В книге излагаются понятия и основы классической термодинамики. Автор избегает преподносить их читателям аксиоматически, в готовом виде, сразу на современном уровне, но стремится знакомить читателей с происхождением и развитием понятий и созданием основ термодинамики.
Книга предназначается для всех, кто хочет не только применять термодинамику, но и понять эту прекрасную науку. Без понимания термодинамики немыслимо развивать ее дальше.
Настоящая книга представляет собой учебное пособие, которое должно помочь студентам активно усвоить материал курса термодинамики. В каждой главе кратко излагаются важнейшие необходимые теоретические сведения и приводится большое количество задач и их решения.
Книга рассчитана на студентов и аспирантов, изучающих термодинамику; она будет также полезна преподавателям вузов и лекторам, ведущим соответствующие курсы.
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, дать новую интерпретацию второго начала термодинамики о росте энтропии, а также дать строгий вывод канонического распределения Гиббса, не опирающийся на эргодическую гипотезу.
Текст книги структурирован в виде отдельных глав в значительной степени независимых друг от друга. В каждой из глав имеется комментарий и библиография. Добавления посвящены свойствам инвариантных мер с гладкой плотностью, геометрии Гамильтона, а также законам сохранения — первых интегралов уравнений движения, а также их приложениям в нелинейных динамических системах.
Книга предназначена для математиков, механиков и физиков, интересующихся классической статистической механикой и вопросами 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 ещё большей мере возросло её значение как научной основы быстро усложняющейся техники сегодняшнего дня. И, кроме того, физика стала мощным примером современного научного мышления, примером, значение которого выходит за пределы своего предмета.
Именно поэтому преподавание физики приобретает более широкое значение по сравнению с тем, которое придавалось ему прежде, и по этой причине к созданию новых курсов физики сейчас приходят многие крупные учёные. Только таким путём можно преодолеть существующий разрыв между уровнем преподавания физики и современными достижениями науки.
Этот разрыв в значительной мере привёл также к некоторой деградации состояния физики в высшей школе, наиболее остро ощущающейся в том, что в последние десятилетия ограничение физического образования рамками практических потребностей иногда приводило к отказу от систематического развития жертвами физики и математики — явления, за которые именно физика и математика являются главными.
Со времени выхода в свет первого издания этой книги прошло более десяти лет. Несмотря на то, что почти одновременно появилось несколько хороших книг, посвящённых 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, изменён 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 учёного 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.
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-диссипативные теоремы, основанные на оригинальных исследованиях автора методы построения неравновесных функций распределения и статистических операторов, позволяющих получить уравнения термодинамики необратимых процессов, и применение этих методов к различным задачам.
Рассмотрен статистический вывод уравнений теплопроводности, диффузии и уравнения Навье—Стокса для многокомпонентной жидкости или газа и связь кинетических коэффициентов с корреляционными функциями. С позиции теории релаксационных процессов изучены реакции как в линейном, так и в нелинейном по термодинамическим силам приближении, релаксация статистического гидродинамического возмущения и его уравнений, вывод укороченных уравнений «Фоккера—Планка» для процессов в сильнонеравновесных системах.
Книга рассчитана на физиков и физико-химиков (научных работников, аспирантов и студентов) в области теоретической и математической физики, физики молекулярных процессов, химии и химической физики.
Предлагаемая вниманию читателя книга А. Зоммерфельда посвящена изложению основ термодинамики и статистической физики. Она является пятым, хронологически последним, томом серии «Лекции по теоретической физике» и вышла уже после смерти автора. Зоммерфельд не успел закончить подготовку книги к печати, и это было выполнено Боппом и Мейкснером.
По сравнению с другими томами, которые, как правило, содержали изложение избранных вопросов данной дисциплины, в настоящей книге круг рассматриваемых проблем отличается значительно большей полнотой.
Главная цель книги — познакомить студентов прежде всего с основными идеями и методами физики. Особое внимание обращено на разъяснение смысла физических законов и на сознательное применение их.
Несмотря на сравнительно небольшой объем, книга представляет собой серьёзное руководство, обеспечивающее подготовку, достаточную для успешного усвоения в дальнейшем теоретической физики и других физических дисциплин.
