ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Пгава 1. Теория флуктуаций из "Термодинамика и статистическая физика Т.3 Изд.2 " Курс Термодинамика и статистическая физика является последним из общих разделов теоретической физики (он следует за разделами Механика, Электродинамика и Квантовая механика ) и читается на дневном отделении физического факультета МГУ для студентов четвертого курса всех специальностей в течение двух семестров. Материал, включаемый в этот раздел теоретической физики, не только весьма обширен, но еще и в значительной степени неоднороден за более чем полуторавековую историю, если ее отсчитывать от известной работы Никола Сади Карно (Н. Сато1, 1824), произошло заметное расслоение некогда единой теории теплоты на разделы, развивающиеся теперь уже как теоретические направления вполне автономно. Предназначенный для студенческой аудитории курс охватывает только самые общие, традиционные, ставшие уже классическими разделы статистической физики, и среди них нет целого ряда важных разделов современной теории (относящихся к квантовой статистике, теории конденсированных систем и др.), которые включаются уже в программы специальных курсов. [c.9] Благодаря тому что часть обязательного материала была перенесена на семинарские занятия, которые Проводятся на физическом факультете по единым заданиям, весь курс спланирован так, что первый семестр посвящен макроскопической термодинамике и равновесной статистической механике, а второй — целиком вопросам неравновесной теории. Это позволило сделать вторую половину курса достаточно полной и охватывающей если не все, то ббльшую часть вопросов неравновесной -гории и физической кинетики, доступных для издожения в рамках общей теоретической дисциплины. [c.9] Конечно, излагаемый материал в какой-то степени опирается на общие идеи и некоторые результаты первой части курса, посвященной равновесной теории. Однако по своему содержанию и развиваемым методам книга, по существу, вполне самостоятельна и не так уж сильно страдает от вполне умеренного числа ссылок на достаточно общие положения первой части курса, как, впрочем, и от ссылок на некоторые формулы классической механики, электродинамики и квантовой теории. [c.10] Каждая из глав пособия разделена на две части первая, являющаяся основной, построена главным образом на лекционном материале, а вторая — помимо несложных задач, предлагаемых на семинарских занятиях, включает дополнительный материал к обсуждаемой в главе теме, способствующий ее более глубокому пониманию (часть такого материала автор постоянно включал в лекционный курс, не вынося его на экзамены) и предназначенный для самостоятельной его проработки. Таким образом, пособие не ограничено рамками обязательного, в какой-то мере принудительного и сковывающего инициативу профаммного минимума (типа развернутой инструкции, как при минимальных усилиях сдать экзамен), а предоставляет читателю определенную свободу выбора тех вопросов статистической механики (конечно, из имеющегося все же довольно офаниченнЬго материала), которые заинтересовали его или вследствие возникшей у него осознанной необходимости, или в силу заложенного в нем природного любопытства. Оформление этих дополнительных сюжетов в форме замкнутых задач (или циклов из нескольких задач) представляется по этим соображениям достаточно удобным. Следует отметить, однако, что, несмотря на произведенное таким образом расширение тематики, книга все же далеко не энциклопедия по вопросам неравновесной статистической механики. Специалисты в этой области не найдут здесь обзора и оценки всех аспектов современной кинетической теории, всех используемых в ней методов, и, возможно, будут разочарованы. Эта книга писалась в основном в расчете на уровень учащихся старших курсов. [c.10] Теперь немного о характере изложения. Конечно, стиль его несколько дидактический, а слог — далеко не тургеневский. При изложении учебного материала автору хотелось избежать сухости, свойственной научным публикациям, и построить пособие так, чтобы оно было понятным без ссылок на солидные математические руководства и толстые монофафии, без фраз типа как легко показать , неоднократно осмеянных юмористами, и без понуждаемого некоторыми авторами с помощью щедро рассыпаемых ими занумерованных ссылок на предшествующие формулы бесконечного перелистывания книги в обратном направлении. Лекционный курс, как правило, обходится без этого перелистывания . Естественно, что при этом приходится идти на несколько более подробные пояснения, а также напоминания какого-то материала из квантовой и классической механики и т. п., но такие повторения (если они, конечно, не буквальные и не нарочитые) свойственны учебному процессу, и их отражение в учебном пособии, по-видимому, вполне естественно. Автор отдает себе отчет в том, что предлагаемая книга не безупречна. Речь идет не о мелких неточностях и опечатках — они, как известно, неистребимы, а о досадных упущениях и просчетах, а также спорных моментах. Абсолютно совпадающих точек зрения по научным и методическим вопросам не бывает, особенно это касается неравновесной статистической механики, идеи которой и используемые методы еще не достигли равновесного состояния . [c.12] Автор предназначает свою книгу по второй части курса Термодинамика и статистическая физика в основном для студентов. Она может послужить пособием по изучению предмета (хотелось бы, чтобы не только в дни экзаменационной сессии), а также позволит наиболее любознательным из них ознакомиться с некоторыми разделами сверх стандартной профаммы. Автор надеется также, что книга будет полезной и для аспирантов, желающих вспомнить какой-либо вопрос из этого раздела курса, а также для преподавателей, пожелавших позаимствовать опыт преподавания этой дисциплины на физическом факультете МГУ. [c.12] Автор выражает глубокую и искреннюю благодарность академику А. А. Логунову за внимание к автору и его работе, академику П. И. Боголюбову и академику Л. В. Келдышу за рецензирование предлагаемого издания, полезные замечания и общ)то поддержку. Автор искрение признателен доценту В. Д. Кукину, который в течение многих лет являлся лектором параллельного потока. Многочисленные дискуссии с ним способствовали формированию курса Термодинамика и статистическая физика , читаемого на физ1 ческом факультете им был предложен целый ряд интересных задач, оригинальных способов рассмотрения отдельных проблем, сделано много методических замечаний. [c.12] С особой признательностью автор хочет отметить существенный вклад С. И. Зеленского, внимательное и по-настояшему деловое отношение которого к автору и его рукописи способствовало тому, что ее издание стало реальностью, и Г. В. Горелика, замечания которого как редактора способствовали немалому улучшению рукописи в целом. [c.12] Когда мы начинаем говорить о неравновесных системах, то прежде всего необходимо отметить, что свойство находиться в неравновесном состоянии присуще всему окружающему нас миру, для которого в целом состояние равновесия просто не существует. В природе нет абсолютно неподвижных объектов и не бывает полностью равновесных систем. [c.13] Выделяя (реально или мысленно) из окружающего многообразия отдельные объекты с целью их исследования (экспериментального или теоретического), мы в принципе не можем исключить их взаимосвязанности, их взаимодействия с другими. Это взаимодействие и приводит к постоянному изменению состояний этих объектов исследования даже в тех случаях, когда для этого, казалось бы, нет внутренних причин. Характер этих изменений чрезвычайно многообразен, даже если мы выделим сред них один лишь физические явления. [c.13] Эффективное развитие теоретических направлений в физике стало возможным лишь после того, как в сознании исследователей утвердилась рациональная классификация физических явлений по определенным разделам, когда физики научились вьщелять для данной фуппы систем те характерные типы движений, которые в данном классе явлений доминируют над другими (что позволяет в нулевом приближении этими другими просто пренебречь). Если такой подход удается реализовать, то проявляется некоторая идеализированная замкнутая теоретическая схема описания определенного класса физических явлений. Естественно, что результаты такого теоретического описания по отношению к реальным процессам имеют в некотором смысле характер предельных. Исторически первым примером теории такого типа явилась теоретическая механика — образец построения логически замкнутой теории механического движения материи. Так как эта теория в известной мере стала образцом при построении других физических теорий уже с другой аксиоматикой, то в определенном смысле могут быть правы и те, кто считает Ньютона родоначальником не только классической механики, но и теоретической физики вообще. [c.13] Упомянутую выше классификацию физических явлений по отдельным разделам практически можно реализовать, устанавливая каждый раз четкие фаницы в отношении выбора объекта исследования. В термодинамике и статистической физике (особенно в неравновесной теории) этот вопрос весьма актуален, так как из всего многообразия практически реализуемых явлений, в которых проявляются эффекты, связанные с молекулярным строением физических объектов, в ведение этой теории попадает лишь весьма офаниченный их класс. Несмотря на более чем полуторавековую историю термодинамики, окончательное понимание того, что такое статистическая система, сформировалось лишь в первой четверти двадцатого столетия. [c.13] Остановимся на некоторых общих положениях макроскопической термодина-уп(ки и статистической физики, которые будут использованы непосредственно уже 3 следующей главе. Краткое их напоминание будет служить также и цели установле--яя терминологии и обозначений, которые будут использоваться в дальнейшем. [c.13] Говоря о том, что мы рассматриваем так называемые термодинамические системы (или, что то же самое, статистические системы), мы полагаем, что выбирае-чыГ( нами объект исследования удовлетворяет целому ряду обязательных условий. [c.13] К таким параметрам относится температура тела 9 — кТ постоянная Больцмана f = 1,38... 10 эрг/К, Т — температура по шкале Кельвина), плотность числа частиц п = N/V (или удельный объем v = V/N), давление р, химический потенциал /t и т. д. [c.14] Отметим сразу, что так как особенности таких систем установлены (прежде всего экспериментально как обобщение большого числа опытных данных) именно для них, то число N ограничено не только снизу, JV 1, но и сверху, так как у нас нет достаточных оснований распространять выводы, полученные в земных условиях для систем с числом частиц N No, на системы макрокосмических масштабов (на Вселенную или отдельные ее части). [c.14] Состояние термодинамического равновесия — это такое состояние, когда макроскопические (т. е. измеряемые макроскопическими приборами) параметры системы ие изменяются с течением времени и когда в системе отсутствуют потоки любого типа. [c.14] В макроскопической теории нулевое начало термодинамики выступает как обобщение большого числа опытов и наблюдений за термоданамическими системами. С микроскопической точки зрения это утверждение не самоочевидно. [c.14] Отмстим два важных свойства состояния термодинамического равновесия. [c.14] Вернуться к основной статье