Self-organization During Friction pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:CRC Pr I Llc

作者:Fox-Rabinovich, German S. (EDT)/ Totten, George E. (EDT)

出品人:

页数:458

译者:

出版时间:

价格:139.95

装帧:HRD

isbn号码:9781574447194

丛书系列:

图书标签:

• 摩擦
• 自组织
• 表面物理
• 材料科学
• 纳米技术
• 非平衡态物理
• 复杂系统
• 界面物理
• 动力学
• 摩擦学

深入探究复杂系统：从微观粒子到宏观结构的涌现动力学 本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，探索在各种复杂系统中，自发秩序和结构如何从看似无序的相互作用中涌现出来。我们将聚焦于非平衡态下的动态过程，探讨能量耗散与信息流动如何驱动系统从低熵状态向高复杂性结构的演化。 第一部分：复杂系统的基础理论框架 本部分将奠定理解复杂性的理论基石。我们首先回顾统计物理学中的关键概念，如相变、临界现象以及涨落的普遍性。重点将放在远离热力学平衡的系统研究上，引入了非平衡态热力学（Non-Equilibrium Thermodynamics）和随机过程理论作为分析工具。 我们将深入解析耗散结构理论（Dissipative Structures），阐述开放系统如何在持续的物质和能量交换中维持并发展出超越平衡态的有序性。重点讨论了由普里戈金（Prigogine）提出的最小熵增原理在远离平衡点附近的应用局限性，并引入更精确的非平衡态自由能概念。 紧接着，我们将考察信息论在复杂性研究中的角色。引入有效信息（Effective Information）和互信息（Mutual Information）的概念，用以量化系统内部各组成部分之间的依赖性和结构组织程度。我们将分析如何在信息反馈回路中产生和维持宏观模式，并讨论如何利用因果熵（Causal Entropy）来区分真正的组织与随机的关联。 第二部分：物质与模式的自发形成 本章将转向具体的物理和化学模型，展示无序相互作用如何具体地生成结构。 化学振荡与反应扩散系统： 我们将详细分析图灵模式（Turing Patterns）的形成机制。通过研究活化剂和抑制剂之间的相互作用，我们揭示了简单的反应动力学如何导致空间结构的自发出现，例如斑点和条纹的形成。我们将运用偏微分方程组来模拟这些动态过程，并探讨外部条件的微小扰动如何导致模式的剧烈变化——即分岔现象。 软物质系统中的结构演化： 考察胶体、液晶和聚合物溶液等软物质系统。重点分析自组装过程（Self-Assembly），特别是当粒子间存在长程相互作用或特定几何约束时，它们如何形成有序的晶体、液晶相或复杂的拓扑结构。我们将讨论结晶动力学，对比成核与生长过程对最终结构的影响。 颗粒物质的涌现力学： 研究由大量不规则颗粒组成的系统，如沙堆或颗粒流。我们将探讨剪切带（Shear Bands）的形成，以及系统如何通过“堵塞”和“流动”的交替来耗散能量。这里的核心在于理解静摩擦和动摩擦之间的微妙界限如何决定了宏观尺度的应力分布和结构稳定性。我们将引入颗粒介质的“记忆效应”，讨论加载历史如何影响系统的刚度。 第三部分：动态网络与集体行为 本部分将关注由离散单元通过连接关系构成的系统的行为。 网络科学中的自组织： 探讨无标度网络（Scale-Free Networks）和小世界网络（Small-World Networks）的生成机制，例如优先连接（Preferential Attachment）过程。我们将分析信息或疾病如何在这些网络上有效传播，以及网络拓扑结构如何影响系统的鲁棒性和脆弱性。讨论如何通过局部规则（如耦合振子的同步化）来观察全局相干性的出现。 生物系统中的集体运动与形态发生： 考察群体智能的例子，如鸟群飞翔或鱼群游动。我们将使用基于个体的模型（Agent-Based Models）来重现这些复杂的集体行为，强调局部感知和简单的交互规则如何产生宏观尺度的协调运动，而无需中央控制。 第四部分：耗散系统中的临界性与涨落 本部分回归基础，但从非平衡态的角度重新审视临界现象。 非平衡态的标度律： 阐述在远离平衡态的动态过程中，系统如何表现出与平衡态相变类似的标度不变性。我们将分析动态标度指数，它们描述了系统在不同时间尺度上的关联性。 噪声在结构维持中的作用： 讨论在远离平衡的驱动下，热噪声（Thermal Noise）和环境涨落如何不仅是干扰，更是维持系统处于非平衡有序状态的必要条件。我们将研究随机共振（Stochastic Resonance）现象，即在特定噪声水平下，弱信号的检测能力反而增强的机制。 结论：迈向普适性原理 本书最后将总结这些不同领域（从化学振荡到颗粒流动）所揭示的共同主题：即在远离热力学平衡的开放系统中，通过能量的持续输入和耗散，系统能够“选择”并稳定地形成高度复杂的结构，这些结构是系统内在动力学与外部驱动力之间相互作用的必然结果。最终目标是构建一套普适性的语言，来描述所有自发组织现象背后的基本物理和数学原理。

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