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自然界普遍存在着长程相互作用系统。包括了:引力系统,等离子体系统,偶极磁铁系统等。本文主要讨论长程相互作用系统的平衡态时的热力学性质。我们主要工作如下:
首先我们介绍统计力学的基本理论,包括微正则系综,正则系综,以及相变的概念:
其次,我们介绍长程相互作用系统统计力学的基本理论,涉及了可加性问题,长程相互作用系统的定义,引力系统的困难之处,长程相互作用系统的应用和前景,以及长程相互作用系统的热力学和动力学结论:
再次,作为长程相互作用系统的代表,我们介绍了HMF模型,该系统中每个粒子都是等价的,相互作用强度一样,通过Hubbard-Stratonovich变换,我们对于平衡态正则系综的HMF模型进行了求解,得到HMF模型的相变温度,并得到了在相变温度附近,系统是二阶相变,由高温相(PA)到低温相(PE):
HMF模型考虑的是所有的粒子都以同样的强度耦合,但在真实世界中,情况要复杂的多,鉴于此,我们提出了一种新的模型:类Mattics的哈密顿平均场模型,分布在圆环上的N个粒子并不完全耦合,第i个粒子和第j个粒子的耦合系数为Jij。受到Heisenberg-Martics自旋玻璃模型的启发,我们用j0ζiζj代替了Jij,ζi有一概率分布。是当C等于零时,所有的粒子完全耦合,这时类Mattics的平均场模型就变为了经典的HMF模型;当C等于1时,意味着所有的粒子都是自由的。通过Replica方法对这一模型进行理论的分析,得到随着系数C的变化相变温度也发生着变化。我们发现相变温度与C有关,当C较大时,也就是更多的粒子耦合在一起的情况,临界温度较高,这与我们的常识是一致的。并且通过热力学分析,我们得到了系统的相变图像。