В основу книги положен курс лекций по статистической физике, читающийся в вузах ГДР. Наряду с кратким изложением фундаментальных теоретических вопросов книга содержит большое количество (свыше 140) задач, снабженных подробными решениями и иллюстрирующих применение статистической физики к важнейшим конкретным проблемам.
Активному усвоению материала способствует также большое число упражнений, предназначенных для самостоятельной работы читателя и снабженных ответами. Благодаря подбору материала книга может служить хорошим дополнением к более строгим учебникам статистической физики.
Книга предназначена для студентов — будущих физиков, химиков и инженеров, а также для преподавателей, ведущих практические занятия по курсу статистической физики.
Лекции известного американского физика Дж. Уленбека, подготовленные им совместно с Дж. Фордом, представляют собой наиболее обстоятельный обзор из имеющихся в литературе современных критических обзоров неквантовой теории газов из нейтральных частиц.
Рассмотрены принципиальные вопросы теории равновесного состояния, кинетической теории и гидродинамического приближения. Материал изложен последовательно и на высоком математическом уровне. Книгу отличает исключительная четкость постановки физических проблем и ясность изложения.
Настоящее издание предназначено для студентов старших курсов физических и математических факультетов, аспирантов и научных сотрудников, интересующихся вопросами статистической механики.
В предлагаемой книге излагается вторая часть курса «Термодинамика и статистическая физика». Она написана в полном соответствии с существующей программой этого курса.
В основу всего изложения положен метод Гиббса, как наиболее последовательный и строгий в статистической физике. По методу Гиббса излагается не только классическая и квантовая теория равновесных состояний, но и теория флуктуаций, включая теорию броуновского движения, а также вопросы физической кинетики.
В книге рассматриваются также некоторые новые вопросы, еще не вошедшие в программу. Они изложены для студентов, желающих глубже изучить курс, и рассматриваются на безматематическом уровне.
При подготовке второго издания книга подверглась некоторой переработке. Помимо чисто редакционных изменений, некоторого сокращения отдельных мест, исправления замеченных опечаток, заменены некоторые параграфы первого издания новыми. Из числа наиболее существенных изменений следует упомянуть введение основных идей термодинамики необратимых процессов и ее применение к теории термоэлектрических явлений и краткое изложение применения статистической физики к теории электронного газа в полупроводниках.
При подготовке второго издания к печати мне оказывали большую помощь кандидат физ.-мат. наук Л. Л. Коренблит и ассистент И. В. Даховский, которым выражаю за это свою искреннюю признательность.
Для второго издания книга подверглась существенной переработке и расширению. Исправлен ряд упущений и неточностей первого издания. В большинство параграфов введены задачи.
Мы сочли нецелесообразным приводить решения задач, как по соображениям, связанным с объемом книги, так и потому, что самостоятельное решение задач приносит значительно больше пользы, нежели усвоение приведенных в книге решений. Поэтому мы дали ответы к большинству задач и лишь к некоторым задачам краткие указания.
Излагаемый ниже материал представляет собой несколько расширенный конспект лекций по односеместровому курсу “Статистическая физика”, читаемых автором на физическом факультете Уральского Государственного Университета, начиная с 1992 года. Курс предназначен для всего потока студентов, специализирующихся по физике, и составляет часть общего курса теоретической физики.
В этом смысле он ориентирован не только на студентов–теоретиков, но содержит в себе тот минимум знаний, который необходим, в настоящее время, и физикам–экспериментаторам.
Нужно отметить, что особенности программы обучения студентов на физическом факультете УГУ таковы, что статистической физике отводится весьма незначительное время. Поэтому перед автором стояла задача дать достаточно компактное изложение материала, которое, тем не менее, содержало бы основные принципы и приложения статистической физики в заданных временных рамках.
Хотя сам автор придерживается точки зрения, впервые высказанной в фундаментальном курсе Ландау и Лифшица, о необходимости первоочередного включения термодинамики в состав курса статистической физики, здесь эта схема отброшена, опять же в связи с особенностями программы обучения в УГУ, где читается отдельный курс феноменологической термодинамики.
Монография посвящена исследованию границ применимости аксиоматических принципов, лежащих в основе статистической физики. Автором был выполнен гармонический анализ свойств обобщённой функции, описывающей индикаторную функцию Кнудсеновского (ламбертовского) рассеяния диффузного газа квантовых частиц на некоторой поверхности.
На основании полученных результатов высказано теоретическое предположение о непременном существовании замкнутых физических систем, для которых состояние детального статистического равновесия не является единственно возможным стационарным макросостоянием, наиболее вероятным для заданных условий. В такого рода системах могут существовать состояния глобального статистического равновесия, характеризуемые пространственно анизотропными макроскопическими параметрами.
Данные состояния могут быть принципиально выявлены на стыке квантовой оптики и молекулярной динамики, когда имеет место упругое волновое рассеяние (дифракция) газа квантовых частиц (электров проводимости, фотонов электромагнитного излучения или молекул газа) на границах заполняемого ими объёма.
В книге систематически рассматриваются основные законы и важнейшие приложения термодинамики, статистической физики и кинетики. В книге найдены методически удачные и оригинальные методы введения основных понятий (например, температуры и энтропии) и решения отдельных сложных задач.
Книга рассчитана, главным образом, на людей, приступающих к изучению физической теории тепловых процессов, и ставит своей целью в минимально короткий срок довести читателя до уровня знаний, позволяющего читать монографические статьи по специальным вопросам.
Изложение ряда вопросов (диамагнетизм электронного газа, отрицательные и предельные температуры, метод Боголюбова в кинетике газа и т. д.) основано на оригинальных работах и представляет интерес для аспирантов и научных работников.
Данный краткий курс статистической физики предназначен в основном для студентов-физиков педагогических институтов и написан по существующей программе для этих высших учебных заведений. Последнее определило содержание книги и расположение материала.
В соответствии с этой программой в книге главное внимание уделено классической статистике. Изложению основного метода Гиббса предшествует рассмотрение элементарной кинетической теории газов и анализа статистического смысла второго начала термодинамики.
Для нас вполне очевидно, что эти вопросы имеют важное значение для формирования материалистических взглядов будущего учителя физики и поэтому на них было обращено достаточное внимание в книге.
Далее рассматриваются основные положения физической статистики и виды статистического распределения. В главе V даны приложения метода Гиббса.
Книга представляет собой пятый том курса общей физики, созданного преподавателями Калифорнийского университета в Беркли. Особенность книги в том, что вопросы статистической физики, кинетики и термодинамики рассмотрены в конце курса, а не после механики, как обычно.
Это делает изложение более строгим, интересным и наглядным, позволяет оперировать с разными простыми системами, как, например, идеальный газ и система нескольких спинов в магнитном поле. В книге приводится большое количество примеров и задач.
