|
Оглавление
Введение
Понятие энтропии является одним из самых сложных в термодинамике и статистической физике, поскольку оно связано с разрушением симметрии оси времени. Для людей время представляется всегда текущим в одном направлении – от прошлого к будущему. Это кажется вполне обоснованным в силу выполнения принципа причинности – для того, чтобы съесть помидор, его нужно вырастить на кусте, который сам вырос до этого из маленького семечка, посаженного в землю. Именно в таком порядке, поскольку обратный порядок кажется абсурдным. Однако когда мы переходим к системам, изучаемым физикой, то зачастую возникает симметрия оси времени. Например, если мы снимем на видеокамеру, как мяч ударился о стену, а потом проиграем ролик наугад в прямом или в обратном направлении, то не увидим отличий, позволяющих ответить, шло ли время от прошлого к будущему или нет. Подобное выполняется для любых детерминистических систем классической и квантовой механики. Только в термодинамике мы увидим разрушение симметрии оси времени, когда отслеживаем, как затухают неравновесные процессы и система приходит в равновесное состояние. Например, если мы взболтаем воду в стакане с чаем, то, после того как мы убрали ложку из стакана, макроскопическое движение жидкости в нем начинает затухать, пока не прекратится полностью. Обратный процесс, когда бы в стакане самопроизвольно возник вихрь, пока никто не наблюдал. Характеристикой затухания неравновесных процессов в замкнутой системе служит рост энтропии. Но за счет каких физических механизмов этот рост возникает? Если мы посчитаем, как меняется со временем энтропия любой детерминистической системы, то увидим, что она всегда остается постоянной. Какие же механизмы отвечают тогда за рост энтропии в термодинамических системах? Для ответа на данный вопрос необходимо привлекать такие сложные концепции, как фазовый объем, перемешивание траекторий и эргодичность. Зачастую их обсуждение начинается без предварительного изложения понятий классической и квантовой механики, поэтому студенту бывает трудно изучить проблему. В нашей книге мы подробно, шаг за шагом излагаем основы, требуемые для понимания. Наша книга не может считаться полным учебником по аналитической и квантовой механике поскольку в ней отсутствует полнота изложения материала, входящего в подобные учебники. Нашей задачей является рассмотрение фундаментальных основ механики, как аналитической, так и квантовой, а также построение «мостика», связывающего эти теории, и в этом смысле наша книга представляет собой учебник, позволяющий студенту освоить этот сложный материал с самых основ. Ключевым вопросом для нас будет являться рост энтропии, понимание которого скрыто глубоко в недрах формализма механики. Второй нашей целью является стремление создать учебник, позволяющий студенту разобраться в концепциях теоретической и квантовой механики, используемых в статистической физике. Статистическая физика рассматривает такое огромное разнообразие явлений, как термодинамических, так и нетепловых, что при составлении курса преподаватель обычно решает трудную задачу, изложение какого материала следует сократить, чтобы успеть рассказать и про другие явления. При этом на изложение основ зачастую отводится довольно мало времени. Однако студенту, прошедшему курсы классической и квантовой механики, бывает трудно понять такие концепции как, например, оператор эволюции, оператор Лиувилля, диагонализация матрицы плотности, учет классических вероятностей в матрице плотности или аспекты теории квантовых измерений, для которых в курсе статистической физики не остается времени. Поэтому мы позиционируем нашу книгу как пререквизит статистической физики, позволяющий студенту разобраться в основах этой сложной науки перед тем, как перейти к изучению самой статистической физики.
Об авторах
 Абаимов Сергей Германович Кандидат физико-математических наук, PhD Университета Калифорнии, Дэвис (UCDavis). С отличием окончил Московский физико-технический институт (МФТИ). В настоящее время профессор (Assistant Professor) Центра проектирования, производственных технологий и материалов Сколковского института науки и технологий (Сколтех). Область научных интересов: микромеханика, функциональные и механические свойства нанокомпозитов, композиционные материалы, датчики structural health monitoring.
 Ахатов Искандер Шаукатович Директор Центра проектирования, производственных технологий и материалов Сколтеха. Получил степень магистра по физике в МГУ имени М. В. Ломоносова (1974–1979); кандидатскую степень в 1983 г.; степень доктора физико-математических наук в 1990 г. Исследовательская деятельность сосредоточена на микро- и наномасштабной механике, а также на динамике многофазных систем с приложением к материалам и передовым производственным технологиям. Руководитель мегагранта Министерства образования и науки Российской Федерации (2010–2014).
 Белоусов Юрий Михайлович Доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой теоретической физики Московского физико-технического института (МФТИ). Окончил МФТИ в 1976 г., работает на кафедре теоретической физики с 1979 г. Область научных интересов: физика конденсированного состояния, физика низких температур, спиновые системы, магнитная релаксация, квантовые измерения и квантовая информация, мюонный метод исследования вещества. Соавтор двух монографий, автор и соавтор ряда учебных пособий.
 Михеенков Андрей Витальевич Окончил Московский физико-технический институт и аспирантуру там же. С 1982 г. работает в Институте физики высоких давлений РАН, в настоящее время — руководитель теоретического отдела. Много лет преподает в МФТИ, профессор кафедры теоретической физики. Область научных интересов — статистическая физика и теория твердого тела, узкие области — эффекты сильной корреляции, фрустрированный магнетизм, кинетика металлов.
 Полищук Илья Яковлевич Физик-теоретик, доктор физико-математических наук, профессор кафедры теоретической физики Московского физико-технического института (государственного университета), начальник теоретического отдела НИЦ «Курчатовский институт». Лауреат премии им. И. В. Курчатова.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
