Termodynamika, jeden z podstawowych działów fizyki teoretycznej, jest ogólną teorią układów wielocząstkowych, do opisu których niezbędne jest wprowadzenie pojęcia temperatury. Ze względu na zakres badań rozróżnia się termodynamikę stanów równowagowych (termodynamikę procesów ąuasi--statycznych) i termodynamikę stanów nierównowagowych (termodynamikę procesów nieodwracalnych). Przedmiotem naszego zainteresowania jest termodynamika stanów równowagowych, którą w literaturze bardzo często nazywa się po prostu termodynamiką. W takim właśnie sensie używamy dalej terminu termodynamika. Ze względu natomiast na stosowane metody termodynamikę (równowagową) dzieli się na termodynamikę fenomenologiczną i termodynamikę statystyczną. Z kolei termodynamikę statystyczną dzieli się na klasyczną termodynamikę statystyczną i kwantową termodynamikę statystyczną.
Termodynamika fenomenologiczna, powstała w XIX wieku, nie uwzględnia mikroskopowej (atomowej) struktury ciał materialnych (układów makroskopowych, tj. układów o dużych rozmiarach, zawierających ogromną liczbę atomów, powiedzmy, nie mniej niż 1010), lecz traktuje je jako ośrodek ciągły (jako continuum) [1-4]. Termodynamika fenomenologiczna została sformułowana w głównych zarysach w okresie, kiedy sama koncepcja istnienia atomów czy drobin była niezbyt popularną i słabo uzasadnioną hipotezą. Konsekwencją takiego podejścia do opisu zjawisk termicznych jest pogląd, że stan układu makroskopowego może być określony za pomocą niewielkiej liczby makroskopowych parametrów, jak np. ciśnienie, temperatura czy objętość. Zadaniem termodynamiki fenomenologicznej jest ustalenie związków zachodzących pomiędzy tymi parametrami. Związki te wynikają z kilku zaledwie bardzo ogólnych postulatów, zwanych zasadami termodynamiki, i mają one postać relacji różniczkowych oraz całkowych. Wprawdzie termodynamika fenomenologiczna stanowi obecnie zmatematyzowany system dedukcyjny o idealnie logicznej strukturze [3, 5, 6], to jednak jej zasady są tylko podsumowaniem i uogólnieniem wyników wielu doświadczeń makroskopowych, które wykazały, że wszystkie ciała materialne podlegają pewnym ogólnym prawidłowościom, zwanymi właśnie zasadami termodynamiki.

Spis treści:

Wprowadzenie

Rozdział 1. Zasady teorii kwantów
1.1. Postulaty teorii kwantów
1.2. Uogólniona zasada wariacyjna Schrödingera
1.3. Operator gęstości

Rozdział 2. Równowagowy zredukowany operator gęstości
2.1. Stan stacjonarny układu wielu cząstek
2.2. Zredukowany operator gęstości
2.3. Fizyczne przyczyny istnienia stanów mieszanych i superoperator korelacji
2.4. Operator bezwymiarowej entropii
2.5. Zasada wariacyjna dla równowagowego zredukowanego operatora gęstości. Podstawowe równanie termodynamiki kwantowej
2.6. Szczególne przypadki zredukowanych operatorów gęstości
2.7. Jawna postać zredukowanych operatorów gęstości

Rozdział 3. Postulaty kwantowej termodynamiki statystycznej
3.1. Średnia statystyczna
3.2. Metoda maksymalnej entropii von Neumanna
3.3. Metoda równego a priori prawdopodobieństwa
3.4. Metoda uogólnionego równania własnego
3.5. Metoda najbardziej prawdopodobnego rozkładu
3.6. Zestawienie założeń czynionych przy otrzymywaniu rozkładów prawdopodobieństwa

Rozdział 4. Termodynamika fenomenologiczna
4.1. Zasady termodynamiki fenomenologicznej
4.2. Potencjały termodynamiczne
4.3. Metoda jakobianów w termodynamice
4.4. Klasyczny gaz doskonały

Zakończenie
Bibliografia