1、MIT教材Introduction to Statistical Physics評介研究張立彬（南開大學外國教材中心）楊 碩（南開大學物理科學學院）1 出版情況和作者簡介Introduction to Statistical Physics（統計物理簡介）是美國麻省理工學院物理系課程編號為8.08的課程 “Statistical Physics” 使用的教材。本書于2001年由Taylor & Francis出版社第一次出版，全書共288頁，作者是麻省理工學院的Kerson Huang。Kerson Huang在MIT于1953年獲得物理學博士學位，隨后他在普林斯頓大學做博士后工作，1

2、957年回到MIT任教直到1999年退休。退休后他繼續從事著量子場論和統計力學方面的研究。2 創作背景和主要內容這本書是作者在麻省理工學院給高年級的大學本科生上的一學期制的統計物理的講義，基于作者在MIT的教學經驗，它著重介紹經典和量子物理中的熱力學。本書分為這幾個部分。首先，作者以物質現象的理論介紹了熱力學，強調了這種方法的功效和美妙。然后，作者展示了在統計方法的幫助下來推導這些熱力學理論的過程，這是用經典力學和量子力學對理想氣體的研究做到的。作者展示了很大范圍的物理現象，可以用玻色氣體和費米氣體的性質解釋。然后作者提出了統計力學的正式方法正則系綜和巨正則系綜。最后一部分作者用微觀層次的眼光

3、轉到現象學，介紹了用感序參數描述顯示在超導性和超流動性里的對稱破缺。作者在漲落上花了很大的時間，從愛因斯坦對布朗運動的描述開始，通過對隨機過程和時間系的分析，最后介紹了蒙特卡洛算法。經過粗略的劃分，本書有12章介紹一般話題，有6章講特殊應用。課程需要涉及所有的一般話題，而特殊應用每年都有改變。在一般話題中，1-3章講熱力學，5，6，8章講理想氣體的動力學，9，10章講玻色氣體和費米氣體，12，13章講正式統計力學，17，18章講隨機過程，余下的6章講的是傳遞現象、玻色-愛因斯坦方程、布朗運動等。在每章的最后作者提供了一些習題。3 本書的特點本書注重的是物理的理解。本書的內容涵蓋了統計物理相關的

4、基本原理，很自然的分成了18章，全書結構清晰、邏輯嚴謹，主體線索明確，有助于讀者從整體上理解這門課程。作者在寫這本書的時候，用講述的口吻，給讀者身臨其境的感覺，引導讀者進行思考，從而使讀者理解書上的內容。作者在每一章的最后都留有習題，通過習題讀者可以很好的理解書上的內容。本書的另外一個特點是它從講解基本的知識延伸到了一些相關的前沿的科學問題，如對稱性破缺和玻色-愛因斯坦方程，把理論與應用分開來講解。這種深入淺出的講解方式有利于讀者的學習，使讀者在理解課程要求的知識之外，學以致用，既了解了學科前沿，又提高了學習的興趣，增強了學習的熱情。4 本書的學術價值統計物理是有關大量物質的行為特性的一門學科

5、，它研究的范圍可以從沸騰的水到金屬中的超導體。從根本上說，它是在探索隨機過程的規律。在實踐上，這個學科不僅應用在了自然科學和工程上，還應用在了社會科學和經濟學上。Introduction to Statistical Physics這本書能夠快速有效的引導讀者了解物理世界的統計觀點，它的目的是引導讀者用鉆研的眼光學習物理世界里的統計觀點，它幫助讀者用統計的方法推導出熱力學中物質的現象。并且本書還提供了這門學科在很多物理領域的應用。5 本書對我國編寫統計物理教材的啟示首先，從語言上，本書以一種教授的口吻在敘述所學的內容，仿佛一位作者親自傳授課程，帶著讀者思考、學習，給讀者身臨其境的感覺。這樣有助

6、于讀者的理解，并且能激發讀者的學習興趣。其次，本書的結構具有邏輯性，把理論知識和實際應用分開來，使讀者更容易把握課程的主要內容和整體線索。最后，本書涵蓋了最基本的理論，并且也包含了前沿的學科領域的知識。章節目錄 前言 xiii1.宏觀觀點 11.1熱力學 11.2熱力學變量 21.3熱力學極限 31.4熱力學變換 41.5經典理想氣體 71.6熱力學第一定理 81.7磁學系統 9習題 102.熱與熵 132.1熱方程 132.2理想氣體的應用 142.3卡諾循環 162.4熱力學第二定理 182.5絕對溫度 192.6溫度作為積分因子 212.7熵 232.8理想氣體的熵 242.9熱力學極限

7、 25習題 263.應用熱力學 303.1能量方程 303.2可測量系數 313.3熵和損失 323.4溫熵圖 353.5平衡條件363.6自由能 363.7吉布斯函數 383.8麥克斯韋關系 383.9化學勢 39習題 404.相變 454.1一級相變 454.2相平衡條件 474.3克拉貝隆方程 484.4范德瓦爾斯狀態方程 494.5維里展開 514.6臨界點 524.7麥克斯韋解釋 534.8溫標 54習題 565.統計方法 605.1原子觀點 605.2相空間 625.3分布函數 645.4各態歷經假說 655.5統計系綜 655.6正則系綜 665.7最概然分布 685.8拉格朗日

8、乘子 69習題 716.麥克斯韋-玻爾茲曼分布 746.1參數的確定 746.2理想氣體壓強 756.3能量均分 766.4速度分布 776.5熵 796.6熱力學的推導 806.7統計波動 816.8玻爾茲曼因子 836.9時間箭頭 83習題 857.輸運現象 897.1無碰撞和流體力學狀態 897.2麥克斯韋妖 917.3無粘性流體力學 917.4聲波 937.5擴散 947.6熱傳導 967.7粘度 977.8斯托克斯方程 98習題 998.量子統計 1028.1熱波長 1028.2全同粒子 1048.3狀態數 1058.4自旋 1078.5微正則系綜 1088.6費米統計 1098.7

9、玻色統計 1108.8參數的確定 1118.9壓力 1128.10 熵 1138.11 自由能 1148.12 狀態方程 1148.13 經典極限 115習題 1179.費米氣體 1199.1費米能量 1199.2基態 1209.3費米溫度 1219.4低溫性質 1229.5質點和孔洞 1249.6固體里的電子1259.7半導體 127習題 12910.玻色氣體 13210.1 光子 13210.2 玻色增強 13410.3 聲子 13610.4 德拜比熱 137 10.5 電子比熱 13910.6 粒子數守恒 140習題 14111.玻色-愛因斯坦凝聚 14411.1 宏觀狀態 14411.

10、2 凝聚 14611.3 狀態方程 14811.4 比熱14911.5 相的形成 15011.6 液氮 152習題 15412.正則系綜 15712.1 微正則系綜 15712.2 經典正則系綜 15712.3 分布函數 16012.4 與熱力學的聯系 16012.5 能量漲落 16112.6 自由能的最小化 16212.7 經典理想氣體 16412.8 量子系綜 16512.9 量子分布函數 16712.10 表示法的選擇 168習題 16813.巨正則系綜 17313.1 粒子儲存 17313.2 巨分布函數 17313.3 波動系數17413.4 與熱力學的聯系 17513.5 臨界漲落

11、 17713.6 巨正則系綜里的量子氣體 17813.7 占有數漲落 18013.8 光子漲落 18113.9 電子對的生成 182習題 18414.有序參數 18814.1 平衡破缺 18814.2 伊辛旋轉模型 18914.3 Ginsburg-Landau理論 19314.4 平均場理論 19614.5 臨界范例 19714.6 漲落-耗散理論 19914.7 相關長度 20014.8 普適性 201習題 20215.超流體 20515.1 壓縮波方程 20515.2 平均場理論 20615.3 Gross-Pitaevsky方程 20815.4 量子相的連續性 21015.5 超流體淹

12、沒 21115.6 超導體 21315.7 Meissner效應 21415.8 量子磁通量 21415.9 Josephson連接 21615.10 SQUID 220習題 22216.噪聲 22616.1 熱漲落 22616.2 Nyquist噪音 22716.3 布朗運動 22916.4 愛因斯坦理論 23116.5 擴散 23316.6 愛因斯坦關系 23416.7 分子現實 23616.8 漲落和耗散 237習題 23817.隨機過程 24017.1 隨機和概率 24017.2 二項式分布 24117.3 泊松分布 24317.4 高斯分布 24417.5 中心極限理論 24517.6 散射噪聲 247習題 24918.時間系分析 25218.1 愛因斯坦路徑 25218.2 功率譜圖和合作關系方程 25418.3 信號和噪聲 25618.4 躍遷概率 25818.5 Markov過程 26018.6 Fokker-Planck方程 26118.7