理学研究。
评分这本《统计力学的基本原理》给我带来的，与其说是知识的灌输，不如说是一种思维方式的启迪。它让我看到，我们日常生活中习以为常的宏观物理现象，比如温度、压强、热平衡等等，背后都隐藏着一个庞大而活跃的微观世界。作者在书中巧妙地平衡了理论的严谨性和概念的易懂性，很多时候，我会觉得作者仿佛在我耳边轻声解释，而不是冷冰冰地陈述公式。书中对“系综”这个概念的引入，尤其让我印象深刻。一开始，我总是将统计力学与单一系统的演化混淆，但作者通过引入“系综”——即大量相互独立的、但处于相同宏观条件下的系统的集合——的概念，彻底颠覆了我的认知。他用精妙的比喻，比如将一个宏观系统比作一个班级的学生，而系综则是这个班级在不同时间点的所有可能状态的集合，这样一来，很多原本模糊不清的统计规律就变得清晰起来。特别是关于“巨正则系综”的讲解，作者详细地分析了如何通过配分函数来描述一个系统中粒子数、能量都可能涨落的系统，并推导出了普适性的统计关系。这对于理解一些更复杂的物理体系，比如化学反应中的平衡，以及凝聚态物理中的相变，都提供了坚实的基础。我尤其喜欢书中关于“能量均分定理”的推导过程，作者从微观粒子的自由度入手，结合玻尔兹曼分布，一步步揭示了每个自由度平均获得的能量，这让物理直觉得到了极大的满足。尽管如此，在某些涉及到量子统计的部分，比如费米-狄拉克分布和玻色-爱因斯坦分布的推导，我还是感觉需要更多的时间去反复咀嚼，才能真正理解其中的精妙之处，尤其是它们如何解释了固体比热的低温行为以及黑体辐射谱。这本书的价值在于，它不仅仅是传授知识，更是教会我们如何去思考，如何用统计的视角去理解复杂的世界。
评分拿到《统计力学的基本原理》这本书，我原本以为会是一本枯燥乏味的教科书，但读完之后，我的看法彻底改变了。作者的文字充满了智慧和热情，仿佛一位经验丰富的向导，带领我在统计力学的奇妙世界里漫步。我最难忘的是他对“玻尔兹曼分布”的解释。他没有直接给出指数形式的公式，而是通过类比“人口分布”和“财富分配”来阐释，即能量越高的状态，其出现的概率越低，而这种概率与能量的关系，遵循着一种指数规律。这种接地气的比喻，让我在理解这个核心概念时，少走了很多弯路。书中的“系综”概念，也是作者重点讲解的对象。他详细地比较了微正则系综、正则系综和巨正则系综的异同，并分析了它们各自适用的场景。我尤其喜欢他关于“正则系综”的讲解，通过配分函数来描述与恒温热库接触的系统，并推导出系统内能、熵等宏观量的表达式。这让我深刻体会到，通过对一个抽象的“系综”的分析，我们竟然可以预测一个真实物理系统的宏观性质。尽管书中在讨论“相变”时，对于临界现象的描述，涉及一些较为复杂的数学工具，比如重整化群的初步思想，我还需要反复研读，但整体而言，这本书已经为我建立了一个非常扎实的统计力学理论框架。它不仅仅是一本书，更像是我理解微观世界运作机制的“水晶球”。
评分在京东买了很多书了，顺便买了电器，小家电，生活用品，衣服。。。。。。啊啊啊
评分很好的东西，值得购买，希望能有用，想想都激动哦，哈哈?哈哈，紫薯布丁哈哈哈~~~
评分不多说，统计力学的经典之作。
评分许多物理大牛都说这本著作是了不起的作品，总结开拓，当然作者也非常了不起，引进许多概念（比如化学势），物理化学方面的大师！值得读一读。
评分帮老师买的，很经典的教材，很不错，价格也便宜，配送很快
评分京东快递员好，这本书很经典！
评分哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈
评分在京东买了很多书了，顺便买了电器，小家电，生活用品，衣服。。。。。。啊啊啊
评分经典，吉布斯经典著作
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