Note:
"Per la preparazione di questo corso le Education Development Center è stata sovvenzionata dalla National Science Foundation".
Impaginazione di Anna Maria Zamboni su progetto di collana di Albe Steiner.
Rilegato e in brossura.
PREFAZIONE AL VOLUME FISICA STATISTICA
Quest'ultimo volume del "Corso di Fisica di Berkeley" è dedicato allo studio dei sistemi su larga scala (cioè macroscopici) formati da molti atomi o molecole; esso fornisce quindi un'introduzione agli argomenti di meccanica statistica, teoria cinetica, termodinamica e calore. Non ho affrontato questi argomenti sulla base del loro sviluppo storico e non ho proceduto seguendo linee tradizionali; anzi, ho cercato di adottare un punto di vista moderno e di dimostrare, nel modo più sistematico e più semplice possibile, come le nozioni fondamentali della teoria atomica conducano a una struttura concettuale coerente, capace di descrivere e predire le proprietà di sistemi macroscopici.
Nello scrivere questo libro ho cercato di riferirmi alla figura di uno studente che, non avendo ancora alcuna familiarità con la materia in questione, la affronta per la prima volta dalla posizione vantaggiosa del suo precedente studio della fisica elementare e delle proprietà atomiche. Ho scelto perciò un ordine di presentazione che dovrebbe sembrare plausibile a uno studente di questo tipo che cerchi di raggiungere da solo una comprensione dei sistemi macroscopici. Nel tentativo di rendere la presentazione coerente e unificata, ho basato tutta la discussione sulla elaborazione sistematica di un unico principio, quello secondo il quale un sistema isolato tende ad avvicinarsi al suo stato di massimo disordine. Sebbene abbia limitato la mia attenzione a sistemi semplici, li ho trattati con metodi che sono ampiamente applicabili e che si possono facilmente generalizzare e, soprattutto, ho tentato in ogni punto di sollecitare l'intuizione fisica, cioè la capacità di comprendere le relazioni importanti con rapidità e naturalezza. Mi sono sforzato quindi di trattare per esteso le idee fisiche senza perdermi nel formalismo mate-matico, di fornire semplici esempi per chiarire concetti generali astratti, di fare stime numeriche di quantità significative, e di collegare la teoria al mondo reale dell'osservazione e dell'esperimento.
La materia da trattare in questo volume andava selezionata con grande cura. È stata mia intenzione sottolineare i concetti più importanti che potrebbero essere utili non solo ai fisici ma anche agli studenti di chimica, biologia e ingegneria. Le "Note per l'insegnante e per lo studente" riassumono come è stato organizzato il libro e il suo contenuto e forniscono alcune indicazioni per gli insegnanti e gli studenti. L'ordine non tradizionale di presentazione, scelto per sottolineare la relazione fra il livello di descrizione macroscopico e quello atomico, non rinunzia necessariamente ai vantaggi propri dei modi più tradizionali di affrontare il problema. In particolare, vale la pena di accennare alle seguenti caratteristiche:
1. Lo studente che completa lo studio del capitolo 7 (anche se tralascia il capitolo 6) conoscerà i principi fondamentali e le principali applicazioni della termodinamica classica come se avesse studiato l'argomento secondo la linea tradizionale. Naturalmente avrà anche acquistato una maggiore comprensione del significato di entropia e una notevole conoscenza di fisica statistica.
2. Ho avuto cura di sottolineare che la teoria statistica conduce a certi risultati che sono puramente macroscopici nel contenuto e del tutto indipendenti dai modelli che si potrebbero supporre validi nella descrizione della struttura atomica dei sistemi in esame. Viene quindi messa chiaramente in evidenza la generalità e l'indipendenza delle leggi della termodinamica classica dal modello adottato.
3. Sebbene un approccio storico fornisca raramente l'introduzione più logica e illuminante a un argomento, una conoscenza dell'evoluzione delle idee scientifiche è al tempo stesso interessante e istruttiva. È per questo che ho incluso nel testo alcune note pertinenti, riferimenti, e fotografie di scienziati illustri, scelti tutti per dare allo studente un'idea sullo sviluppo storico dell'argomento.
I requisiti indispensabili per affrontare lo studio di questo volume includono, oltre a una rudimentale conoscenza di meccanica classica e di elettromagnetismo, solo una certa familiarità con i più semplici concetti atomici e con le seguenti idee quantistiche nella loro forma meno sofisticata: il significato di stati quantici e di livelli energetici, il principio di indeterminazione di Heisenberg, la lunghezza d'onda di de Broglie, la nozione di spin, e il problema di una particella libera in una scatola. Gli strumenti matematici richiesti si limitano a semplici derivate e integrali, oltre a una certa familiarità con le serie di Taylor. Qualsiasi studente che conosca gli argomenti essenziali trattati nei precedenti volumi del "Corso di Fisica di Berkeley" (particolarmente nel volume "Fisica quantistica") risulta, naturalmente, ben preparato per questo volume; ma il libro potrebbe costituire altrettanto bene l'ultima parte di qualsiasi altro moderno corso introduttivo di fisica, o potrebbe venire usato per un corso analogo al livello di studenti del secondo anno di università, o oltre.
Come ho indicato all'inizio di questa prefazione, mi sono proposto di cogliere gli aspetti essenziali di questo difficile argomento, per renderlo semplice, coerente e facilmente comprensibile agli studenti che lo affrontano per la prima volta. Benché si tratti di un risultato che vale la pena di cercare di conseguire, esso è difficile da raggiungere: la stesura di questo libro è stata infatti per me un compito arduo e solitario che ha impegnato a fondo gran parte del mio tempo. Ma mi sentirei ricompensato se sapessi che il mio libro non sarà inutile." F. REIF.
Traduzione di: De Maria Michelangelo, Tirozzi Benedetto
Revisione di: Forino Attilio
Titolo originale dell'opera: Statistical Physics
McGraw-Hill book Company, USA, 1967
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