В книге развиваются идеи Гиббса и Пуанкаре о тепловом равновесии механических систем. Хотя идеи Гиббса широко известны, многие из поставленных им проблем не решены до сих пор. Наоборот, глубокие результаты Пуанкаре по кинетике оказались невостребованными и вообще неизвестными специалистам по статистической механике.
Рассматриваемый в настоящей книге круг вопросов группируется вокруг трех связанных друг с другом тем: слабая сходимость вероятностных мер (плотности которых — решения уравнения Лиувилля), иерархия хаотичных динамических систем Гамильтона, теория возмущений ансамбля слабо взаимодействующих подсистем.
Полученные результаты позволяют лучше понять природу необратимого поведения термодинамических систем, дают новую интерпретацию второго начала термодинамики о росте энтропии, а также дают строгий вывод канонического распределения Гиббса, не опирающийся на эргодическую гипотезу.
Текст книги структурирован в виде четырех глав в значительной степени независимых друг от друга. К каждой из глав имеется комментарий и библиография. Добавлены два приложения, в которых рассмотрен случай плотного заполнения пространства дополнительно заданных сохранений — первых интегралов уравнений Гамильтона, а также вопросы в нелинейной динамической системе.
Книга предназначена для математиков, механиков и физиков, интересующихся классическими задачами статистической механики и проблемами обоснования термодинамики.
В настоящее время настала необходимость в создании новых, современных курсов общей физики. Такая необходимость возникла в первую очередь потому, что вместе со стремительным развитием самой физики в еще большей мере возросло ее значение как научной основы быстро усложняющейся техники сегодняшнего дня.
И, кроме того, физика стала могучим примером современного научного мышления, примером, значение которого выходит за пределы своего предмета.
Со времени выхода в свет первого издания этой книги прошло более десяти лет. Несмотря на то, что почти одновременно появилось несколько хороших книг, посвященных тому же разделу курса общей физики, наша книга нашла своих читателей. Об этом свидетельствует быстрое исчезновение книги с полок книжных магазинов, не исключая и букинистических.
За истекшее время мнение авторов о том, каким должен быть курс молекулярной физики в высшей школе, не претерпел существенных изменений, однако в настоящем издании книга частично переработана: некоторые параграфы написаны заново, изменен порядок расположения некоторых других, введены новые параграфы. Эти изменения отчасти вызваны опытом «эксплуатации» книги, отчасти — изменениями, происходящими с течением времени в самой физике.
Теория теплоты, как и теория электричества, имеет два аспекта. Феноменологическая теория теплоты — термодинамика — оперирует такими понятиями макромира, как температура, количество теплоты и т. п. Эти величины непосредственно измеримы. Экспериментально установленные законы термодинамики имеют то преимущество, что они не опираются ни на какие гипотезы.
С другой стороны, именно для законов термодинамики, таких, например, как закон возрастания энтропии, чувствуется потребность в более глубоком их обосновании. Это обоснование дает статистическая теория, которая основана на атомистических представлениях и поэтому обладает большей наглядностью.
В теории теплоты нередко бывает полезно взглянуть на существо излагаемого материала с точки зрения того и другого метода, но обычно термодинамическая и статистическая теории излагаются по отдельности. Это вовсе не означает, что между ними имеется непроходимая грань.
Посмертно вышедшая работа одного из крупнейших мировых аналитиков — шведского ученого Т. Карлемана, подготовленная к печати его учениками. Автор работал над этой темой в течение нескольких десятилетий. Им были получены важные результаты, относящиеся к вопросам существования и единственности решений уравнения Больцмана, которые и излагаются в данной работе.
Работа представляет интерес для физиков-теоретиков, занимающихся статистической механикой, и для математиков, занимающихся интегро-дифференциальными уравнениями. Доступна для студентов старших курсов и аспирантов физико-математических факультетов университетов и пединститутов.
Учебное пособие по экспериментальной физике составлено в соответствии с программами по общему курсу физики и по физическому практикуму для физических и физико-математических факультетов университетов и педагогических институтов. Содержит описания экспериментальных задач (упражнений), выполняемых индивидуально студентами названных вузов параллельно со слушанием курса лекций по общей физике и работой в семинарах по этому курсу.
Включает описания экспериментальных задач, поставленных в физическом практикуме Московского университета и выдержавших практическую проверку в ходе студенческих занятий на протяжении многих лет.
Описание каждой задачи содержит краткое изложение сущности изучаемого явления со ссылками на литературу, в которой это явление подобно описано. Описание задач содержит подробное изложение экспериментальной методики, основанное на основе изучения явления, сведения об используемых аппаратах, приемах наблюдений и измерений, сведениях об обработке информации.
В учебных целях задачи распределены по двум основным разделам физики: механика и 31 эксперименту молекулярной физики. При вводной части имеются необходимые описания методов измерений всех физических величин и сведений об измерительных приборах. Приведен в книге библиографический указатель. Рекомендовано Министерством высшего и среднего специального образования для университетов и пединститутов.
Статистическая термодинамика необратимых процессов изучает неравновесные процессы переноса энергии, количества движения, массы и заряда в различных физических системах (газах, жидкостях, твердых телах) с помощью методов статистической механики.
Книга — первая в мировой литературе попытка рассмотреть с единой точки зрения современное состояние неравновесной статистической термодинамики как естественного продолжения равновесной. В ней изложены основные идеи равновесной и неравновесной статистической термодинамики классических и квантовых систем, влияние на статистические ансамбли различных возмущений механического и термического типа, нарушающих равновесие, флуктуационно-диссипационные теоремы, основанные на оригинальных исследованиях автора, методы построения неравновесных функций распределения и статистических операторов, позволяющие получить уравнения термодинамики необратимых процессов, и приложение этих методов к различным задачам.
Рассмотрены статистические выводы уравнений теплопроводности, диффузии и уравнения Навье—Стокса для многокомпонентной жидкости или газа и связь кинетических теорем с коэффициентами наборного переноса. Отдельную главу составляют теории релаксационных процессов и химических реакций как в линейном, так и в нелинейном приближении, включая проблемы констант нестабильности и механизмов реакций, а также уравнения химической кинетики.
Значительное внимание уделено физико-химическим (негазовым) задачам, статистическим методам изучения полимеров и высокомолекулярных соединений, а также статистико-термодинамическому рассмотрению свойств вязких растворов и структурированных жидкостей.
В монографии с единых позиций излагаются математические и физико-химические основы современной теории горения и взрыва. Она обобщает теоретические исследования по тепловому и цепному взрыву, теории поджигания, инициированию волны химического превращения, распространению ламинарного пламени, критическим явлениям при горении (устойчивасть, пределам распространения, переходу от одного режима горения к другому), диффузионному горению несмешанных газов и другим вопросам механики реагирующего газа.
В книге систематически рассматривается обширный круг вопросов из различных областей физики, физической химии, астрофизики, с которыми имеет дело современная газо- и гидродинамика. В ней излагаются основы газовой динамики и теория ударных волн, теория переноса излучения.
Изучаются термодинамические и оптические свойства вещества при высоких температурах и давлениях, кинетика диссоциации, ионизации и других неравновесных процессов, явления, связанные с излучением света и лучистым теплообменом в ударных волнах и при взрывах, вопросы распространения ударных волн в твердых телах и т. д. Авторам монографии принадлежит большое число оригинальных работ в рассматриваемой области науки, которые нашли свое отражение в книге.
Книга послужит ценным практическим пособием для широких кругов физиков, механиков и инженеров, занимающихся прикладной физикой и новой техникой. Она будет полезна студентам и аспирантам соответствующих специальностей, а также всем физикам и механикам, желающим познакомиться с современным состоянием науки об ударных волнах.
Поскольку курс предназначен для слушателей высших учебных заведений не физического профиля и не для физических факультетов университетов, то большинство выводов и доказательств проводится не в самом общем виде.
Как правило, эти выводы и доказательства даются на примерах с простейшей геометрией, для симметричных контуров и однородных полей, с последующим указанием на справедливость данного результата в общем случае для любой геометрии и неоднородных полей. Это тем более необходимо, что при параллельном прохождении высшей математики и физики в вузе необходимый для выполнения общих выводов математический аппарат, вроде преобразований поверхностных интегралов в объемные и т. п., дается на один-два семестра позже, а некоторые математические приемы и методы вообще не излагаются.
В этом случае обобщений приведенных доказательств базируются на чисто физических соображениях, позволяющих для усвоения более важных, чем громоздкие математические выводы.
Так, после передачи явления электромагнитной индукции как визуального изменения системы с контуром магнитного поля, создаваемого движением поля, или изменением силы тока, вводится закономерность, приводящая лишь на одном примере контура с движущимся ребром.
