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內容簡介

　　《從數學觀點看物理世界——統計物理與臨界相變理論》主要係統地介紹瞭統計物理經典的基本概念、理論與方法。此外，也係統地介紹瞭作者與汪守宏教授在該學科和相變領域研究的一些成果，包括勢下降原理、熱理論、熱力學勢數學錶達、動力學漲落、平衡相變動力學、熱力學標準模型臨界漲落效應、凝聚態形成的量子機理、高溫超導、量子相變、流體的邊界與內部鏇渦形成、太陽電磁爆發、星係螺鏇結構，以及引力輻射等新理論與新結果。

目錄

目錄
第1章 統計物理的數學原理 1
1.1 總體性介紹 1
1.1.1 物理學指導性原理 1
1.1.2 統計物理的範疇和內容 3
1.1.3 支配統計物理的基本定律與原理 4
1.1.4 主要課題與方法 6
1.2 相關數學基礎||變分算子理論 11
1.2.1 泛函及其變分導算子 11
1.2.2 約束變分的Lagrange乘子定理 17
1.2.3 散度與梯度約束變分 22
1.2.4 物理中的應用 26
1.2.5 一般的正交分解與微分元約束變分 31
1.3 統計物理的基本原理 35
1.3.1 基本情況介紹 35
1.3.2 非平衡態的勢下降原理 40
1.3.3 平衡態極小勢原理 44
1.3.4 統計物理的驅動力定律 46
1.4 物理運動的基本原理 49
1.4.1 支配運動係統的動力學原理 49
1.4.2 動力學方程的統一形式 52
1.4.3 物理定律的對稱性 54
1.4.4 耦閤係統的對稱破缺原理 57
1.4.5 物理運動的動力學定律 59
1.5 總結與評注 59
1.5.1 本書特點 59
1.5.2 綜閤評述 62
1.5.3 本章 各節評注 64
第2章 熱力學基本理論 67
2.1 熱力學基礎 67
2.1.1 熱力學第一定律的數學錶示 67
2.1.2 能量傳輸機製與熵傳輸定律 68
2.1.3 熱力學係統與熱力學勢 71
2.1.4 關於熱力學係統的不可逆過程 76
2.2 均勻平衡態熱力學 78
2.2.1 Maxwell關係 78
2.2.2 基本物態方程 81
2.2.3 熱輻射的Stefan-Boltzmann定律 84
2.2.4 鐵磁與鐵電體的熱力學效應 87
2.3 Nernst熱定理與粒子化學勢 89
2.3.1 Nernst熱定理 89
2.3.2 絕對零度的一些熱力學性質 90
2.3.3 粒子的化學勢 94
2.3.4 化學勢的一些物理作用 97
2.4 經典熱力學基礎理論中存在的問題 99
2.4.1 熱力學第一定律經典錶述 99
2.4.2 Legendre變換與熱力學勢經典描述 101
2.4.3 第一定律應用中産生的問題 104
2.4.4 熱力學第二定律的經典錶述 106
2.4.5 第二定律經典錶述的物理與數學問題 109
2.5 總結與評注 110
2.5.1 熱力學的基礎問題 110
2.5.2 關於熵的問題 112
2.5.3 本章 各節評注 114
第3章 平衡態統計理論 119
3.1 量子物理基礎 119
3.1.1 量子力學法則與原理 119
3.1.2 粒子物理基本知識 123
3.1.3 粒子的輻射與散射 127
3.1.4 四種基本相互作用勢 129
3.1.5 粒子能級 132
3.2 經典統計 138
3.2.1 粒子分布問題及其熱力學勢 138
3.2.2 MB分布 141
3.2.3 Maxwell速度分布律與能量均分定理 145
3.2.4 固體熱容理論 148
3.2.5 氣體熱容理論 152
3.3 量子統計 155
3.3.1 BE分布與FD分布 155
3.3.2 經典極限條件 159
3.3.3 熱輻射的Planck公式 161
3.3.4 理想Fermi氣體 167
3.4 熱的統計理論 172
3.4.1 電子的光子雲模型 172
3.4.2 溫度能級公式 175
3.4.3 溫度公式的物理意義 179
3.4.4 熵理論 181
3.4.5 熱的本質 184
3.5 總結與評注 188
3.5.1 係綜理論的注記 188
3.5.2 遍曆理論與等概率原理 192
3.5.3 本章 各節評注 195
第4章 熱力學勢的數學錶達 199
4.1 SO(n)對稱性 199
4.1.1 Descartes張量 199
4.1.2 張量場與微分算子 202
4.1.3 SO(n)不變量與熱力學勢基本形式 206
4.1.4 SO(3)的鏇量 208
4.1.5 SO(3)鏇量錶示 208
4.2 常規熱力學係統 212
4.2.1 基本情況介紹 212
4.2.2 PVT係統 214
4.2.3 N元係統 218
4.2.4 磁體與介電體 221
4.3 凝聚態熱力學係統 225
4.3.1 凝聚態的量子法則 225
4.3.2 超導體的Ginzburg-Landau自由能 227
4.3.3 液態4He的熱力學勢 228
4.3.4 液態3He超流體 230
4.3.5 氣體凝聚態的Gibbs自由能 234
4.4 凝聚態的量子係統 237
4.4.1 鏇量的自鏇算子 237
4.4.2 J=1鏇量自鏇算子的SO(3)不變性 240
4.4.3 超導體的Hamilton能量 244
4.4.4 超流係統的能量泛函 247
4.4.5 氣體BEC係統能量錶達式 248
4.5 總結與評注 250
4.5.1 PVT係統的物態方程 250
4.5.2 磁體與介電體的物態方程 254
4.5.3 本章 各節評注 256
第5章 非平衡態動力學 260
5.1 基礎理論框架 260
5.1.1 動力學理論概況 260
5.1.2 散度的流量公式與守恒律方程 262
5.1.3 Onsager倒易關係與輸運耗散定理 264
5.1.4 熱力學係統的統一模型 267
5.1.5 耗散係統的穩定性 269
5.2 熱力學耗散係統 270
5.2.1 常規係統的標準模型 270
5.2.2 超導體的Ginzburg-Laudau-Gorkov方程 273
5.2.3 超流係統的勢梯度方程 276
5.2.4 氣體BEC係統相變動力學方程 278
5.2.5 動力學理論基礎 280
5.3 熱力學耦閤的流體係統 283
5.3.1 熱鹽流體的Boussinesq方程 283
5.3.2 經典磁流體動力學方程 287
5.3.3 電磁勢耦閤的磁流體模型 289
5.3.4 厄爾尼諾亞穩態振蕩機製 292
5.3.5 海洋熱鹽環流 296
5.3.6 磁流體的Alfv.en波 300
5.4 凝聚態量子守恒係統 301
5.4.1 量子Lagrange係統 301
5.4.2 量子Hamilton係統 303
5.4.3 Hamilton係統的守恒量 304
5.4.4 量子係統的適定性 306
5.5 漲落理論 307
5.5.1 經典計算公式 307
5.5.2 修正的漲落理論 310
5.5.3 密度漲落關聯的Landau理論 312
5.5.4 隨機運動統計理論 314
5.5.5 漲落耗散定理 316
5.5.6 漲落控製方程與漲落半徑估計 317
5.6 綜述與評注 321
5.6.1 關於Boltzmann方程的討論 321
5.6.2 物理模型與實際的偏差問題 325
5.6.3 本章 各節評注 327
第6章 平衡相變的動態理論 330
6.1 相變動力學的一般理論 330
6.1.1 熱力學相變的三個基本定理 330
6.1.2 相變動力學原理與Ehrenfest相變分類 331
6.1.3 相變動力學的主要課題 333
6.1.4 躍遷判據定理 334
6.1.5 相圖及過冷過熱態和潛熱 336
6.1.6 漲落與超前臨界溫度 339
6.2 常規係統的相變 343
6.2.1 氣液固三態的躍遷 343
6.2.2 Andrews臨界點與三階氣液相變 346
6.2.3 鐵磁體的臨界磁化 348
6.2.4 磁滯迴路的亞穩態振蕩理論 350
6.2.5 二元相分離 351
6.3 超導電性 356
6.3.1 超導現象 356
6.3.2 GLG方程與超導參數 360
6.3.3 超導相圖 362
6.3.4 n次相變 366
6.4 液體與氣體的凝聚態相變 369
6.4.1 液態4He的超流相 369
6.4.2 沒有外磁場的液態3He凝聚態 372
6.4.3 外磁場對3He超流相的影響 375
6.4.4 氣體的BEC相變性質 378
6.5 綜閤問題與評注 380
6.5.1 漲落不對稱性 380
6.5.2 二元相分離的漲落對稱性 382
6.5.3 三級相變定理 383
6.5.4 多重穿越的躍遷判據 385
6.5.5 本章 各節評注 387
第7章 相變的臨界現象 389
7.1 標準模型的臨界理論 389
7.1.1 基本概念 389
7.1.2 臨界指數的理論計算 391
7.1.3 標準模型指數定理 394
7.1.4 一些具體例子 396
7.2 臨界漲落效應 400
7.2.1 漲落的臨界指數 400
7.2.2 α與γ指數的各嚮異性 404
7.2.3 *和v指數 405
7.2.4 漲落臨界指數定理 407
7.3 臨界現象的統計理論 408
7.3.1 熱力學係統的統計模型 408
7.3.2 Ising模型 410
7.3.3 平均場理論 412
7.3.4 Ising模型的精確解 415
7.3.5 Widom標度理論 421
7.4 平衡態分歧的臨界理論 424
7.4.1 相變的平衡態分歧 424
7.4.2 分歧解的求解方法 425
7.4.3 鞍結分歧點與潛熱 429
7.4.4 平衡態臨界圖像 431
7.5 熱力學係統分歧的臨界行為 432
7.5.1 PVT係統與鐵磁體的潛熱 432
7.5.2 二元相分離臨界行為 433
7.5.3 超導的臨界性質 437
7.5.4 氣體BEC分布的理論圖像 442
7.6 綜閤問題與評注 443
7.6.1 關於三維Ising模型精確解的討論 443
7.6.2 Kadanoff自相似標度理論 445
7.6.3 Wilson重整化群理論 448
7.6.4 動態與穩態約化方程的關係 451
7.6.5 本章 各節評注 452
第8章 凝聚態與量子相變 454
8.1 液態4He的超流動性 454
8.1.1 元激發的虛擬粒子 454
8.1.2 4He超流體的Landau理論 455
8.1.3 液態4He的熱力學性質 458
8.1.4 超流鏇渦的環形管結構 461
8.2 低溫超導的經典理論 465
8.2.1 BCS理論 465
8.2.2 London超導電流方程 468
8.2.3 Abrikosov理論 472
8.2.4 Josephson隧道效應 475
8.3 凝聚態量子物理基礎 478<
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