非線性化學

前言

2008年是中國科學技術大學建校五十周年。為了反映五十年來辦學理念和特色，集中展示教材建設的成果，學校決定組織編寫出版代表中國科學技術大學教學水平的精品教材系列。在各方的共同努力下，共組織選題281種，經過多輪、嚴格的評審，最后確定50種入選精品教材系列。1958年學校成立之時，教員大部分都來自中國科學院的各個研究所。作為各個研究所的科研人員，他們到學校后保持了教學的同時又作研究的傳統(tǒng)。同時，根據(jù)“全院辦校，所系結合”的原則，科學院各個研究所在科研第一線工作的杰出科學家也參與學校的教學，為本科生授課，將最新的科研成果融入到教學中。五十年來，外界環(huán)境和內在條件都發(fā)生了很大變化，但學校以教學為主、教學與科研相結合的方針沒有變。正因為堅持了科學與技術相結合、理論與實踐相結合、教學與科研相結合的方針，并形成了優(yōu)良的傳統(tǒng)，才培養(yǎng)出了一批又一批高質量的人才。學校非常重視基礎課和專業(yè)基礎課教學的傳統(tǒng)，也是她特別成功的原因之一。當今社會，科技發(fā)展突飛猛進、科技成果日新月異，沒有扎實的基礎知識，很難在科學技術研究中作出重大貢獻。建校之初，華羅庚、吳有訓、嚴濟慈等老一輩科學家、教育家就身體力行，親自為本科生講授基礎課。他們以淵博的學識、精湛的講課藝術、高尚的師德，帶出一批又一批杰出的年輕教員，培養(yǎng)了一屆又一屆優(yōu)秀學生。這次入選校慶精品教材的絕大部分是本科生基礎課或專業(yè)基礎課的教材，其作者大多直接或間接受到過這些老一輩科學家、教育家的教誨和影響，因此在教材中也貫穿著這些先輩的教育教學理念與科學探索精神。

內容概要

非線性化學研究的對象是化學反應體系在遠離平衡條件下，由體系中非線性過程的作用，所形成的各類非線性動力學行為，包括化學多重態(tài)、化學振蕩、Turing空間有序結構、化學脈沖波、螺旋波、孤波、化學混沌和化學隨機共振等。非線性化學作為一門新的交叉學科正在形成之中，它已成為化學發(fā)展中的一個新的生長點，存在著廣闊的應用前景。本書系統(tǒng)地闡述了非線性化學的實驗現(xiàn)象、理論研究方法及近年來發(fā)展起來的重要的前沿研究領域。本書可供理工科大學教師、研究生和高年級學生閱讀，也可供自然科學和工程學術領域中的研究人員參考。

書籍目錄

總序第2版前言第1版前言第1章  非線性化學現(xiàn)象  1.1  化學振蕩  1.2  多重定態(tài)與化學滯后現(xiàn)象  1.3  化學混沌  1.4  Turing結構和化學波第2章  非線性化學的熱力學基礎  2.1  引言  2.2  非平衡開放系統(tǒng)的熱力學描述  2.3  最小熵產生原理與線性區(qū)非平衡態(tài)的穩(wěn)定性  2.4  非線性區(qū)非平衡態(tài)的發(fā)展判據(jù)  2.5  非線性區(qū)非平衡態(tài)的穩(wěn)定性第3章  非線性化學的宏觀動力學理論  3.1  引言  3.2  Lyapounov穩(wěn)定性理論  3.3  線性穩(wěn)定性分析方法  3.4  極限環(huán)和軌道穩(wěn)定性  3.5  分岔理論  3.6  三分子模型的線性穩(wěn)定性分析  3.7  三分子模型的空間有序結構  3.8  三分子模型的時間有序結構第4章  非線性化學的隨機理論  4.1  引言  4.2  主方程和母函數(shù)方法  4.3  多變量主方程  4.4  非線性主方程  4.5  Fokker-planck方程及其定態(tài)解  4.6  非線性系統(tǒng)中狀態(tài)之間轉變規(guī)律第5章  化學混沌的機理和控制方法  5.1  引言  5.2  化學混沌的理論模型  5.3  化學混沌主方程累積母函數(shù)展開方法  5.4  化學混沌主方程的隨機模擬方法  5.5  化學混沌的控制方法第6章  分形結構反應擴散動力學  6.1  引言  6.2  分形子維數(shù)  6.3  分形結構的擴散方程  6.4  分形結構的擴散控制反應速率  6.5  分形結構簡單反應的反應擴散方程  6.6  多孔催化劑的分形結構及其反應擴散方程  6.7  分形結構復雜反應的反應擴散動力學第7章  表面反應系統(tǒng)中非平衡相變和時空有序結構  7.1  引言  7.2  非平衡動力學相變的ZGB模型  7.3  非平衡動力學相變的平均場理論  7.4  擴展ZGB模型的對近似平均場理論  7.5  DD反應模型的非平衡動力學相變  7.6  分形表面反應的非平衡動力學相變  7.7  表面反應系統(tǒng)中時空有序結構  7.8  分形表面反應的時空有序結構第8章  化學系統(tǒng)中噪聲誘導的非線性動力學行為和隨機共振  8.1  引言  8.2  DM表面反應模型中的噪聲誘導相變  8.3  噪聲誘導的時空有序結構轉變  8.4  隨機共振的原理及其進展  8.5  表面催化反應中的隨機共振  8.6  化學體系中的內信號隨機共振第9章  介觀化學體系中的動力學尺度效應  9.1  引言  9.2  介觀化學動力學的隨機方法  9.3  最佳尺度效應  9.4  尺度選擇效應  9.5  雙重尺度效應  9.6  最佳尺度效應的理論解釋第10章  復雜網絡上的非線性動力學  10.1  引言  10.2  復雜網絡中無序和有序狀態(tài)間的轉變  10.3  復雜耦合振蕩網絡的非線性動力學  10.4  復雜簇放電神經元網絡的非線性動力學

章節(jié)摘錄

插圖：1．3化學混沌混沌（chaos）是確定性系統(tǒng)所產生的隨機行為。1963年氣象學家Lorerlz發(fā)表了關于液體熱對流的一個簡化模型的數(shù)值計算結果，他發(fā)現(xiàn)：盡管這個模型是一個完全確定性的三維一階自洽常微分方程組，但在一定參數(shù)范圍內給出非周期的看起來是混亂的時間特性；同時，在進行計算機數(shù)值計算工作中，輸入的細微差異可導致輸出的巨大差別，即具有對初始條件的敏感性。這是歷史上首次從數(shù)值計算中觀察到一個確定性系統(tǒng)可以呈現(xiàn)出隨機行為，隨機性不必由外界引入，而是由系統(tǒng)內在的確定性規(guī)律所產生的?；煦绗F(xiàn)象及其規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，不僅為認識自然界中各種不規(guī)則的隨機現(xiàn)象提供了啟示，具有著現(xiàn)實意義，而且有著深遠的理論意義。第一屆混沌國際會議主持人之一物理學家Ford認為混沌與相對論及量子論一樣都沖破了牛頓力學的教規(guī)，成為20世紀物理學的第三次重大變革。他說：“相對論消除了關于絕對空間與時間的幻象；量子力學則消除了關于可控測量過程的牛頓式的夢；而混沌則消除了拉普拉斯關于確定論式可預測性的幻想?！币簿褪钦f，相對論指出牛頓力學只適用于低于光速的物體的運動，量子力學指出牛頓力學又只適用于宏觀物體的運動而不反映微觀物體的運動規(guī)律，混沌理論又進一步指出牛頓力學只適用于非混沌軌道，然而這樣的軌道是很少的，混沌軌道在自然界中占絕大多數(shù)，從而使人們認識到，牛頓力學有很大局限性，實際上它只適用于那些作緩慢運動的宏觀物體的非混沌軌道。同時，混沌理論的建立，也為長期以來在自然科學中并存而在一定程度上對立的確定性論（必然性）和隨機論（偶然性）兩種觀點的統(tǒng)一開辟了道路?；瘜W混沌作為混沌的具體形式之一，通常是指化學反應系統(tǒng)中某些組分的宏觀濃度不規(guī)則地隨時間變化的現(xiàn)象，這種濃度變化的不規(guī)則性并非是由實驗條件的不確定性或測量儀器的不準確性造成的，而完全是由系統(tǒng)內部反應動力學機理所決定的。自從1973年Ruelle首次指出在某些條件下，化學反應有可能呈現(xiàn)出濃度隨時間作非周期的不規(guī)則變化行為以來11引，目前已在B-Z反應、電化學反應、表面催化反應和生物化學反應等許多系統(tǒng)中，在實驗上發(fā)現(xiàn)了化學混沌。

編輯推薦

《非線性化學(第2版)》：“十一五”國家重點圖書，中國科學技術大學精品教材

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