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热力学统计物理学 教材：《热力学统计物理》第四版 （汪志诚） 高等教育出版社 参考书：1.《统计物理学》王诚泰（清华大学出版） 2.《统计物理学》苏汝铿（高等教育出版） 热力学统计物理学发展简况 2.?? 如何适当反映学科的发展 3. 统计物理相关的几个凝聚态物理专题 热力学统计物理学发展简况 热力学与统计物理从建立至今已经有一百多年。学科不断发展：不仅应用领域不断扩大，小到原子核，大到宇宙；从物理学到其它自然科学(化学，生物，信息科学,…)；而且，学科本身也有了许多重大的发展，包括概念，理论和方法。 自颁发Nobel奖以来，直接因对统计物理学作出重大开创性贡献而获Nobel物理奖的有两项(RG[重整群理论，阐明相变临界现象],BEC，)，化学奖的两项(Onsager,不可逆过程的热力学理论； Prigogine，耗散结构理论方面 )。 在教学内容上理应有所反映。 简单地回顾：统计物理学的发展简况。 1. 从17世纪末~19世纪70年代，热力学发展经历了热机理论和分子运动论两个阶段； 2. 经典统计建立于19世纪下半叶，主要的贡献有 Maxwell, Boltzmann 和 Gibbs 等。 如：平衡态的最普遍理论是Gibbs的统计系综理论（1902）；非平衡态的理论以Boltzmann方程和 H-定理为核心，仅适用于稀薄气体。 应该指出，玻氏方程和 H-定理，涉及统计物理的基本问题：趋于平衡的不可逆性。 3.量子统计的建立与量子力学的建立有着相互依赖，相互促进的复杂关系 1900年，Planck 在研究黑体辐射谱的统计理论中提出了量子假说，当时他用的是Boltzmann 统计。随后，Einstein (1907), Debye (1912) 和Born 与 von Karman （1912，1913）应用Boltzmann 统计及能量量子化研究了固体比热。 有趣的是：量子假说的提出并不是从原子 光谱的研究，而是从黑体辐射的统计理论。 为什么？ 参看：A.Pais的“Subtle is the Lord…”(方在庆等译“上帝难以捉摸——爱因斯坦的科学与生活” 量子统计的建立 1905年，Einstein 提出了光量子的假说，这篇论文是唯一被爱氏自己称为革命性贡献的。它也源于黑体辐射。爱氏根据Wien区（高频区）内的辐射与经典实物粒子的经典理想气体的类比，而提出光量子假说，并用以解释了光电效应。 1924年，Bose 提出了一种新的统计方法（这是在量子力学建立以前），重新推导了Planck 的黑体辐射公式，1925年，Einstein 推广了Bose 的统计方法(以后被称为Bose-Einstein 统计），把它用到理想原子气体，并从理论上预言了一种新的凝结现象（以后被称为Bose-Einstein Condensation,BEC）. 量子统计的建立 1926年，Fermi 提出了另一种符合 Pauli 不相容原理的统计方法，稍后，Dirac 独立地提出了同样的统计方法（以后被称为Fermi-Dirac 统计），并论证了 Bose 统计和 Fermi 统计与多粒子体系波函数对称性之间的关系。 对Bose 统计和 Fermi 统计与粒子自旋之间的关系的认识,是1945年由 Pauli 论证的。 量子统计的建立 1927年，Von Neumann 提出了密度矩阵的概念，证明密度矩阵的作用类似于经典统计系综的几率密度，他还推导出量子的Liouville 方程。Landau 与 Kramers, Pauli等人对量子统计系综的建立也作出了重要的贡献。至此，量子统计系综理论的理论框架已经建立起来了. 1929年出版的 Fowler 的“统计力学”反映了当时统计物理学的几乎所有的主要成果。在当时，可以说是一部统计物理学的“百科全书”。 统计物理的若干主要进展： 自从1930s年代以来统计物理的若干 主要进展： 稠密气体和液体（经典与量子） 严格可解模型 元激发的概念和方法 * 负绝对温度 * 线性响应理论 相变和临界现象 * ? 各态历经问题 稀薄原子气体的玻色－爱因斯坦凝聚（BEC）* 介观体系中的统计问题 * 天体物理和宇宙学中的统计问题 混沌，分形, 渗流，…… 凝聚态物理中的统计问题（） 软凝聚物质（高分子，液晶,……） 非平衡相变（远离平衡态） 交叉学科中的统计问题（经济学，社会学，…） 计算机模拟（Monte Carlo,分子动力学，…） ……………………………………… 2.如何适当反映