爱因斯坦关于假设光量子存在的启发性论证

更新于 2026年10月12日 版权声明
3.爱因斯坦关于假设光量子存在的启发性论证

黑体辐射的熵密度φ(v,T)定义为类似于能量密度u(v,T)dv的形式。按照热力学原理,我们可以把它们的关系表示为:

图示

假定维恩的黑体辐射公式为:

图示

解出方程(2)中的1/T,得到:

图示

对方程式(3)积分,则得到:

图示

这些论证与普朗克的推理(附录2)相一致,而且在爱因斯坦之前就已经为大家知道了。现在,假定黑体的体积可以变化,所含的总能量保持不变。这要求u(v,T)V=U(v,T)维持为常数。在频率间隔dv内的熵为:

图示

对于一个有限的体积变化,且保持U为常数时,可求得:

图示

对于一种含有n个原子的单原子理想气体,在能量不变条件下,根据热力学原理,体积膨胀引起的熵的变化为:

图示

上式很容易与玻耳兹曼公式

图示

联系起来。这是因为,对一个原子来说,落在Vo的部分体积V中的几率为V/Vo。对于n个各自独立的原子而言,几率就是(V/Vo)n。根据它立即可得方程式(6)。

如果我们再假定:

图示

那么方程式(5)和(6)就变成一样了。这意味着,频率间隔dv中的能量可以再分成大小为s=hv的n个量子。

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