“如果在一场大灾变中所有的科学知识都被摧毁了，只有一句话可以传送给下一代的智慧生物，那你会选择哪句话呢？”费曼给出的答案是原了论：所有东西都是由原子构成的，原子就是一些很小很小的颗粒，处于不断的运动中，挨近时会互相吸引，挨得太近则会互相排斥。基于这样一句话，应用你的想象力与思考，你就能解读得到非常多的关于世界的信息。统计热力学就是一门把微观的粒子相互作用与宏观的系统性质联系起来的学科，不但给热力学提供了一个坚实的微观基础，而且大大加深了我们对这个世界的认识。本书详细介绍了统计热力学的基本原理，以及它们在化学反应、输运性质、材料体系等方面的应用。本书是北京大学化学与分子工程学院物理化学与统计热力学课程的教材，可作为高等院校化学、化工、生物、材料等非物理专业的教材及参考用书。我们的口号是：给我一个微观作用，还你一个宏观世界！

刘志荣，北京大学教授、博士生导师、教学优秀奖获得者。2001年获清华大学理学博士学位，之后赴德国与加拿大从事博士后研究；2007年起在北京大学化学与分子工程学院任教，2010年入选教育部新世纪优秀人才支持计划。长期致力于生物大分子与纳米功能材料的统计理论与计算研究，主持了重大科学研究计划课题1项、国家自然科学基金面上项目3项，发表论文一百余篇。

第一章 引言：为什么需要统计热力学？
第1节 我们为什么需要统计热力学？
第2节 什么是统计热力学？
第3节 统计热力学的简明历史
第4节 概率论：贝叶斯学派的角度
习题
第二章 独立粒子系统的经典统计
第1节 统计热力学基本假设
第2节 等概率原理的简单应用以及大数定律的重要影响
2.2.1 简单例子
2.2.2 粒子越多，统计越简单
第3节 独立粒子系统的经典统计：麦克斯韦-玻尔兹曼分布
第4节 热力学第零定律的解释以及β与温度之间的关系
2.4.1 热力学第零定律的解释
2.4.2 B与温度的关系
2.4.3 温度的深刻含义
第5节 热力学第一与第二定律：功、热、熵
2.5.1 内能与热力学第一定律
2.5.2 广义力、功、热
2.5.3 热、熵与玻尔兹曼公式
2.5.4 热力学第二定律
2.5.5 亥姆霍兹自由能与化学势
第6节 能量均分原理
2.6.1 理想气体的平移能量
2.6.2 旋转能量
2.6.3 谐振子的能量
2.6.4 能量均分原理的失效
第7节 麦克斯韦-玻尔兹曼分布的几个应用例子
2.7.1 为什么月球上没有大气层？
2.7.2 气压随海拔高度的变化
2.7.3 郎之万顺磁性理论
习题
第三章 量子统计
第1节 引言：我们为什么需要量子统计？
第2节 量子统计根源之分立能级
3.2.1 薛定诗方程
3.2.2 三维盒子中的自由粒子
3.2.3 一维请振子
3.2.4 刚性转子
3.2.5 氢原子的电子能级
第3节 量子统计根源之全同粒子不可分辨性
3.3.1 全同粒子的不可分辨性与波函数的交换对称性
3.3.2 本征波函数的对称性
3.3.3 费米子与玻色子
3.3.4 费米-狄拉克统计的一个后果：泡利不相容原理
第4节 量子态与状态空间体积之间的对应关系
3.4.1 相格数日与状态空间体积元成正比
3.4.2 相格数目与状态空间体积元之间的比例系数
第5节 量子统计：费米-秋拉克分布、玻色-爱因斯坦分布
3.5.1 三种分布
3.5.2 量子统计下的性质
第6节 量子统计的应用例子
3.6.1 金属中的自由电子气：闪电般的速度
3.6.2 白矮星的秘密
3.6.3 玻色-爱因斯坦凝聚
习颙
第四章 单组分理想气体
第1节 引言：理想气体与稀疏占据条件
第2节 单分子配分函数
4.2.1 配分函数及其与热力学量之间的关系
4.2.2 配分函数的应用例子：单原子理想气体
4.2.3 配分函数的分解定理
第3节 双原子分子的性质
4.3.1 平动与电子运动的贡献
4.3.2 振动的贡献
4.3.3 转动的贡献
4.3.4 同核双原子分子：核交换对称性的要求
4.3.5 同核双原子分子的例子：H2、N2、O2以及氧同位素的发现
第4节 多原子分子的性质
4.4.1 转动的贡献
4.4.2 振动的贡献
4.4.3 小结
习題
第五章 理想气体混合物
第1节 非反应性理想气体混合物
5.1.1 混合物的性质加成
5.1.2 混合嫡
5.1.3 吉布斯佯谔
第2节 反应性理想气体混合物
5.2.1 理想气体化学反应的平衡常数
5.2.2 例子1：理想解离气体与莱特希尔方程
5.2.3 例子2：理想电离气体与萨哈方程
习题
第六章 系综理论
第1节 系综的思想
6.1.1 引言：为什么需要系综？
6.1.2 系综的思想
6.1.3 系综的定义
6.1.4 系综的分类
第2节 正则系综
6.2.1 正则系综分布
6.2.2 正则配分函教
6.2.3 与独立粒子系统结果的联系
6.2.4 正则系综下的量子统计
6.2.5 内能的涨落
第3节 巨正则系综
6.3.1 巨正则分布
6.3.2 巨正则配分函数、嫡、化学势
6.3.3 与经典和量子统计分布的联系
6.3.4 粒子数的涨落
第4节 其他系综
6.4.1 微正则系综
6.4.2 统计系综之间的联系及其等效性
习题
第七章 非理想气体
第1节 非理想气体的正则系综分析
7.1.1 引言：理想气体与非理想气体
7.1.2 正则配分函数与位形积分
7.1.3 位形积分的计算
7.1.4 维里状态方程
第2节 非理想气体的分子模型
7.2.1 分子模型1：硬球模型
7.2.2 分子模型2：絹吸引的硬球
7.2.3 范德华方程
7.2.4 分子模型3：范德华力与伦纳德-凉斯势
习题
第八章 固体
第1节 引言：固体的性质比理想气体还简单
8.1.1 固体比热的杜隆-珀蒂定律
8.1.2 固体中各种运动模式的贡献
第2节 固体的比热
8.2.1 晶体的振动
8.2.2 固体比热的正则系综分析
8.2.3 爱因斯坦模型
8.2.4 德拜模型
8.2.5 固体的振动嫡
第3节 固体的状态方程
8.3.1 德拜状态方程
8.3.2 格留乃斯关系式
8.3.3 热膨胀与非简谐近似
第4节 半导体中电子和空穴的平衡分布
8.4.1 能带