Lectures on Statistical Physics and Protein Folding pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:World Scientific Pub Co Inc

作者:Huang, Kerson

出品人:

页数:160

译者:

出版时间:2005-5

价格:354.00元

装帧:Pap

isbn号码:9789812561503

丛书系列:

图书标签:

Statistical Physics
Protein Folding
Biophysics
Computational Biology
Condensed Matter Physics
Thermodynamics
Non-equilibrium Statistical Mechanics
Polymer Physics
Biological Physics
Molecular Modeling

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具体描述

This book introduces an approach to protein folding from the point of view of kinetic theory. There is an abundance of data on protein folding, but few proposals are available on the mechanism driving the process. Here, presented for the first time, are suggestions on possible research directions, as developed by the author in collaboration with C C Lin. The first half of this invaluable book contains a concise but relatively complete review of relevant topics in statistical mechanics and kinetic theory. It includes standard topics such as thermodynamics, the Maxwell-Boltzmann distribution, and ensemble theory. Special discussions include the dynamics of phase transitions, and Brownian motion as an illustration of stochastic processes. The second half develops topics in molecular biology and protein structure, with a view to discovering mechanisms underlying protein folding. Attention is focused on the energy flow through the protein in its folded state. A mathematical model, based on the Brownian motion of coupled harmonic oscillators, is worked out in the appendix.

《统计物理学与蛋白质折叠讲义》内容概述本书旨在为深入理解统计物理学的基本原理及其在复杂系统，特别是生物大分子动力学，应用方面提供一个详尽而严谨的框架。全书结构清晰，从基础的热力学和统计力学概念出发，逐步过渡到更前沿和专门化的主题。第一部分：统计力学的基石本部分奠定了全书的理论基础，详细阐述了如何用统计物理学的语言描述宏观现象。 1. 热力学回顾与统计力学的桥梁：首先，对经典热力学定律进行系统回顾，重点强调熵、自由能等核心概念的微观诠释。随后，引入相空间、配分函数（Partition Function）作为连接微观粒子行为与宏观热力学量的核心工具。详细讨论了系综理论，包括正则系综（Canonical Ensemble）、巨正则系综（Grand Canonical Ensemble）及其各自对应的配分函数形式。 2. 理想气体与经典统计：对理想气体（包括费米子和玻色子在内的独立粒子系统）的详细分析是本部分的重中之重。深入探讨了玻尔兹曼统计、费米-狄拉克统计和玻色-爱因斯坦统计的适用条件和物理意义。特别关注了理想玻色气体在低温下的玻色-爱因斯坦凝聚现象，并从统计力学的角度解释了宏观量子效应。 3. 相互作用系统的处理：真实系统不可避免地存在粒子间的相互作用。本章引入了平均场理论（Mean-Field Theory），如范德华方程的推导，展示了如何用近似方法处理长程相互作用。随后，详细讨论了集群展开（Cluster Expansion）和维里展开（Virial Expansion），为更精确地处理低密度或弱相互作用系统提供了数学工具。 4. 经典近似的局限性与量子效应：讨论了在描述分子系统时，经典近似失效的边界。重点分析了量子涨落、隧穿效应在某些低温或高压系统中的重要性，并对量子统计中的不可区分性原理（Indistinguishability）进行了深入探讨。第二部分：复杂系统的动力学与涨落在掌握了平衡态统计物理的基础上，本部分转向非平衡态和时间演化问题，这是理解系统如何达到或偏离平衡状态的关键。 5. 涨落与关联函数：统计物理学的强大之处在于它能精确预测涨落。本章系统介绍了关联函数（Correlation Functions）的概念，如自相关函数和交叉关联函数，它们描述了系统内不同位置或不同时间点上物理量之间的依赖关系。利用涨落-耗散定理（Fluctuation-Dissipation Theorem），将宏观输运系数（如扩散系数、电导率）与微观时间演化的关联函数联系起来，这是统计物理学应用于输运现象的基石。 6. 随机过程与布朗运动：详细分析了布朗运动的数学描述，包括爱因斯坦关系式的推导。引入了朗之万方程（Langevin Equation）和福克-普朗克方程（Fokker-Planck Equation），这些工具是描述粒子在随机力作用下时间演化的标准模型。着重讨论了马尔可夫过程的性质及其在化学反应速率论中的应用。 7. 输运理论基础：本章深入探讨了气体动力学理论，从玻尔兹曼输运方程出发，推导了粘滞性、热导率等宏观输运系数。讨论了线性响应理论（Linear Response Theory），它提供了一种统一的框架来处理外部微扰对系统平衡态的线性影响，是理解介电弛豫、粘弹性等现象的理论基础。第三部分：晶格模型与相变相变是统计物理学中最引人注目的现象之一，本部分利用晶格模型展示了精确求解和渐近分析的强大能力。 8. 易辛模型（Ising Model）：易辛模型是描述磁性材料和许多二元混合物的基本模型。详细分析了一维和二维易辛模型的精确解（如Onsager的二维解），并解释了相变的起源——长程有序的出现。讨论了平均场近似下的相变行为，并对比了它与精确解之间的差异。 9. 其它重要晶格模型：除了易辛模型，还引入了 Potts 模型、XY 模型等，以展示不同类型相互作用对临界现象的影响。讨论了有序参数、临界指数和重整化群理论（Renormalization Group Theory）的基本思想，这是现代统计物理学理解普适性（Universality）的关键。第四部分：统计物理在复杂系统中的应用导论本部分将前述的理论工具应用于更贴近生物物理和材料科学的前沿问题，着重于构象空间探索和能量景观的理解。 10. 构象空间与自由能景观：从统计力学的角度审视了柔性链分子（如聚合物或生物大分子）的构象选择问题。引入了构象熵的概念，并讨论了如何计算特定构象的统计权重。讨论了自由能景观（Free Energy Landscape）的概念，说明了多峰景观如何影响系统的动力学行为和稳定状态。 11. 蒙特卡洛模拟与分子动力学：介绍了数值模拟方法在统计物理研究中的核心地位。详细阐述了蒙特卡洛（Monte Carlo）方法的原理，特别是 Metropolis 算法如何有效采样复杂分布。随后，简要介绍了分子动力学（Molecular Dynamics, MD）模拟，说明了如何将牛顿运动定律与统计采样的需求结合起来，模拟系统的实时演化。强调了这些方法在处理高维积分和复杂势能面时的优势。 12. 生物分子系统的统计热力学视角：本章讨论如何将统计物理概念应用于蛋白质和核酸等生物聚合物的结构形成和功能。重点讨论了结合亲和力的统计热力学计算，以及如何利用玻尔兹曼因子来解释分子识别过程中的选择性和特异性。全书的重点在于建立理论的严谨性与解决实际复杂问题的能力之间的联系，为读者提供一套强大的、可迁移的分析工具箱。