溯源探幽:熵的世界

内容简介
《溯源探幽:熵的世界》着重论述熵的基本概念,分别从热力学、统计物理、分子动理论、信息论、非线性动力学、天体物理和宇宙论等不同侧面、不同层次来剖析其蕴含的意义。同时,在宽广的范围内讨论了熵在现代自然科学与技术中的应用,阐明了它所处的地位。《溯源探幽:熵的世界》内容丰富、取材新颖、文笔生动、通俗易懂,可供高等院校学生、中学教师、科技工作者以及科学爱好者阅读。

作者简介
冯端,1923年6月11日生于江苏苏州,原籍浙江绍兴。1946年中央大学物理系毕业后留校任物理系助教。1949年起历任南京大学物理系助教、讲师、副教授,1978年任教授。1984-1988年任南京大学研究生院院长,1986-1995年任固体微结构物理国家重点实验室主任,兼学术委员会主任迄今。1991-1995年任中国物理学会理事长,1992-1996年任国家科委攀登计划项目“纳米材料科学”首席科学家,1980年当选为中国科学院院士(学部委员),1993年当选为第三世界科学院院士。

冯端在凝聚态物理领域特别是晶体缺陷研究方面做了大量开拓性的工作,澄清了金属和氧化物晶体中缺陷的组态和起源,开辟了非线性光学晶体微结构化新领域,首次观测到铁电相变中的微畴结构和铌酸锂晶体非公度相变中公席错的结构及其演变。他为推动中国凝聚态物理的研究和发展起到了重要作用。

冯端60年代初即选择体心立方结构的难熔金属为突破口,采用浮区区熔法显示位错的技术,澄清了体心立方金属中位错的类型及其组态等问题。1978年后,又以在激光技术中获得重要应用的复杂氧化物单晶体为对象,采用多种实验手段,如浸蚀法、应力双折射貌相术、X射 线貌相术、电子显微镜衍衬像及高分辨率像等观测技术,对这些晶体中的位错、畴界、生长 条纹、生长区界面、包裹体等缺陷的类型、分布进行研究,并追溯其生长和相变中的起源和探索其可能的物理效应。

基于对铌酸锂等晶体铁电畴深入研究,掌握了制备具有周期性畴结构的晶体生长技术,冯端于1980年制备了周期为微米量级的聚片多畴铌酸锂晶体,在实验上首次全面验证了诺贝尔奖得主布鲁姆伯根(N.Bloembergen)关于非线性光学的准位相匹配理论,实现了铌酸锂晶体的倍频增强效应,从而在国际上领先开拓了非线性光学晶体微结构化这一新领域。随后,又在不能位相匹配的钽酸锂晶体中实现了准位相匹配,并研究了周期畴结构的形成机制。1996年4月中美“用于非线性光学及相关领域的微结构晶体”学术会议在南京召开,表明国际上已承认他的领先工作。

这些科研成果使冯端多次获得国家奖励,其中包括1982年国家自然科学奖二等奖(排名第一),1995年国家自然科学奖三等奖(排名第五)及1996年何梁何利科技进步奖(物理)。


前言
第一章 缘起——蒸汽机带来的学问
来自实践——瓦特与蒸汽机
当务之急——提高蒸汽机效率
理想化入手——卡诺的贡献
放之四海皆准——能量守恒
走向绝对——热力学温度
又一美妙的幻想——第二类永动机之梦
应运而生——热力学第二定律
谈非论是——“不可能性”的正面价值
第二章“天将降大任于是人也”——熵的亮相
石破天惊——一个概念的诞生
殊途同归——再谈几种说法的等效性
天道盈亏——熵恒增=能贬值
极大与极小——平衡判据
概念的拓展——化学势与复相平衡
“推敲”平衡——稳定与否?
“冬季为什么要生火?”——耐人寻味
第三章 ——墓碑上的公式
剑手与雄牛的决斗——学术之争
不朽的丰碑——“写下这些记号的,难道是一位凡人吗?”
寓理于娱——棋盘游戏
黑白混淆——吉布斯佯谬
底蕴之所在——系统混乱度的度量
溯流寻源——玻耳兹曼统计
夹缝里的文章——涨落
第四章 无序对有序——熵与能之间的较量
黑白交错——有序乎?无序乎?
概念落实——序的转变
寻根溯源——能与熵的较量
从阳刚到阴柔——走进软物质的世界
大师的洞见——熵致有序
弹性与高弹性——键力与“熵力”的比照
蛋白质分子的折叠——熵与能的交缠
第五章 时间之矢———趋近平衡
开启演化之门——不可逆性
近水楼台——近平衡区的热力学
跨越时代的杰作——玻耳兹曼方程
逆其意而道之——定理
“速度反演”———对定理的诘难
“复现始态”———对定理的另一诘难
分析与澄清——罐子游戏
第六章 再谈时间之矢———远离平衡
视野扩展——表观上的差异
海阔天空——开放的世界
被忽略的问题——奇妙的对流
“蝴蝶效应”?——气象的可预测性
振荡之玄机——有趣的“化学钟”
“生命是什么?”——值得深思的问题
不解的疑团——“热寂”之谜
第七章“零”的追求——向绝对零度的逼近
“永久气体”——神话的破灭
从理想到实际——一篇博士论文的贡献
多孔塞的妙用——节流致冷
结束与开始———氦的液化
八仙过海——致冷奇招
异军突起——激光致冷
艰辛的历程——创世界记录
第八章 琼楼玉宇,高处不胜寒———奇妙的低熵世界
登场亮相——热力学第三定律
舞台背后——导向量子世界
“芝麻开门”——量子论的诞生
改弦易辙——量子统计
理想成真——量子气体的凝聚
世纪疑谜——超导体与超流体
空中楼阁——负温度
第九章 妖精的启示———熵与信息
别出心裁——麦克斯韦妖
降妖伏魔——各显神通
不可或缺——信息
天作之合——信息与熵
待价而沽——信息与能
代代相传——信息与生命
谁执牛耳?——能熵之争
第十章 尚未了结——当代视野中的熵
从真实到虚构——相空间、系综与吉布斯熵
墨水比喻——粗粒化与混合性
分等定级——从遍历系统到柏努利系统
面包师与猫——相映成趣,共参妙理
定量刻画——李雅波诺夫指数与动力学熵
铺平道路——通向不可逆性
桌球戏的启示——回归玻耳兹曼方程
余音袅袅——物理学规律与不可逆性
后记

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