Левич В.Г. Введение в статистическую физику (Левич В.Г. Введение в статистическую физику.djvu), страница 2

В результате та часть теории, которая находит свое подтверждение на опыте, оказывается как бы небольшим привеском к основному курсу классической статистики. Мы считали поэтому целесообразным для разрешения указанной серьезной педагогической трудности пойти по иному пути. Как известно, при рассмотрении большинства практически важных вопросов статистической физики почти не приходится использовать расчетный аппарат квантовой механики; во всяком случае, без его широкого применения можно обойтись. Оказывается достаточно квази- пРедислоВие к пеРВОму изданию классического приближения, в котором учитываются квантование состояний и некоторые другие особенности квантовых систем, но сохраняются наглядные представления классической механики.

Общие представления о квантовании состояний даются в общем курсе физики. В ходе дальнейшего изложения мы будем опираться на эти сравнительно ограниченные сведения о квантовой теории. Необходимые соотношения будут приведены в краткой вводной главе. Изложение статистической физики будет проводиться в квазиклассическом приближении: классическая статистика будет дополнена с самого начала предположением о дискретных состояниях системы.

Подобный метод изложения не может, разумеется, претендовать на полную строгость и последовательность. Это особенно относится к общим разделам книги. В теории вероятностей дается чисто классическое определение вероятности и ничего не говорится о двояком квантовомеханнческом и статистическом усреднении. При определении квазизамкнутой системы ничего не говорится о взаимоотношении между энергией взаимодействия и расстояниями между уровнями. Обходится молчанием вопрос о ширинах уровней. Наконец, принцип тождественности элементарных частиц н квантовые статистики Бозе— Эйнштейна и Ферми — Дирака излагаются лишь з самом конце курса. Число примеров подобной нестрогости можно было бы дополнить.

Мы сознательно шли на введение их в книгу, подчиняя ее чисто практической цели — изложить, .по возможности в доступной форме, основные вопросы статистической физики. представляющие принципиальный и практический интерес. Для изучения более глубоких вопросов обоснования статистической физики, квантового вывода ев общих положений, а также ряда вопросов, в которых существенно использование квантовомеханических представлений (например, ряда вопросов теории металлов и теории магнитных свойств вещества), читатель должен будет обратиться к другим руководствам. Недостаток места не позволил нам хотя бы кратко остановиться на вопросах физической кинетики.

Нужно, однако, заметить, что з настоящее время физическая кинетика, существенно расширенная н углублвнная работами советских исследователей, должна считаться самостоятельной физической дисциплиной и заслуживает отдельного рассмотрения. Мы не могли также изложить в книге основные положения классической термодинамики. Предполагается, что они известны читателю, хотя для удобства ссылок в книге приведена краткая сводка Основных термодинамических соотношений. Ланная книга составлена на основе курса лекций, читанных автором в Московском государственном педагогическом институте имени В. И. Ленина в 1940 †19 гг.

ПРЕДИСЛОВИЕ КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ Во втором издании книга подверглась существенной переработке с учвтом критических замечаний читателей. Наиболее значительные изменения и добавления были сделаны в главах Ш, Ч, ЧК 1Х и Х. В книгу включены новые главы, посвященные теории растворов и методу коррелятивных функций Н. Н. Боголюбова. Несколько расширены параграфы, посвящвнные изложению термодинамики.

Однако они не претендуют на полноту и приведены лишь для удобства ссылок. К новому изданию книги приложено свыше ста задач с решениями по всем разделам статистической физики. Проведена тщательная правка опечаток, вкравшихся в первое издание книги. Считаю своим приятным долгом поблагодарить коллективы кафедры теоретической физики Московского инженерно-физического института и кафедры статистической физики Харьковского государственного университета им. Горького за обсуждение данной книги, в ходе которого было сделано много существенных замечаний. Особую благодарность выражаю акад. М.

А. Леонтовичу, проф. И. М. Лифшицу и В. И. Когану за их ценные советы в процессе подготовки книги ко второму изданию. Выражаю также благодарность аспиранту П. А. Гаврилову и студенту И. Ю. Кобзареву, взявшим на себя труд по проверке решений аадач, С. Б. Петровой — за помощь в подготовке книги к печати и Б. А.

и Л. Г. Белинским, указавшим нз опечатки, имевшиеся в первом издании книги. В. Левик ГЛАВА 1 ВВЕДЕНИЕ $ 1. Задача и предмет статистической физики Статистическая физика, включающая как свою основную часть теорию тепла, основана на представлении об атомном строении вещества. ЕЬ исходным предположением является предположение о том, что тепло представляет проявление движения атомов или молекул, нз которых построено вещество. Основоположником молекулярной или, как ей раньше называли, кинетической теории вещества следует считать М.

В. Ломоносова. В своей диссертации «Размышления о причинах тепла и холода», относящейся к 1750 году, М. В. Ломоносов дает развернутую критику общепринятой в то время теории теплорода и последовательно проводит точку зрения на теплоту как на форму движения: «... не. обходимо, чтобы достаточное основание теплоты состояло в движении какой-либо материи».

Ломоносов не ограничивался общими соображениями о существовании мельчайших частиц, из которых построено вещество,— эта мысль развивалась ещв у древних греков,— но указывал также, что теплота представляет проявление движения этих частиц.

Ломоносов установил, что мерой интенсивности движения этих частиц служит температура. Это позволило ему сделать замечательное открытие †открыт абсолютного нуля температуры, при которой тепловое движение прекращается (или в действительности, как это было установлено з сравнительно недавнее время, снижается до минимума). Открытие абсолютного нуля М. В.

Ломоносовым более чем на сто лет опередило работы других исследователей в этой области. М. В. Ломоносов указывал, что величины, определяющие свойства тела, состоящего из весьма большого числа частиц, — как, например, давление, — представляют специфические характеристики системы как целого и не могут быть отнесены к отдельным частицам. Так, согласновоззрениям Ломоносова давление(упругость) газа представляет результат совместного воздействия многих частиц на стенку сосуда.

Однако свойство упругости не принадлежит отдельным частицам газа. 12 !гл. г вввднниа Открытия Ломоносова н некоторых других физиков, особенно Д. Бернулли, в области молекулярной теории теплоты нашли сноб дальнейшее развитие лишь во второй половине Х!Х века, когда работами Максвелла, Больцмана и других была создана кинетическая теория газов.

Оценивая значение этих исследований, Энгельс писал: «Открытие, что теплота представляет собою некоторое молекулярное движение, составило эпоху в науке» («Диалектика природы», Госполитиздат, 1952, стр. 201). Создание кинетической теории газов сопровождалось жестокой идеологической борьбой физиков-материалистов с представителями реакционной школы энергетиков, ставивших под сомнение реальное существование материи и еб структурных единиц — атомов и молекул. Особая роль в развитии кинетической теории газов и борьбе с реакционной школой энергетиков принадлежит физику-материалисту Л. Больцману, в работах которого было положено основание современной статистической физики т). Работы Больцмана нашли дальнейшее продолжение и развитие в исследованиях Дж.

Гиббса, работы которого явились венцом развития классической статистической физики. Уже в начале нашего века теоретические работы А. Эйнштейна и М. Смолуховского по теории броуновского движения и их блестящее подтверждение опытными данными привели к окончательному утверждению молекулярной теории. Решающая роль в борьбе с энергетизмом принадлежит В. И. Ленину. В своей работе «Материализм и эмпириокритицизм» В. И.

Ленин дал анализ кризиса буржуазного естествознания и, в частности, классической физики, возникшего в конце Х!Х вЂ” начале ХХ века, вскрыл сущность «физического» идеализма школы энергетиков. указал пути разрешения кризиса в физике. Эта работа В, г!. Ленина привела к полному идейному и научному разгрому энергетизма. В настоящее время кинетическая теория газов настолько расширилась и углубилась, что первоначальное название втой науки является уже недостаточным и следует говорить об атомной теории макроскопических свойств вещества. Обычно принято разделять атомную теорию макроскопических свойств вещества на два самостоятельных или почти самостоятельных раздела: статистическую физику и физическую кинетику.

В статистической физике изучают свойства и поведение макроскопнческих физических систем, состоящих из очень большого числа т) Пля самого Боаьцмзна ата борьба окончилась трагически. Затравленный современной ему реакционной прусской профессурой, он покончил жизнь самоубийством па 62-м году жизни, в 1906 г. нвовходимыв сввдвния из механики атомов, молекул или других микроскопических частиц, исходя из свойств последних. При этом статистическая физика ограничивается рассмотрением систем, состояния которых не изменяются во времени. Состояния системы, в которых она может находиться неопределенно долгое время, называют равновесными.