系综原理苏文钢编藏厦门大学出版社一九九O年厦门
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厦门大学“南强”丛书编委会主任：郑学檬副主任：周绍民委员：（按姓氏笔划为序）周勇胜陈天择陈永山钟同德张鸿斌赵民曾定
厦门大学“南强”丛书编委会 主 任 : 副主任 : 郑学檬 周绍民 委 员:(按姓氏笔划为序) 陈天择 陈永J、 周勇胜 赵 民 钟同德 张鸿斌 曾 定
南强丛书”序厦门大学是爱国华侨领袖陈嘉庚先生于1921年4月6日创办的，到明年将有70年的历史。为了庆贺这个光辉节日，在海内外校友的倡导和支持下，我们编辑出版了这套“南强丛书”。厦门大学创办伊始，就明确宣告：“本大学之目的，在博集东西各国之学术及其精神，以研究一切现象之式蕴与功用，同时并阐发中国固有学艺之美质，使之融合贯通，成为一种完善之文化。”厦大校歌则反复咏唱：“吁嵯乎南方之强”。几十年来，厦门大学师生弘扬“南强”精神，为实现自己的办学宗旨和追求自己的理想自标，做出了可贵的努力和贡献，培养造就了一批卓有成就的学者专家，编写出版了许多引人注日的优秀教材和学术专著，丰富了我国文化宝库，特别是新的社会主义历史时期，厦门大学满园春色，欣欣向荣，人才辈出，成果丰盈。以历史的眼光，选萃集成我校学者专家的优秀之作，出版一套以1
“南强丛书”序 厦门大学是 爱国华侨领袖陈嘉庚先生于1921 年 4月6日创办的，到明年将有 70年的历史。为了 厌贺这个光辉节日，在海内外校友的倡导和支持下， 我们编辑出版了这套“南强丛书”。 厦门大学创办伊始，就明确宣 告:“本大学之目 的，在博集东西各国之学术及其精神，以研究一切现 象之人蕴与功用，同时并阐发中国固有学艺之美质， 吏之融合贯通，成为一种完善之文化。”厦大校歌则 反复咏唱:“吁袋乎南方之强”。几十年来，厦门大学 师生弘扬“南强”精神，为实现 自己的办学宗旨和追 求自己的理想目标，做出了可贵的努力和贡献，培养 造就了一批卓有成就的学者等 家，编写出版了许多 引人汪目的优秀教材和学术专著，丰富了我国文化 宝库 特别是新的社会主义历史 时期 ，厦 门大学满园 春色，少次欣向荣，人才辈出，成果丰盈。以历史的眼 光，选萃集成我校学者专家的优秀之作，出版一套以
教材、专著为主的“南强丛书”，这是具有深远意义的文化积累工作，也是对建校70周年大庆的最好纪念。“南强丛书”的出版，是我校发展史上的一件盛事，引起了广泛的关注和强烈的反响。首次征稿，各系、所踊跃推荐，参评的优秀书稿达50多部。经“南强丛书”编审委员会认真评选，首批入选的书稿有15部。这典著作涉及自然科学和社会科学各个主要学科，都是作者多年潜心研究的重要成果，其中既有久负盛名的老一辈学者专家花了心血的力作，又有后起之秀富有开拓性的佳作，还有已故著名教授的遗作。虽然数量有限，门类不全，但在某种程度仍可以体现我校的教学、科研特色和学术水乎。出版“南强么书”，是一项长期佳的重大丁程，需要各方面的热情支持和密切合作。今后，我们将根振据本书的出版宗旨和真体条件，成熟一批，出版一报，以求更全面更系统地展示我2
教材、专著为主的“南强丛书”，这是共有深远意 义的文化积累工作，也是对建校 70周年大庆的 最好纪念。 “南强 丛书”的出版，是我校发展史士的一 件盛事，引起 了广泛的关注和 强烈的反响。色次 征稿，各系、所踊跃推荐，参评的优秀书稿达 50 多部。经“南强丛书”编审委员会认真评达，首批 入选的书稿有 15部。这些著作涉及自然科学和 社会科学各个主要学科，都是作者多年潜心研 究的重要成果，其中既有久负盛名的老一辈学 者专家花 了心血的力作，又确 后起 之秀 富有开 拓性的位作，还有已故著名教授的遗作。虽然数 量有限，门类河全，但在某种程度土仍可以体现 我校的教学、科研特色和学术水平。 出版“南强丛书”，是一项卡期 以的重少、少 程，需娶各方面的热情支持和密切合柞。今后， 我们将根据本丛书的出版穿旨和具体条洲，成 熟一批，出版一报，以求更全面更系统地展示我
校教学、科研的丰硕成果。由于时间促和我们的水平有限，评选工作和编辑出版工作遗漏、错误在所难免，裹心希望校友和作者、读者给予指正。最后，我们谨向资助出版本丛书的厦门大学旅港校友会前理事长黄克立先生致以衷心感谢！厦门大学副校长郑学檬“南强丛书”编审委员会主任1990年9月15日3
校教学、科研的丰硕成果。 由于时间匆促和我们 的水平有限，评选工 作和编辑出版工作遗漏、错误在所难免，衷心希 望校友和作者 、读一者给予指正。 最后，我们谨向资助出版 木丛书的厦门大 学旅港校友会前理事长黄克立先生致以衷心感 谢 ! 厦 门 大 学 副 校 长 “南强丛书”编审委员会主任 郑学檬 1990年 9月 15日
代序本书系作者近十年来为我校化学系研究生讲授“化学统计力学”课程而编写的参考教材。何言“琴考”？一则实际的教学内容未必就范于此；二乃既为研究生课程，似不宜于一本读物。综观近百年学科史，统计力学这门学科从建立到发展，从平衡态到非平衡态，从经典统计到量子统计，其理论的成就已臻高峰境界其在化学中的应用也日益广泛。拙见对化学系学生开设此课，教学的主要目的在于使入门者认识并理解宏观过程（特别是化学现象）中的统计因累及其规律性；掌握统计力学基本原理揭示“大块”物质（体系）的我态性质乃至有关的过程变化与组成物质的微观组元动力学行为之间的内在必然联系，进一步没取理论方法中丰富的想像力，严谨而又巧妙的逻辑思维。为了恰当地达到这一基本要求，题材的选择，内容之取舍当以突出阐明立论的要旨，推理之构思和结果的精义为本。注重对实际问题的应用处理，避免繁复的数学推导或过多的力学原理论述。在本书的编写过程中力求符合这个准则。释义理而唯务明达，约完证而不失其严，举凡对概念的建立，模型的假设以及定理、定律的演绎都尽量地采取易为初学者接受的方式方法拆解辨析。管窥所及，虽立意不学，限于个人浅1
代 序 本书系作者近十年来为我校化学系 研究生讲授“化学统计力 学”课程而编写的参考教材。何言“参考”?一则实际的教学内容未 必就 范于此 ;二乃既为研究生课程，似不宜圈于一本读物。 综观近百年学科史，统计力学这门学科从建立到发展 ，从平衡 态列柞平衡态，从经典统计列量子统计，其理论的成就己臻高峰境 界.其在化学中的应用也 日益广泛。拙见对化学系学生开设此课， 教学的主要目的寿于使入门者认识并理解宏观过程(特别是化学 现束)中的统计因果及其观律性;掌握统计力学基本原理揭示“大 块”物质(体系)的状态性质乃至有关的过程变化与组成物质的微 观组元动力学行为之间的内在必然联系，进一步汲取理论方法中 丰富的怨像力.严谨而又巧妙的逻样思维。为了恰 当地达到这一墓 本要求，题材的选择，内容之取舍当以突出阐明立论 的要 旨，推理 之钩思和结果的精义为本。注重对实际问题的应用处理，进免繁复 的数学推导或过多的力学原理论述。在本书的编写过程中力水符 合这个准则。释义理而唯务明达，约冗证而不失其严，举凡对概念 的建立，模型的假设以及定理、定律的演绎都尽童地米取易为初学 者接受的方式方法折解辫析。管窥所及，虽立意不悖，限于个人浅
识，况临笔迟纯，恐难贯彻初表。书中，疏漏大缺之处在所谁免，幸望专家同行案正。本书是在导师周绍民教投股切关怀下完成的，北京大学唐有教授名落：《统计力学及其在物理化学中的应用》对我启发光多。此外，承我拉境土冰副教授协助提供有益编写参考背料，工荐本刮报授发阅全偏。兹值厦门大学《南强丛书》出版，得附璜尾，谨北一并表示谢忧。苏文搬识于厦大化学楼一九九年十一月2
识，况临笔迟钝，恐难贯枷初衷。一书中，坑漏欠块之处在所淮兔，幸 望一专家同行斧正。 本 书是 在导师 周绍民教授殷切 关怀下完成的，北京大学唐 育 供教授 乙苫:《统计力学及其在物理 化学中的应用》对我启发 尤多。 此外，承我杖姚士冰副教授协助提供有益编写参考资科，工茸本副 教授佼阅全偏。兹值厦门大学《南强丛 朽》出版，得附 议尾，谨儿一 并 衣示谢比。 苏文缎 识 于厦大 化学{鑫 一九九0一午 ，卜一月
目录代序(1)第一章统计力学基本知识1概率的定义及其计算(1)..一、统计概率.(4)二、概率的性质.(6)三、条件做系….(7)四、随悦变量(7)S2(9)统计力学体系的分类·$3体系的宏现态和微观态(11)一，微观态的是子力学述(11)二、微观态的经典力学措述(15).(18)三、量子态和相跑(20)S4统计力学的基本假设..1
目录 代序 第一章 统洲力学基本知 识 (1) 乓l 概率的定义及其宝卜算 ··········，·········，············. (钓 一、统宝卜把率········································。··，···一 (4) 二、概率的性质·····························，·。····。·····. (6) 三、条价俨率···········，···········。·····················. (7) 四、随投咬量··，················，···，····!·.，··.，.。·. (7) 统训力学体系的分类·································. (9) 体系的若观态和微观态 ···········。···········;，·，··. (11) 一、微观态的垦子力学描述 ···，················。··. (11) 二、微观态的经典力学描述 ··········。····，··，·····. (15) 三、量子态和相胞············，·······。···4······。···，. (18) 统计力学的墓本假设·······.，····················。·. (20) 9 1 q 目 n心 d r勺 补 ;4
(20)一、等几率原理(21)二、求平均值(25)三、内能与摘函数习题(29)第二章玻尔兹曼统计$1(29)玻尔兹曼分市律(30)一、微观状态数的计算…(32)二、玻尔兹曼分布律推导(36)三、内能和摘的统计表达式(38)82配分函数的主要性质(38)一、量了态街据几率二、析因子性质(38)(39)三、零点能标度(10)四、体系的配分函数.(41)五、α、β因子的鉴定83最可几分市与平衡态·(42).2:
一、等几率原理 一 二、求平均值 ·. 三、内能与嫡函数 习 题 (20) (21) (25) 第二章 玻尔兹受统计 (29) 圣l ;2 ;3 玻尔兹曼分市律 ···，··································一 (29) 一、微观状态数的计算 ···，···········，··············，·.’. (30) 二、玻尔兹曼分布律推导···························. (32) 三、内能和嫡的统计表达式 ························. (36)- 配分函数的主要性质 ····················.········. (38) 一、量子态古据几率 ········，········。················一 (38) 二、析因子性质·····，··································，·. (38) 三、零点能标度···········，·····，····················，·一 (39) 四、体系的配分函数·································. (10) 五、a、刀囚子的鉴定 ·····，·························。·. (41) 最可几分布与平衡态·································. (JZ)