爱因斯坦117论光量子理论和电磁能的定域化问题10.5

1910年5月6日星期五,爱因斯坦给吕西安·查文(Lu Chavan,1868年-1942年)写信通报自己明天将去纳沙泰尔参加瑞士物理学学会会议,并邀请查文去会议现场,会后还可以一起去旅游:

“亲爱的查文先生!

我们将于明早5点从这里启程,这样,大约8点就能到伯尔尼了。最好您也一起来纳沙泰尔参加这次物理学家大会。上午将集体去参观一家工厂[注:纳沙泰尔附近科尔塔约(Cortaillod)的电缆厂MM.Bore公司]。

下午有些演讲。夜里我们可以一起回到伯尔尼,或者做我们想做的事;大部分人星期日要在那里过夜,以便一起去游览[注:比安(Bienne)湖的圣皮埃尔(Saint-Pierre)岛]。

谨向您和您的夫人致以最良好的祝愿。您的

阿尔伯特·爱因斯坦”

纳沙泰尔,德语称“诺恩堡”,是瑞士西部城市,纳沙泰尔州首府,位于纳沙泰尔湖西北岸,部分城市在肖蒙山坡,部分在湖滩地。

1910年5月7日,瑞士物理学学会会议在纳沙泰尔举行,下午,苏黎世大学理论物理学副教授阿尔伯特·爱因斯坦在此发表了演说,题为《论光量子理论和电磁能的定域化问题》。

爱因斯坦这篇演说《论光量子理论和电磁能的定域化问题》讲的是光量子论的问题,其内容主要是简述了1905年3月17日奇迹年第一论文光量子论文《关于光的产生和转化的一个试探性的观点》的核心内容,并加了一点细节方面的完善陈述,可称为光量子演说论文。

在光量子演说论文的开始,爱因斯坦首先给出了我们现在常见的量子论的文字阐述:

“我们所理解的“光量子理论”,可以表述如下:一种频率为v的辐射,只能以量值为hv的完全确定的量子(而不能以较小的量子)而被发射或被吸收。”

在这句光量子文字说明的注解中,爱因斯坦列出了出现普朗克常数h的维恩辐射公式:

ρ=hv3·e-hv/RT

(光量子论文中公式,本作《爱因斯坦35》公式11。)

和大名鼎鼎的普朗克辐射公式:

ρ=hv3·(1/ehv/RT-1)

(光量子论文中公式,本作《爱因斯坦34》公式4。)

其中,ρ是辐射能量密度,h是普朗克常数,v是辐射频率,R是绝对气体常数,T是热力学温度。

接着,爱因斯坦列出了光量子论可以解释的问题:磷光现象的斯托克斯定则和光电效应,还列出了光电效应中发射电子的动能公式,这些内容对应光量子论文第七部分《关于斯托克斯定则》和第八部分《关于固体通过辐照而产生阴极射线》:

“借助于这一理论,几组至今没有解释的现象可以从一个相同的观点来加以考虑。这种说法对磷光现象的斯托克斯定则和由可见光及紫外光(同样还有X射线)所引起的阴极辐射之发射的主要定律都是对的。

事实上,由光电作用而引起的阴极辐射的动能L正比于(或至少是近似地正比于)激发光的频率,并按照公式L=c+hv而递增,式中c是一个负常量,它依赖于所考虑的物体的种类(注:c是光量子论文中的发射电子脱离功P,爱因斯坦在这里称为c不太合适,容易引起误解,完全可以依然用P)。”

之后,爱因斯坦又评价光量子论是定量理论,不过又不太通俗的用可折射性来代之光的频率,容易引起一般读者的理解困难:

“普遍说来,可以认为光量子理论是一件实验事实的定量表示,那就是,由光所引起的分子现象的能量随着所用光的可折射性而增加。”

说完光量子论的结论和光辉业绩,爱因斯坦又拿出了反面教材,导致紫外灾变的瑞利-金斯公式:

ρ=Kv2T

(光量子论文中公式,本作《爱因斯坦34》公式3或公式5,都是等价的。)

而爱因斯坦在这里则直接以瑞利-金斯公式不能包含普朗克常数h为由否决了他,当然,瑞利-金斯公式不正确的根源其实是能量的连续性假设,拿不能包容量子论的普朗克常数h为由否决也说得过去:



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