内容简介

《边缘奇迹:相变和临界现象》通过对相变和临界现象的介绍，阐述热力学和统计物理的基本概念，从熵的引入、统计配分函数，到对称破缺、标度律和普适性。《边缘奇迹:相变和临界现象》也描述了研究相变现象的基本理论方法，包括平均场近似、标度分析、重正化群、统计模型精确解和计算机数值模拟等。书中还介绍了相变研究的最新进展，如有限系统的临界现象和量子相变。相变和临界现象是物理学中充满难题和意外发现的领域之一。精确的数字语言，使物理学上升为一种艺术。只有下功夫掌握数学语言的人，将来才可能在深入钻研之后享受这种艺术之美。千姿百态的“水”、“有没有永久的气体？”、四维以上空间才正确的理论、非平衡相变——自然界中的有序和混沌……

0℃时冰溶化成水，100℃时水沸腾成蒸气，这种现象司空见惯。仔细想想，为什么这10 23个水分子，单个水分子结构不变，相互作用不变，会“集体地”、“不约而同地”从一个相“变”到另一个相呢？“新相”在“老相”中又如何“孕育”、“形成”？

作品目录

序言

再版前言

初版前言

第一章 “物含妙理总堪寻”1

千姿百态的“水”1

“微观”和“宏观”3

喜鹊搭桥：统计物理的妙用5

第二章 从物质的三态变化谈起9

理想气体9

临界点13

范德瓦耳斯方程18

三相点25

水的特殊性29

第三章 千奇百怪的相变现象34

广延量和强度量34

铁磁和反铁磁相变36

合金的有序-无序相变44

变化多端的中间相——液晶47

“巧夺天工”：极低温揭开的秘密52

玻色-爱因斯坦凝聚56

有没有永久气体61

一种“几何”相变：渗流63

第四章 平均场理论66

相变的分类67

被多次“发明”的理论69

序参量71

朗道理论76

涨落和关联81

对称的破缺和恢复87

连续相变的物理图像92

第五章 简单而艰难的统计模型95

平衡态统计物理的三部曲95

统计物理究竟能不能描述相变?97

伊辛模型的曲折历史100

复数和四元数104

统计模型展览105

闯到“收敛圆”的外面去!110

第六章 概念的飞跃——标度律与普适性115

实验家的挑战116

四维以上空间才正确的理论119

是偶然的巧合吗?121

标度假定125

自相似变换127

普适到什么程度?131

第七章 一条新路——“重正化群”135

不动点136

再谈几何相变139ix

重正化变换144

奇怪的展开参数150

重正化群理论的实验验证155

第八章 空间维数的意义158

涨落和空间维数的关系158

理论物理怎样“钻”进了非整数维空间162

连续变化的空间维数165

三类几何对象的豪斯道夫维数167

布朗粒子的轨迹是几维的?172

上边界维数和下边界维数176

第九章 特殊的“双二维”空间179

一场争论179

能实现二维系统吗?182

相位涨落与准长程序185

拓扑性的元激发：涡线187

能量与熵的竞争190

第十章 有限系统的临界现象194

有限尺度标度律195

高于上临界维数有限系统的临界现象197

有限系统临界现象的实验研究198

第十一章 量子相变200

测不准关系和量子涨落200

量子比特体系的相变201

光阱中稀薄原子的“超流——绝缘体”转变204

第十二章 非平衡相变——自然界中的有序和混沌206

x从对流现象谈起207

耗散结构211

走向湍流的道路218

确定论方程中的内在随机性222

结束语

后记