爱因斯坦67普朗克的辐射理论和比热容理论a1906.11.9

    就在劳厄等人还在质疑光量子不是真空中电磁过程的一种特征，而只是放射或吸收物的一种特征时，爱因斯坦却已经着手将量子论继续扩大适用范围了，1906年11月9日，《物理学年鉴》收到了爱因斯坦的又一篇论文，题为《普朗克的辐射理论和比热容理论》，这篇论文将量子论的适用范围扩大到了固体比热领域，而且也仅仅是个示范领域，在爱因斯坦看来量子化是物质更本质的东西，量子化开启了人类探索物质世界的新境界。www.sumanwx.com

    论文一开始爱因斯坦就以一句短评自己两篇光量子论文结论的话作为了新论文——也可以称呼为光量子第三论文——《普朗克的辐射理论和比热容理论》的研究背景：

    “我在以前发表的两篇论文中曾指出：以第二定律的玻尔兹曼理论的精神（注：即熵的概率论解释公式 S=k·logW）来解释黑体辐射的能量分布定律，可以引导我们形成有关光的发射和光的吸收现象的新观点（注：即光量子论），这种观点虽然还远没有具备完备的理论的特性（注：承认光量子理论还不完备，算是对劳厄质疑的回应，当然也光量子论也确实还不完备，毕竟只是提出了光量子的概念和能量表达式），但已值得引起密切的注意，因为它有助于对一系列规律性的理解（注：光量子论可以解释很多问题）。”

    （注：两篇论文为1905年3月17日的光量子诞生论文《关于光的产生和转化的一个试探性的观点》和1906年3月13日的光量子姊妹篇论文《关于光产生和光吸收的理论》。）

    接着，爱因斯坦以两句话结束了论文的研究目的：

    “本文现在要证明，辐射理论——特别是到普朗克的理论（注：量子论）——将导致对热的分子运动论的修正，通过这种修正将克服一直阻碍这个理论贯彻始终的一些困难。由此还将得到固体的热学行为（注：固体比热）和光学行为（注：黑体辐射领域，即量子论）的某种联系。”

    这篇论文没有划分章节，首先是简述了普朗克振子的平均能量公式的推导，具体如下：

    按热的一般分子理论，分子演变过程由方程1描述：

    dPv/dt=fv（P1，P2，…，Pn）（v=1，2，…，n）

    其中， P1，P2，…，Pn为物理体系的状态变数，而∑?fv/?pv=0。

    上述方程1的给出和设定类似于爱因斯坦1905年5月11日布朗运动论文《热的分子运动论所要求的静液体中悬浮粒子的运动》第二部分《从热的分子运动论观点看渗透压》中的描述，其为：

    “在第二部分，爱因斯坦首先设定物理体系的状态变数以 p1，p2，…，pι表示，状态变数变化方程由公式3表示：。

    ?pv/?t=ψv（p1，p2，…，pι）（v=1，2，…，ι）

    接着，在∑?ψv/?pv=0（物理含义为状态空间的点不可压缩性）的前提下，爱因斯坦给出了物理体系的熵S和自由能F的理论公式4：

    S=ê/T+2klg∫e[-E/（2kT）]d（p1，p2，…，pι），

    F=（-RT/N）·lg∫e[-EN/（RT）]d（p1，p2，…，pι）=（-RT/N）·lgB

    其中，ê是体系的能量， k为R/（2N），E是状态变数变化函数 pv的能量，B代表积分∫e[-EN/（RT）]d（p1，p2，…，pι），积分的范围遍及一切符合于有关条件的 pv值的组合。”

    给出了上述物理体系 Pv的设定后，爱因斯坦又设定了 Pv体系的局部体系，并将局部体系分为两个部分，一个局部体系的能量与状态变数有关，一个局部体系的能量与状态变数无关：

    “进一步假定，有一个由变数 p1，p2，…，p它们属于 Pv)来确定的 Pv体系的局都体系，并假设：整个体系的能量可以设想为十分接近于两个部分之和，其中一部分(E)只同 p1，p2，…，p关，而另一部分则同 p1，p2，…，p关。此外，E对比起体系的总能量来为无限小。”

    给出局部体系的设定后，爱因斯坦就列出了局部体系 pv的几率dW方程2：

    dW=E）/（RT）dp1…dp/p>

    其中，C是热力学温度(T)的一个函数，N是每摩尔分子的数目，R是以摩尔为单位的气体方程的常数。

    上述方程2的给出和设定类似于爱因斯坦1905年12月19日布朗运动姊妹篇论文《关于布朗运动的理论》第一部分《热力学平衡的一个情况》中的描述，其为：

    “第1部分题为《热力学平衡的一个情况》，在这一部分，爱因斯坦首先设定一物理体系与热力学温度为T的周围环境处于热平衡状态，以P1，P2，…，P