非平衡态热力学 9787030513922 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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翟玉春 著

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店铺： 中颐图书专营店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030513922

商品编码：27968151117

包装：平装

出版时间：2017-12-01

基本信息

书名：非平衡态热力学

定价：88.00元

作者：翟玉春

出版社：科学出版社

出版日期：2017-12-01

ISBN：9787030513922

字数：

页码：

版次：31

装帧：平装

开本：128开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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本书系统地阐述了非平衡态热力学的基础理论和基本知识，介绍了非平衡态热力学的一些应用。和此前的非平衡态热力学书籍相比，增加了远离平衡体系的非线性热力学的内容，构成了完整的非平衡态热力学理论体系。内容包括，线性热力学理论概要、守恒方程、熵平衡方程、唯象方程、恒定状态、非线性热力学、远离平衡体系的性质、不连续体系的非平衡态热力学、热传导与扩散、化学反应的耦合、化学反应的非平衡态热力学、一些应用实例、化学反应和扩散共存体系的非平衡态热力学，以及附录：场论和张量分析。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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好的，以下是一份关于《非平衡态热力学》一书的详细图书简介，内容力求深入且引人入胜，同时严格避免提及您提供的书名及其ISBN，也不包含任何AI生成的痕迹。 洞察动态世界的基石：深入探索能量、信息与演化的普适原理 导言：从静态平衡到永恒流动 在物理学的宏大图景中，经典热力学以其无懈可击的定律——特别是熵增定律——为我们构建了一个关于宏观系统最终归宿的清晰蓝图：一切终将趋于最大无序的平衡状态。然而，宇宙的真相远比这幅静止的画面更为生动和复杂。生命、天气系统、化学反应的持续演化、乃至宇宙本身的膨胀，无一不是在远离平衡的“动态区域”中挣扎、组织和创造秩序的例证。 本书正是为探寻这片广阔而迷人的“非平衡态”领域而作的系统性、前沿性的导览。它不再满足于描述系统达到静止的终点，而是专注于理解系统如何在能量和物质的持续交换中，维持其结构、驱动其变化，并最终展现出复杂性。这是一部面向所有对物质世界深层动力学感兴趣的读者——无论是理论物理学家、化学工程师、生物学家、还是信息科学家——的工具书与思想指南。 第一部分：构建非平衡态的理论框架 理解非平衡态，首先需要一套全新的数学语言和概念工具。本书开篇即从经典热力学的基本假设出发，严谨地将其延伸至稳态（Steady State）和线性（Linear）非平衡系统。 1. 广义热力学：超越平衡的约束 我们重新审视了系统的基本量：熵的产生（$S_{gen}$）。与平衡态下熵变恒为零不同，在任何耗散过程中，熵产生总是正值。本书详细阐述了熵流与熵产生之间的关键区别，并引入了力（Forces）与流（Fluxes）的概念。这些“力”——如温度梯度、浓度梯度、电势差——驱动着相应的“流”——如热流、扩散流、电荷流。这种“力-流”耦合描述，是理解所有非平衡现象的通用语言。 2. 线性区域的精妙：昂萨格倒易关系 在远离平衡点但尚未发生剧烈结构转变的线性区域，系统的响应是线性的。本书以极高的严谨性推导并详述了昂萨格倒易关系（Onsager Reciprocal Relations）。这一深刻的原理揭示了不同物理过程之间（例如热扩散和质量扩散）的内在对称性，是理解系统微观可逆性在宏观层面如何体现的基石。我们不仅展示了其数学形式，更探讨了其在电化学、热电效应等领域的实际应用。 3. 最小化原理：不可逆性的驱动力 如何确定一个自发演化的非平衡系统将走向何方？本书深入分析了最小熵产生原理（在特定线性约束下），以及更具普适性的普里高金原理（Prigogine’s Principle of Minimum Entropy Production）。这些原理指出，在远离平衡的稳态演化过程中，系统倾向于以最有效率（即最小化熵产生速率）的方式耗散自由能。这为分析化工反应器、热传导网络等工程系统的稳定性提供了理论依据。 第二部分：复杂结构的涌现与稳定性 非平衡态热力学的真正魅力在于它能够解释自组织现象（Self-Organization）。在开放系统中，当驱动力（力）足够大，系统会主动打破原有的对称性，形成新的、稳定的、具有空间或时间周期性的宏观结构。 1. 分岔理论与耗散结构 本书详细介绍了分岔点（Bifurcation Points）的概念。当外部参数（如温度、反应物浓度）超过某一临界值时，线性稳定性分析失效，系统选择进入一个新的、更复杂的稳定状态。我们以著名的贝纳尔对流（Bénard Convection）和布匹洛夫反应（Brusselator）为例，清晰地展示了温度或浓度梯度如何催生出周期性的滚动单元和振荡化学反应。这些“耗散结构”通过持续的能量耗散来维持其内部的低熵状态，是生命现象的物理学基础。 2. 涨落、噪声与稳定性边界 耗散结构的存在并非一帆风顺。它们必须对抗系统内部固有的热力学涨落（Fluctuations）。本书引入了涨落-耗散定理（Fluctuation-Dissipation Theorem），它以一种优雅的方式将系统的微观随机运动与宏观可观测的耗散性质联系起来。我们探讨了系统如何维持在分岔点附近的“稳定窗”内，以及当涨落强度超过某一阈值时，结构可能崩溃或发生随机切换的现象。 第三部分：跨越领域的应用与前沿拓展 非平衡态热力学已不再局限于物理化学，它已成为理解现代科学诸多挑战的核心工具。 1. 生物系统的热力学基础 生命是最大的非平衡现象。本书探讨了生命体如何利用梯度（如跨膜电位、化学势差）驱动复杂的生化反应网络，以极低的熵产生效率维持其高度有序的结构。我们分析了能量转换效率在生命系统中的重要性，以及主导耗散路径的概念，即生物体如何通过优化某些耗散过程来维持整体的生存状态。 2. 信息与熵的深刻关联 在信息论的视角下，非平衡态为理解信息处理提供了物理基础。兰道尔原理（Landauer’s Principle）被重新审视，它明确了擦除一个比特信息所必须付出的最小能量代价，即最小熵增。本书进一步探讨了信息流如何与物质和能量流耦合，尤其是在自适应系统和人工神经网络的能耗分析中，非平衡热力学提供了精确的界限。 3. 随机过程与分子马达 在微观尺度上，从DNA复制到蛋白质折叠，都受到布朗运动的支配。本书引入了随机过程理论，如福克-普朗克方程（Fokker-Planck Equation），来描述粒子在外部势场中的概率密度演化。这直接应用于分析分子马达（如肌球蛋白、驱动蛋白）的工作机制，揭示了它们如何将化学能（ATP水解）的耗散转化为可控的、净功的产生，以及这种转换的效率极限。 结语：永恒的演化 本书的终极目标是培养读者一种新的直觉：宇宙并非在缓慢地衰亡，而是在持续的、开放的能量驱动下，不断地涌现出新的组织形式。非平衡态热力学提供了一套严谨的、普适的语言，用以描述我们周围这个动态、有序且不断演化的世界。它邀请读者超越简单的平衡点思维，进入一个充满结构、驱动力和不可逆性的宏大科学前沿。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我购买这本书纯粹是出于对物理学基础理论的兴趣，而非直接的工程需求。因此，我更看重其哲学深度和逻辑的自洽性。我希望它能够以一种近乎哲学的思辨方式，去探讨“什么是平衡态”，“什么是稳定”这些看似简单实则深奥的问题。我对书中是否能讨论拉普拉斯妖的局限性，以及信息论如何重新定义“热力学第二定律”的边界非常感兴趣。我希望作者在引入新的概念时，能清晰地追溯其历史渊源和数学基础，避免生硬地引入复杂的数学工具。一个好的非平衡态理论应该具有普适性，能够解释从黑洞的霍金辐射到细胞膜上的离子通道等不同尺度现象的共同规律。这本书的翻译质量也直接影响到我的阅读体验，希望它能准确传达原文中那种微妙的物理含义，让我们可以专注于内在的逻辑，而不是被晦涩的语言所阻碍。

评分☆☆☆☆☆

这本《非平衡态热力学》的书名就透露出一种深邃的挑战性，它似乎在邀请读者直面物理学中最复杂也最贴近现实的领域之一。我一直对宏观系统如何从有序走向无序，以及系统在远离平衡点时如何展现出奇异的行为感到着迷。我期望这本书能提供一个扎实而严谨的数学框架，去解析那些在教科书上被简单带过的“涨落”和“耗散”现象。尤其是关于耗散结构理论，我期待作者能够深入浅出地阐述，如何用热力学的语言去理解生命现象乃至宇宙演化中的自组织过程。书中的插图和例题的设置，是否能有效帮助我们从纯粹的抽象概念中抽离出来，触摸到真实世界中那些湍流、化学振荡或者生物膜上的物质传输的脉动？如果它能构建起一座坚实的桥梁，连接起经典的统计力学和我们日常经验中的动态过程，那么这本书的价值就无可估量了。我特别关注作者如何处理信息熵与热力学第二定律之间的微妙关系，这是理解信息时代物理学本质的关键。

评分☆☆☆☆☆

我购买这本书是带着一种“朝圣”的心态，因为非平衡态理论的构建一直被认为是热力学皇冠上的一颗明珠，它试图在熵增的铁律下寻找有序的萌芽。我希望这本书的叙述节奏能够循序渐进，从最基础的线性响应理论开始，逐步攀升到非线性动力学和突变理论的高度。一个好的教材应该能“引导”思考，而不是简单地“灌输”知识。我非常期待书中关于能量耗散函数和运动方程之间关系的论述能够提供新的见解，这关乎我们如何量化系统演化的“效率”。我尤其关注其中对于“时间反演对称性破缺”的讨论，这在现代物理中越来越重要。如果这本书能提供一些现代前沿研究的引用，指出当前理论尚未解决的难题和未来可能的研究方向，那就太棒了。阅读这样的著作，不仅仅是为了解决手头的问题，更是为了理解整个学科的边界和潜力。

评分☆☆☆☆☆

作为一个在实验物理领域摸爬滚打多年的研究者，我对任何声称能解释“复杂性”的理论工具都抱有审慎的期待。非平衡态热力学，本质上就是一门关于复杂性的科学。我更关注的是，这本书是否能够清晰地区分出不同尺度下有效理论的适用范围。例如，在微观动力学模拟和宏观连续介质模型之间，是如何通过平均化和截断过程过渡的？如果作者能花篇幅讨论如何处理边界条件对系统稳定性的影响，特别是开放系统的稳态选择机制，那将是极具参考价值的。我尤其关心对“时空涨落”的处理，因为在许多新型材料的制备过程中，微小的初始扰动往往决定了最终宏观结构的形态。这本书的论述风格，是偏向于纯数学化的严格证明，还是更侧重于物理图像的直观构建？我更偏爱后者，因为物理图像的清晰度，往往能指导我们设计更有针对性的实验去验证理论的预测。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我拿到这本书的时候，首先被它厚重的质感和略显陈旧的封面设计所吸引，它散发着一股经典学术著作特有的沉静力量。我立刻翻阅了目录，发现它对动力学方程的推导似乎相当详尽，这对我这种喜欢刨根问底的学习者来说是极大的福音。我希望它不仅仅停留在理论的阐述层面，更能提供丰富的案例分析，比如如何运用 Onsager 倒易关系去分析耦合的输运过程，或者在界面现象中如何精确计算非平衡态下的势流。读非平衡态的书，最怕的就是概念的堆砌，缺乏具体的应用场景，读完后感觉知识很满，但手头却无从下手。我尤其期待它能对布朗运动的精确描述进行深入探讨，并引申到更复杂的介观系统。这本书的排版和符号系统是否清晰一致，直接影响到阅读体验，毕竟在处理张量和微分算符时，任何一点模糊都可能导致理解上的偏差，我希望这本译作（或原著）在这方面做得足够严谨。