刘全慧
向同行坦承自己的浅陋是一种壮举 精选
2018-12-6 09:22
阅读:5724
标签:物理, 热力学, 统计物理

连续讲授《热力学与统计物理》已经超过15年,在这个领域发表的科研和教学研究论文超过30篇,参阅过的教材超过50本,浏览过的文献超过100篇。属于对《热力学与统计物理》的教学内容比较熟悉一党,似乎有点名声。时间一长,总会有些些八卦。例如,经过我指点的外校学生,留学海外后依然和我保持联系。他报答我的方式,是给我的其它将要留学海外的学生提供帮助。好生喜欢! 传递和传承,是对答疑解惑最好的回报。

很多我提供过帮助的人事情,我转身就不记得了。这不是什么优点。一个忘性特别大的人,很可能也会忘记那些对自己有知遇之恩的人。这就是一个很大的缺点。

一,一种壮举

任何通过实名来讨论问题,我总是努力尽快回复。下面这一回合刚刚发生。

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刘老师,您好!冒昧打搅,还请见谅。

……

我在XXXX大学工作,叫XXX,这个学期给学生上《热力学与统计物理》,用的是汪志诚老师的书籍,第五版。下个礼拜要讲微正则分布。花费了很多的力气,也理解不了书本254-255页,方程9.2.6-9.2.7之间的内容。

怕耽误了学生,特写此信,请刘老师不吝赐教!怎么把微正则系综给学生讲明白?(我自己也不明白。。。)是否可以把您这一章节的备课本扫描发给我参考?

如能得您回复,不胜感激! 祝您生活愉快!

XXX

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他的教学进度和我居然差不多同步(我明天讲授微正则系综,欢迎围观)。刻不容缓,立即回复。

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XX老师好!

收到你的来信。

首先向你推荐郑伟谋老师的近作:关于统计力学的基本原理,<物理>第十期。

你的问题的实质是,为什么微正则系综需要刘维定理。初等的统计物理常常这样干。刘维定理在于说明,假如每个粒子服从牛顿第定律,那么在孤立系统中一群粒子的其运动是个什么样子?结论是,从相空间中,盯住任何一点,发现粒子的密度不随时间改变。如果把这个密度归一,也就是系统出现在某一点的概率。如果猜测刘维方程的解,发现最简单的解是,密度为常数,或者密度仅仅依赖于能量!而当密度为常数时,就是微正则系综。

从经典力学的刘维方程出发讨论统计物理的基础,有诸多的问题。问题之一是:微观粒子的运动满足量子力学。第7章每次从经典力学出发,发现结果都有问题,发现量子力学结果才对。可是,如果单纯从量子力学的刘维出发,其实给不出微正则分布的结果,必须附加一个混沌假设。实际上,统计物理不需要这个定理。直接从(9.2.8)式,即从等概率原理,出发可以建立统计物理的体系。

……

你希望看到我的讲义,现附上,请指正。

我有位朋友XXX在你们那里当任副校长,如果有机会碰到他,请代问一声好!

顺问研安!

全慧

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度娘说,这位XXX是正教授博导,有很好的学术背景。向同行坦承自己的浅露需要巨大的勇气!

这部分内容当然不难! 但我并不建议他立即弄懂它,而是暂时放一放。世界是无限多维的,任何人都不可能预计到到某个隐藏在某个维度中会有个阴沟。这位老师的学术履历说明,他理解这部分根本不成问题。但是,人有时候会很怪,就是总会在一个小的地方总是卡壳。我小的时候,分不清左右两个字,很长时间为此苦恼不已。

碰巧,这部内容真的不是那么重要。回复他两天后,收到北京大学林宗涵先生的《热力学与统计物理》第二版,内有相似表述(参见文末)。

二,教学需要传承----向沈抗存求教28!

沈抗存教授是原应用物理系的主任,是原《热力学与统计物理》课程的教师。从1958年从武汉大学分配到我们学校,已经有60年了。当年的风华青年现在已是82岁耄耋老者。从我1990进校工作的那一天起,坚持讨论形形色色的物理问题。现在,他坚持每天散步,经常散步到物电楼,敲敲我的门。如果我在而且方便的话,他会进来小坐片刻,用80%湘乡口音的普通话,和我聊物理。整十天前他来,我们到办公室外面的露天平台去聊天。半途中,碰到学校离退休办的人,正好需要他的一张近照。一切都是凑巧碰上了,留影一张。

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当时,我们聊的是为什么爱因斯坦固体模型中的声子气体没有压强? 他说,我教了一辈子热力学统计物理,真还没有想过这个问题。我把这个问题贴到了物理学专业问答网站 https://physics.stackexchange.com

https://physics.stackexchange.com/questions/443203/why-the-chemical-potential-of-phonon-gas-in-einstein-s-solid-model-is-not-zero

不过很快,我把这个问题想清楚了。

三,推荐林宗涵先生的《热力学与统计物理》第二版

立即翻阅,有三点看法。

1,屁股坐到量子力学和现代统计物理的位置上。赞!

我对个别教材的强烈批评,不是因为内容错误,而是保守,很死板。讲玻尔兹曼统计,不能先讲粒子服从经典力学,发现讲不通,再说粒子服从的是量子力学,从而问题就没有了。这就是屁股坐到了锥子上。如果一开始,找准了量子力学这个位置座稳当了,能量均分定理就处在一个从属的位置。多好!
讲分布只说这是概率最大的分布即最概然分布是不行的,必须同时说这就是平均分布!这一点,林先生一开始就说指出了。这一点非常重要。一开始就要说各种分布都是可能的,然后才有涨落!涨落-耗散是现代统计物理的灵魂。

2,有很多原始的材料。赞!

很多图表取自原始文献。示意图的味道总是不太足!

3,有鲜明个性!赞!

如果读伯克利物理学教程,费曼物理学讲义,等等,会发现有很高的识别度。林先生的这部书就是这样。特别提到两处:1,“哪些量是不可直接测量的呢?它们是基本热力学函数U和S,以及引入的辅助热力学函数 H,F,G等,...。热力学理论所建立的未知量与可测量之间的关系是普遍的.(p.54)”关于这一点,我曾有专文附和之。2,“等几率原理或微正则系综是平衡态统计理论的基本假设,它 不能从刘维定理推导出来,尽管刘维定理是确定几率密度的重要依据.本书中,我们将采取与绝大多数统计物理教科书相同的做法,不去讨论能否从更基本的物理原理去建立等几率原理(归根结底,这是一个尚未解决的问题).如果把统计物理学比喻成一棵大 树,我们将沿着树干往上爬,去采摘果实,而不去挖树根.全部平衡 态统计理论都是基于这个唯一的基本假设.而理论与实验的比较已经经历了考验,肯定了这个基本原理的正确性.(p.303)

教科书是用来教人的。人的思想不够灵活,知识何用? 

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就林先生大著第一版,我写个若干邮件,求教过一两个小问题,似乎没有提出过什么重大的疑问。他的致谢中,特别提到我,受之有愧!也算前辈的一种提携,非常感谢!

2015年,我在长沙主办全国热力学统计物理年会,特别邀请他来指导。他的回信我还记得,夏天长沙太热了,不去了。

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