В монографии излагается общая теория тепловых флуктуации в электродинамике, которая важна для решения многих задач радиофизики. Книга является дальнейшим развитием вышедшей в 1953 г. монографии С. М. Рытова «Теория электрических флуктуации и теплового излучения». Однако в отличие от последней в данной книге широко использована электродинамическая теорема взаимности, позволившая обобщить классические законы Кирхгофа на случай произвольного соотношения между размерами тел и длиной волны. Тем самым значительно упрощено решение конкретных задач и расширен круг задач, поддающихся решению.

Книга рассчитана на научных работников, аспирантов и студентов старших курсов вузов, специализирующихся в области радиофизики и электроники. Она представляет интерес также для радиоинженеров, имеющих дело с тепловыми шумами.

Со времени написания монографии одного из авторов [С. М. Рытов, 1953] прошло пятнадцать лет, в течение которых общая теория тепловых флуктуации существенно продвинулась вперёд. Теория тепловых флуктуации в электродинамике, которой посвящена данная книга, также требует в настоящее время иного освещения, причём это относится как к обоснованию теории, так и к методам решения конкретных задач. Происшедшие изменения можно, как нам представляется, охарактеризовать следующим образом.

В начале пятидесятых годов Калленом с соавторами [H. B. Callen, 1951, 1952] была доказана так называемая флуктуационно-диссипационная теорема (ФДТ), которая существенным образом обобщила известную формулу Найквиста [H. Nyquist, 1927, 1928] на произвольные дискретные диссипативные системы. В дальнейшем эта теорема была распространена на распределённые диссипативные системы [С. М. Рытов, 1956], в том числе и на электромагнитное поле [Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц, 1957, 1964]. В результате феноменологическая теория тепловых флуктуации в электродинамике опирается теперь на прочный фундамент общей корреляционной (т. е. спектральной) теории тепловых флуктуации в произвольных равновесных макроскопических системах и, конечно, должна обосновываться именно этим путём.

Учитывая, однако, что такой общий квантовомеханический подход может вызвать излишние затруднения у тех читателей, которые заинтересованы не столько в обосновании теории, сколько в её применениях и результатах, мы перенесли изложение соответствующих доказательств и рассуждений в Приложение I. В основном тексте даётся другой вывод ФДТ, относящийся не к произвольным распределённым системам, а только к электромагнитным полям, и основанный на электродинамической теореме взаимности. В пределах электродинамики этот вывод приводит ко вполне общей формулировке ФДТ, охватывающей случай неоднородных сред, а также присутствие анизотропии и пространственной дисперсии.

Основным стимулом для написания данной книги послужило то обстоятельство, что применение к флуктуационным задачам электродинамической теоремы взаимности [М. Л. Левин, 1955] позволило самым существенным образом видоизменить всю теорию тепловых электромагнитных полей. Оказалось возможным установить в самом общем случае такую же простую и прозрачную связь между излучательными и поглощательными свойствами тел, какая существовала ранее только в предельных случаях — в теории Кирхгофа для тел, больших по сравнению с длиной волны, и в теории Найквиста для противоположного случая квазистационарных систем. Это не только придаёт теории известную завершённость с эстетической точки зрения, но и означает весьма ощутимые преимущества при решении конкретных задач. Для нахождения любых моментов второго порядка, описывающих флуктуационные тепловые поля, широко могут быть использованы уже имеющиеся решения ряда дифракционных задач, различные приближённые способы вычисления тепловых потерь в телах сложной формы и т. п. В результате достигается радикальное упрощение решения флуктуационных электродинамических задач и, вместе с тем, значительное расширение круга задач, вообще поддающихся решению.

Остаётся добавить, что в этой книге мы ограничиваемся, как и в [С. М. Рытов, 1953], корреляционной теорией тепловых флуктуации около состояния термодинамического равновесия и не затрагиваем ни вопросов, касающихся моментов высших порядков, ни неравновесных флуктуаций, теория которых тоже получила за последние годы заметное развитие.

Рассматривая только равновесные флуктуации, мы стремились по возможности отразить и ряд других важных результатов, полученных после выхода монографии [С. М. Рытов, 1953] и относящихся как к принципиальным вопросам теории (например, применимость ФДТ к макроскопически нелинейным системам), так и к её приложениям (среды с пространственной дисперсией, макроскопическая теория молекулярных сил сцепления и др.)…

ПРЕДИСЛОВИЕ
М. Л. Левин, С. М. Рытов

Книги на ту же тему

1. Введение в статистическую радиофизику, Рытов С. М., 1966
2. Введение в физику шумов и флуктуаций, Мак-Доналд Д., 1964
3. Теория переноса излучения: Статистические и волновые аспекты, Апресян Л. А., Кравцов Ю. А., 1983
4. Полые резонаторы и волноводы: Введение в теорию, Гуревич А. Г., 1952
5. Рассеяние электромагнитного излучения в плазме, Шеффилд Д., 1978
6. Теория электромагнитных волн: Лекционный курс для радиофизиков, Семёнов А. А., 1962
7. Квантовая оптика и квантовая радиофизика, Кролль Н., Глаубер Р., Лэмб У., Вантер Ж., 1966
8. Методы Монте-Карло в статистической физике, Биндер К., ред., 1982
9. Квантовая статистическая механика: Методы функций Грина в теории равновесных и неравновесных процессов, Каданов Л., Бейм Г., 1964