Допущено Министерством высшего и среднего специального образования .СССР в качестве учебного пособия для студентов физических специальностей университетов

ПРЕДИСЛОВИЕ

Для настоящего издания книга была заметно дополнена и пе­реработана; вся эта работа произведена мной совместно с Л. П. Питаевским.

Заново добавлены параграфы о магнитных свойствах газов, о термодинамике вырожденной плазмы, о жидких кристаллах, о флуктуационной теории фазовых переходов второго рода и кри­тических явлений. Существенно дополнены главы о твердых телах и о симметрии кристаллов, в частности — более подробным изло­жением теории, неприводимых представлений пространственных групп в применении к физике кристаллического состояния. Пере­работаны и дополнены параграфы, посвященные флуктуационно-диссипационной теореме.

В то же время из этой книги исключено несколько парагра­фов, посвященных теории квантовых жидкостей и связанной с ней теории слабо неидеальных вырожденных газов. Физика кван­товых жидкостей, основанная и в значительной степени развитая в пионерских экспериментальных исследованиях П. Л. Капицы и теоретических—самого Л. Д. Ландау, в настоящее время пре­вратилась в обширную область, значение которой выходит далеко за пределы ее первоначального объекта — жидких изотопов гелия. Изложение теории квантовых жидкостей должно занять теперь подобающее место и в общем курсе теоретической физики, а посвященные ей в предыдущих изданиях этой книги несколько параграфов становятся недостаточными.

В значительно расширенном виде они войдут в другой том этого курса, работа над которым в настоящее время ведется Л. П. Питаевским и мной. В том же томе будет дано детальное изложение метода гриновских функций и диаграммной техники, в значительной степени определивших развитие статистической физики за последние два десятилетия. Выделение этих (а также ряда других) вопросов в отдельный том диктуется не только тем, что включение их в данную книгу привело бы к слишком большому увеличению ее объема и к значительному изменению всего ее характера. Дело еще и в том, что по роду этих вопросов они существенно связаны также и с гидродинамикой и макроско­пической электродинамикой (например, при изложении микроско­пической теории сверхпроводимости целесообразно опираться на уже известную макроскопическую теорию этого явления). По этой причине новая книга должна быть расположена в общем ряду томов этого курса после механики и электродинамики сплош­ных сред.

Первый вариант настоящей книги (содержавший в то время изложение лишь классической статистики) вышел в свет в 1938 го­ду. Современному читателю может показаться удивительным, что использование общего метода Гиббса в статистической физике еще в 30-х годах требовало аргументации, подобной той, которая содержится в воспроизводимых здесь выдержках из предисловия к той книге. Возможно, что именно в разработке изложения общих принципов и многочисленных применений статистики в наибольшей мере проявилась свойственная Ландау поразительная широта охвата всего предмета, его поразительная способность уга­дать самый прямой и самый эффективный путь к получению всех результатов теории, больших и малых.

Наконец, от имени Л. П. Питаевского и своего я хотел бы искренне поблагодарить И. Е. Дзялошинского, И. М. Лифшица и В. Л. Покровского за многочисленные обсуждения вопросов, связанных с переработкой этой книги.

Е. М. Лифшыц

Москва, май 1975                                                                               

***

ИЗ ПРЕДИСЛОВИЙ К ПРЕДЫДУЩИМ ИЗДАНИЯМ

Среди физиков довольно широко распространено заблуждение, что статистическая физика является наименее обоснованной об­ластью теоретической физики. При этом обычно ссылаются на то, что некоторые выводы статистики доказываются не строго мате­матически, и забывают, что и все другие области теоретической физики содержат столь же нестрогие доказательства, что, однако, не рассматривается как признак недостаточной обоснованности этих отделов.

Между тем работами Гиббса статистическая физика, основан­ная Клаузиусом, Максвеллом и Больцманом, была превращена в логически связанную и стройную систему. Гиббс дал общий метод, применимый принципиально ко всем задачам, которые могут быть поставлены перед статистической физикой. К сожа­лению, метод Гиббса не получил должного распространения. Основной недостаток большинства имеющихся книг по статисти­ческой физике и заключается как раз в том, что их авторы, вместо того чтобы положить в основу этот общий метод, приводят его только между прочим.

Статистика и термодинамика образуют вместе единое целое. Все понятия и величины термодинамики наиболее естественно, просто и строго вытекают из понятий статистики. И если даже общие положения термодинамики и могут быть формулированы без статистики, то их приложение к конкретным случаям тре­бует, во всяком случае, применения статистики.

Мы стремились дать в предлагаемой книге систематическое изложение статистической физики вместе с термодинамикой. В основу положен метод Гиббса. Все конкретные задачи стати­стики исследованы с помощью общих методов. При доказатель­ствах мы стремились не к математической строгости, которая вообще плохо достижима в теоретической физике, а главным образом к тому, чтобы подчеркнуть взаимную связь различных физических утверждений.

При изложении обоснований классической статистики мы рас­сматриваем с самого начала статистическое распределение для малых частей систем (подсистем), а не для замкнутых систем в целом. Такой метод как раз соответствует основным задачам и целям физической статистики и позволяет полностью обойти воп­рос об эргодической или аналогичных гипотезах, в действитель­ности не существенный для этих целей/

Идеальный газ рассматривается с точки зрения общих методов как частный случай. Поэтому мы и не излагали метода Больц-мана как такового. Этот метод не может быть обоснован сам по себе; в частности, трудно обосновать введение априорных веро­ятностей. Больцмановское же выражение для энтропии идеаль­ного газа выводится из общих формул метода Гиббса.

Л. Ландау, Е. Лифшиц

1937—1939 г.