Kerson Huang（黄克逊）
作者系美国麻省理工学院（Massachusetts Institute ofTechnology）荣誉退休教授。美籍华裔科学家。1928年出生于中国南宁市，先后于1950年和1953年获得麻省理工学院物理学学士和物理学博士学位，之后在普林斯顿大学（Princeton University）作短暂博士后研究，1957年回到麻省理工学院从事热力学和统计力学的教学和研究工作。他的StatisticalMechanics（W iley，New York）多次重版，对大学物理教学产生过广泛影响。此外还有Introduction to Statistical Physics（Taylor&Francis，London）等著作出版。
书摘
出版者的话
复旦大学出版社出版英文影印版《研究生教学参考书系》，主要基于以下几点考虑。
1. (新加坡)世界科技出版公司以出版科技专著闻名于世，同我社已有10多年的友好交往。从20世纪90年代以来，尤其是1995年该公司并购了伦敦帝国学院出版社（Imperial College Press）51%的股份（近年已经完成了100%的股份收购）之后，这两大出版机构在潘国驹教授的集中指挥下，充分发挥了编辑学术委员会的职能，使得出书范围不断拓宽，图书层次逐渐丰富，因此从中遴选影印图书的空间更大了，再加上该公司在上海设有办事机构，相关工作人员工作细致，服务周到，给两个单位的合作交流带来极大的便利。
2. 研究生教育是创新人才培养的关键，教材建设直接关系到研究生科学水平的根本。从2003年开始，我社陆续出版了Fudan Series in Graduate Textbooks这套丛书，国内的读者反响很好。但限于作者人力，这套丛书涵盖的学科和门类都严重不足。为此，我们想到再借助国外出版力量，引进一批图书作为硕士研究生的补充教材，（新加坡）世界科技出版公司与我社的合作，恰好提供了这样一个良好的机会。我们从该公司提供的近期书目中，遴选30多本样书，经过专家审读后，最终确定了其中的11种作为首批《研究生教学参考书系》影印出版。这11种图书的作者来自美、英、法、德、加拿大5个国家的10多所高校或研究部门，他们既是相关学科科研的领军人物，又是高年级本科生和研究生教学的杰出教授。各门教材既考虑到深入浅出的认知规律，又突出了前沿学科的具体应用，每本书都有充实的文献资料，有利于读者和研究人员深入探索。这其中6本教材配有习题，还包括一本具有物理背景的人员都需要了解的高级科普读物——《理解宇宙——从夸克到宇宙学》。
3. 为了有利于广大读者和图书管理人员、图书采购销售人员的使用，特请龚少明编审为每本影印书编写出中文内容介绍和作者概况，并由他将preface（序言）全文译成中文。序言是一本书的总纲，它涉及写作要旨、逻辑体系、内容特色和研读指导等等，我们将其译成中文至少有利于读者浏览和选购，避免买书仓促带来的失误，毕竟英语是多数读者的第二种语言。
4. 原版书价格较贵，大大超出读者的购买能力，即使图书馆或大学资料室也会受到经费不足的制约。出版影印本的书价大约只有原价的十分之一，无疑会给需要这些书的研究生和图书馆带来真正的实惠,这也是（新加坡）世界科技出版公司与我们合作的目的之一。
5. 考虑到物理类图书是（新加坡）世界科技出版公司的第一品牌，我们首次引进的11本书，都属大物理的范畴。这一尝试如果得到读者和专家认可，今后再陆续开辟其他学科的影印渠道。
欢迎读者批评指正，并提出有益的建议。
复旦大学出版社
2006年9月
序 言
本书是由作者在清华大学周培源应用数学中心，给包括统计物理知识在内的不同学科背景的听众，介绍生物学研究，尤其是介绍蛋白质结构研究的一系列讲稿组成的。这本书出版很及时，因为给人的感觉是，通过应用统计物理的原理，包括应用统计力学、动力理论及随机过程理论，生物学和生物物理学就经历了高速的发展。
1—10章比较透彻地介绍了统计物理学。本书第二部分（11—16章）的讲述逐步转向生物学的应用。本书的讲述风格是，一旦像自回避无规行走和湍流（15章）等数学/物理原理建立起来，便能讲述生物物理的专题。
“生命过程”从11章开始讨论，这里包括一级、二级、三级结构的基本课题。第16章作为结尾，提出了掌控二级、三级结构的形式和相互作用的基本原理的有用假设。作者尽量回避对经验信息的详细讨论，代之以给出标准出版物的参考目录。有兴趣的读者可以沿着文献指引的方向深入探索，推荐他们读读由RogerH.Pain主编的Mechanisms ofProtein Folding（Oxford，2000）一书。传统上讲，从蛋白质的氨基酸顺序来预测它的结构是研究蛋白质结构的关键手段。不过近来侧重点则开始向研究机制的方向倾斜了。如果读者为了更好地理解这本书而对一般的背景信息感兴趣的话，那就推荐你读读由Carl Branden和John Tooze的Introduction to Protein Structure（Garland，1999）一书。本书的另一特点是从上述两本书中复制了大量关键性的图。
蛋白质结构问题很复杂，的确所有的问题都很复杂，对它的研究需要采用几种不同的平行方法，这些方法彼此补充才行。因此可想而知，在很长一段时间里，更好地弄懂折叠的机制将有利于推动更好的预估方法的发展。我希望在不多的几年里就能出版本书的
第二版，那就可以把所有新的进展，详尽地充实到书中来。的确，上述提到的两本很有影响的书，已是第二版了。我希望本书在生物物理学科的发展中，也会起到相似的作用。
林家翘
2004年6月
于北京清华大学周培源应用数学中心
Contents
Foreword
Introduction
1. Entropy
1.1 Statistical Ensembles
1.2 Microcanonical Ensemble and Entropy
1.3 Thermodynamics
1.4 Principle of Maximum Entropy
1.5 Example: Defects in Solid
2. Maxwell-Boltzmann Distribution
2,1 Classical Gas of Atoms
2.2 The Most Probable Distribution
2.3 The Distribution Function
2.4 Thermodynamic Properties
3. Free Energy
3.1 Canonical Ensemble
3.2 Energy Fluctuations
3.3 The Free Energy
3.4 Maxwell's Relations
3.5 Example: Unwinding of DNA
4. Chemical Potential
4.1 Changing the Particle Number
4.2 Grand Canonical Ensemble
4.3 Thermodynamics
4.4 Critical Fluctuations
4.5 Example: Ideal Gas
5. Phase Transitions
5.1 First-Order Phase Transitions
5.2 Second-Order Phase Transitions
5.3 Van der Waals Equation of State
5.4 Maxwell Construction
6. Kinetics of Phase Transitions
6.1 Nucleation and Spinodal Decomposition
6.2 The Freezing of Water
7. The Order Parameter
7 1 Ginsburg-Landau Theory
7.2 Second-Order Phase Transition
7.3 First-Order Phase Transition
7.4 Cahn-Hilliard Equation
8. Correlation Function
8.1 Correlation Length
8.2 Large-Distance Correlations
8.3 Universality Classes
8.4 Compactness Index
8.5 Scaling Properties
9. Stochastic Processes
9.1 Brownian Motion
9.2 Random Walk
9.3 Diffusion
9.4 Central Limit Theorem
9.5 Diffusion Equation
10. Langevin Equation
10.1 The Equation
10.2 Solution
10.3 Fluctuation-Dissipation Theorem
10.4 Power Spectrum and Correlation
10.5 Causality
10.6 Energy Balance
11. The Life Process
11.1 Life
11.2 Cell Structure
11.3 Molecular Interactions
11.4 Primary Protein Structure
11.5 Secondary Protein Structure
11.6 Tertiary Protein Structure
11.7 Denatured State of Protein
12. Self-Assembly
12.1 Hydrophobic Effect
12.2 Micelles and Bilayers
12.3 Cell Membrane
12.4 Kinetics of Self-Assembly
12.5 Kinetic Arrest
13. Kinetics of Protein Folding
13.1 The Statistical View
13.2 Denatured State
13.3 Molten Globule
13.4 Folding Funnel
13.5 Convergent Evolution
14. Power Laws in Protein Folding
14.1 The Universal Range
14.2 Collapse and Annealing
14.3 Self-Avoiding Walk (SAW)
15. Self-Avoiding Walk and Turbulence
15.1 Kolmogorov's Law
15.2 Vortex Model
15.3 Quantum Turbulence
15.4 Convergent Evolution in Turbulence
16. Convergent Evolution in Protein Folding
16.1 Mechanism of Convergent Evolution
16.2 Energy Cascade in Turbulence
16.3 Energy Cascade in the Polymer Chain
16.4 Energy Cascade in the Molten Globule
16.5 Secondary and Tertiary Structures
A. Model of Energy Cascade in a Protein Molecule
A.1 Brownian Motion of a Forced
Harmonic Oscillator
A.2 Coupled Oscillators
A.2.1 Equations of Motion
A.2.2 Energy Balance
A.2.3 Fluctuation-Dissipation Theorem
A.2.4 Perturbation Theory
A.2.5 Weak-Damping Approximation
A.3 Model of Protein Dynamics
A.4 Fluctuation-Dissipation Theorem
A.5 The Cascade Time
A.6 Numerical Example
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