Квасников И.А. Термодинамика и статистическая физика. Т. 1. Теория равновесных систем. Термодинамика (Квасников И.А. Термодинамика и статистическая физика. Т. 1. Теория равновесных систем. Термодинамика.djvu), страница 2

Иредисловие н первому изданию Предлагаемая читателям книга П образует общий цикл с вышедшим в 1987 г, в Издательстве МГУ учебным пособием автора «Термодинамика и статистическая физика. Теория неравновесных систем», представляя его первую часть. В целом 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 1Ч курса всех специальностей в течение двух семестров. Материал, включаемый в этот раздел теоретической физики, не только обширен, но еше и в известной степени разнороден: за период становления термодинамики и статистической физики как науки, охватывающий наиболее продуктивнйе в научном плане годы Х1Х и ХХ столетий, произошло заметное расслоение первоначально единой теории теплоты» на отдельные разделы, Которые стали развиваться затем как вполне самостоятельные теоретические направления.

Предназначенный для общей студенческой аудитории курс включает только самые основные, традиционные и ставшие как бы обязательными и определяющими индекс общей теоретической грамотности разделы статистической физики и не охватывает, к сожалению, целого ряда важных Эопросов современной теории, относящихся к квантовой статистике, теории конденсированного состояния, теории твердого тела и другим, которые уже включаются в программы специальных курсов и кандидатских минимумов. Данная книга посвящена изложению равновесной теории статистических систем. Это отражено в ее подзаголовке. В учебном плане этот материал предшествует неравновесной теории: он читается на физическом факультете 1)1ГУ в осеннем семестре, а неравновесная теория — в следующем' за ням весеннем.

В связи с этим при немногочисленных ссылках на уже вышедшее пособие, имеющее, как мы видели выше, достаточно пространйое наименование, мы будем сопровождать его римской цифрой П и писать ТД и СФ-1! 21 (это единственное используемое в книге сокращение) с последующим указанием главы и параграфа. Инверсия в последовательности опубликования пособий по первой и вуорой частям курса, произошедшая не преднамеренно, а в силу обстоятельств, как всегда в подобных случаях весьма далеких от обсуждаемых в книге проблем, не означает, что автор уступил мнению ряда'авторитетных специалистов, полагающих, что Изучение статистической физики надо начинать именно с неравновесной теории.

Предлагают даже выводить распределение Гиббса (см. гл.11зрданной книги) с помощью'Н-теоремы (см. ТД и СФ-П, гл. Ча>, э 5), т. е. деформировать всю аксиоматику теории. Конечно, неравновесные состояния во времени предшествуют равновесным, и зто одна из основных аксиом статистической теории, более того, равновесных систем в буквальном понимании в окружающей нас природе вообще нет. Студент 1Ч курса, который уже получил 0 Имеется в виду: Лая«яика« И.А. Термодинамике и статистическая физика. Теория равновеейых еиетем. Мз Изд-ао МГУ, 199Ь 800 е.

Э Том 3 наетояшего издании. и Том 2, тяп наетояшего издания. И Том 3, гя, 5 наетояшего издания. Предцсловце я первому оздоною предварительную подготовку по вопросам молекулярной теории в рамках общего курса физики и представляет предмет в общих чертах, в вопросах методики обычно пассивен, его не удивить примерами показательного строительства, которое начинается с верхнего этажа и крыши.

Однако даже при выборе такого варианта нулевой цикл строительства все равно необходим и, главное, ответственен. Принятие высказанных выше соображений в качестве'сонорных при таком построении курса означало бы, что мы сочли целесообразным. исследовать возбужденные состояния системы, не установив структуры того состояния, над которым эти возбуждения сформированы. В квантовой механике подобная «инверсия» вряд ли собрала бы большое число сторонников. Исторически развитие науки на первый взгляд как будто слеловало этому обратному ходу. И дело здесь не в том, что начиная с древнейших времен рассмотрению движения в окружающей нрс природе уделялось больШе внимания, чем отдельным ее статическим состояниям, которые, как в механике, полагались частными случаями. Существенно то, что при становлении статистической 2яеханики'как теоретической науки основные идеи кинетической теории были высказаны Бояьцманом почти иа 30 лет раньше, чем П1ббс сформулировал (как раз на'рубеже ХХ в.) основы равновесной статистической физики.

Понятие статистичеоиого равновесия снсгемы многих частиц оказалось сложнее, чем первоначальные кинетические'представления о ней. Полное осознание парадоксальности этой исторической инверсии произошло уже в ХХ в. Тематика первой части курса, достаточно подробно отраженная в оглавлении, естественным образом распадается на два больших раздела~1: макроскопическую термодинамику и статистическую механику равновесных систем. Благодаря тому что на физическом факультете удалось спланировать учебный )гроцесс так, что часть обязательного материала. переносится на семинарские занятия, которые проводятся по единой системе задзний, то, как правило, первые 7-8 лекций этого курса (осенний семестр включает обычно до 22 лекций) посвящены макроскопической термодинамике (ей же посвящается более трети всех семинарских занятнй), а затем уже читается равновесная статистическая механика, представляющая основной материал этого семестра.

Автор отказался от возможности объединить оба раздела (тома. — Прим. ред.), «растворив» материал первого во втором, чтобы не создавать иллюзии; что макроскопическая теория имеет характер предварительного введения, формулировки и положения которого в дальнейшем при рассмотрении микроскопической теории будут переосмысливаться, уточняться и т.

д, Напротив, в этой части закладываются те основные и общие представления теории, без понимания которых развитие микроскопической теории было бы просто невозможным. К таким понятиям следует отнести в первую очередь понятие термодинамичеекой системы с ее особенностями, понятие равновесного состояния такой системы и его свойств, понятия температуры, энтропии, химического потенциала (т.е. величин, не имеющих аналогов в механике) и т.д., наконец, основные Начала термодйнамики, которые и в микроскопической теории сохраняют свое аксиоматическое значение. Следует отмстить, что сама аксиоматика макроскопичеекой термодина'мики за прошедшие полтораста лет настолько обговорена и продумана„что ее внутренняя органическая взаимосвязанность (речь идет о квазистатической теории) стала служить примером логического построения теории (после, конечно, теоретической механики).

Особо отмечая эту ее особенность, Анри Пуанкаре заметил, что «в термодинамике нельзя сделать ни малейшей бреши, не разрушив всего ее здания» (Н. Ро1псаге, 1911). «1 том« 1 н 2 н»сто»ш«ю и»««»яя. Лредоглолце к лервоиу оздочцю Каждая ~лава данного пособия разделена на две приблизительно равнЫе части: первая, являющаяся основной, построена главным образом на лекционном материале; а вторая помимо несложных задач в основном представляет дополнительный материал к обсуждаемой в главе теме, частично включаемый автором в лекционный курс без вынесения его на экзамен и предназначенный длв самостоятельной его проработки. Это позволило, во-первых, соблюсти изяестный принцип Ньютона: «При изучении наук примеры полезнее правил», Во-вторых, читатель получил возможностьлегкодифференцировать, какой материал пособия является основным, а какой дополнительным, в рамках которого можно в соответствии со своими интересами сделать выбор.

И, в-третьих, оформление этих дополнительных сюжетов в виде отдельных задач, в которых условие выглядит иногда как развернутый заголовок, илн небольших циклов из.них может быть при рассмотрении развернутых вопросов н не всегда органично, но это позволило сохранить в целом удобную формальную структуру, принятую в вышедшем ранее пособии ТД и СФ-П в', Имея богатую и достаточно долгую историю, макроскопическая термодинамика и равновесная статистическая, механика нашли свое отражение в достаточно большем числе посвященных им книг и различных руководств. Только в бнблиртеке физического факультета их можно набрать много десятков.

И большинство из них по-своему оригинальны и интересны. Напомним, что существовала давняя традиция, 'бытовавшая в свое время и на физическом факультете, — посвящать термодинамике целых полгода, материал же по' равновесной статистической физике, а также по кинети ке вместе буквально ум и навея до размеров, позволявших разместить его в одном учебном семестре.