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书单

长期以来我依赖libgen获取书的电子版,并在iPad Pro上记笔记学习。自从上孔夫子旧书网买了一些中文旧书之后,我同时也发出了很多英文旧书价格并不贵,陆陆续续地从上面买到了我特别喜欢的书的纸版,以作收藏。在这里分享这种满足感的同时,也算是列一个进阶学习的书单吧。

对我帮助最大的线性代数课本是Hoffman & Kunze的那本。我阅读的电子版是第二版的paper back。这本书几乎没有插图,是典型的以引理、定义和定理为骨架,掺入remark丰富意图说明的数学书。它适合自学的一点是证明齐全看得懂。通过看书上定理的证明方法我学到了一些技巧,使我能够独立证明或证伪一些我想出来的命题,这种能力对我按自己的思路来写讲义很有帮助。该书虽然标题是线性代数,但是在内容上是很好的抽象代数入门。

我在amazon还买到了Williamson, Crowell and Trotter的Calculus of Vector Functions第二片和第三版。我在找这方面的书的时候,希望能把向量看作有限维向量空间的元素,而不是R^n上的有序n元组。这本书是比较容易让我按前者理解来写讲义的。尽管它上面的例子都是R^n上的,但它的定义方式很容易移植到一般的有限维向量空间上。这本书的证明也很齐全。特别是给了出了反函数定理的一个普通水平读者看得懂的证明。该书倒是很不吝啬插图,足够地强调了这个话题的几何意义。而且书上的插图很适合在黑板上画出来,上课时可照着画。

物理学要从热力学开始。王竹溪的《热力学(第二版)》是我比较过好多课本之后(包括Callen),认为在foundation问题上处理得比较平衡的一本。须知这是热力学课本的最高级指标,在这件事上令人满意的书,在其余问题上就无庸质疑了,所以上面的评论相当于说王竹溪的《热力学(第二版)》是完美的。

这本书比较值得收藏的是80年代上海市印刷三厂印装的绿色硬皮的版本,此时全书还是使用繁体字。书中的数学公式符号风格十分雅致,排版也十分小心(虽然有很多手工痕迹)。书上的插图线宽和字号都很平衡,全书的插图风格一致(说明全是作者自己在文字撰写的过程中按需要绘制,而不是直接截取其他文献的图)。

王竹溪的书已经涉及到了不可逆热力学。但这个话题的经典是de Groot & Mazur (1961)的那本。这本书是后来的课本几乎都引用的“第一本书”。但是我对这个话题的学习主要都是看几本其他的书,包括Gurtin, Fried & Anand (2010)的那本连续介质力学与热力学。de Groot & Mazur这本我其实没有从头到尾认真看完过,只能在下一个系统整理这个话题的机会去做这件事了。

Tolman的统计力学也是经典的“第一本书”。它一齐把平衡态与非平衡态统计力学的观念都一次性建立了。这也是比较符合历史认识顺序的。但是这本书也是我最近才拿来看的。我本人的统计力学基础学习是靠 McQuarrie的课本。Tolman的书真的是比较老了(1950)。我手头上的这本的封皮材料老化变脆,需要修补。

非平衡统计力学的书常常会夹一些随机过程的理论。随机过程有很多好书,比如很多人所推荐的Ross的那本。但是我觉得比较亲切,适合教学参考的是Parzen这本,因此我也在孔夫子上搞一了一本实物。

我还搞到了Flory的书,这本书就不必多说了。

Flory的approach是偏向平衡态统计热力学的。动力学方面的专著可以看Doi & Edwards那本书。在前面介绍的数学基础和统计力学基础之上,到此基本可以完成比较近世的高分子物理理论的掌握。我觉得高分子系的课程也应该如此改革。

液体物理与高分子物理

其实50年代之后凝聚态物理还有一个重要进展是液体的统计力学理论的完善。液体物理本身起源在30年代,归功于从60年代的60年代Zwanzig、Mori、Rahman、Yip,80年代Alder and Alley、Gotze (MCT)、90年代Hess and Klein,Evans and Morris、2000之后Todd, Hansen and Daivis等人。关于液体物理的历史,可以看我之前这篇文章里面推荐的综述。

大概从80年代开始,就有将液体物理应用到高分子物理当中的工作。熔体方面,平衡态统计以PRISM理论为代表。以此为出发点的非平衡态统计,以Ken Schweizer为代表从80年代末开始做了大量工作。虽然具体建模过程还是需要很多近似假设,引入了很多主观性,但是液体物理的第一原理性保证提供的是一个能同时预测不同链架构体系(缠结/非弹结、支化、环状……)的动态结构因子、线性粘弹性、玻璃化转变、以及其他传输性质的统一理论。其中,简单液体中用于近似玻璃化转变的强关联的MCT,不仅被用于高分子玻璃化转变,还被用于缠结高分子。MCT跟管子理论一样,都是effective medium模型,思想都是把多体问题转化为单体在一个特殊的等效介质中的问题。所以,虽然Schweizer好像没有直接报道这种做法,但他的工作实际上把缠结线形高分子的松弛时间谱的玻璃区和橡胶区都用MCT处理了。

Rouse作为一个稀溶液模型,却反而能精确描述非缠结熔体的原因,是未证实的,猜测是可能说明后者的流体动力学作用可忽略,可视为单链一种“溶液”。因此虽然Rouse是一个统计力学模型,但不能当作非缠结熔体的第一原理性模型,它其实是熔体的一个等效介质(effective medium)模型。

溶液方面,突破Flory、Huggins、Krigbaum的半经验局限,从McMillan-Mayer的统计理论出发的工作,则比较为主流高分子物理界所了解了,因为Yamakawa写了个很好的monograph,Doi和Ewards的那本书里关于溶液的章节内容比Yamakawa更近代一些。

诚然,但凡涉及到浓稠体系或者强关联体系时,我们都无法第一原理性地去建模,总要求助于粗粒化、平均场、等效介质(effective medium)、重整化群……2000年代,Kawasaki、Das、Andreanov等人进行了MCT的统计场论推导工作。我觉得比较突出的认识是Andreanov在2009年展示了它的平均场属性(它其实是个Landau理论)。

MCT的理论意义,在Andreannov 2009的EPL和Berthier 2011的Rev Mod Phys中都讲得非常好。Andreannov还曾在他的另一个作中提示,统计场论方法有可能补全当下Gotze版本的MCT无法预测activated barrier hopping的重要缺陷。(Schweizer在这方面发表过几篇工作,但基本方法是自己为hopping设置了一个随机过程,是经验的。)