爱因斯坦137洛伦兹、超导性、温度涨落、大学任命、浓缩光量子11.2

    1911年2月15日，爱因斯坦已经结束了莱顿访学之行，回到了苏黎世，这天他给莱顿之行的重要拜访对象亨德里克·安东·洛伦兹发了感谢热情接待和学术面谈的明信片，并请其将洛伦兹夫人（注：爱莱塔·洛伦兹·凯撒，AlettaLorentz-Kaiser，1858年-1931年）是否康复通过明信片告诉自己：

    “非常尊敬的洛伦兹教授先生!

    我又坐在了我的小修道院里，内心充满了对有幸与您相伴度过的那些美好时光的深情回忆。我衷心地感谢您和您尊敬的家人对我们俩如此热情的接待。

    您待人如此善良和厚道，以至于住在您家的这段时间里，容不得我有对此份盛情和殊荣受之有愧这样的不安之感。

    很遗憾，洛伦兹夫人为我们花费了太多精力，但愿她早已恢复了过来。请在明信片上给我写封短信，以便让我了解您的情况。”

    爱因斯坦感谢洛伦兹对自己在科学方面的认可和鼓励，而且他还幸运的接触了超导性研究的诞生：

    “我同样要感谢您在科学方面给予我的重大激励。我觉得，星期六晚上（注：2月11日）所有物理学家离去后您让我参加的那次谈话简直妙极了。

    我从海克·卡末林·昂内斯先生和威廉·亨德里克·基萨母先生那里了解到的情况也非常重要（注：超导性）。看来，导电性与温度之间的关系将变得极为重要。

    但愿不要总是出现困难，使人们弄不清导电性的变化主要是因为电子数的变化还是它们的自由路径长度的变化，或者是由于这两方面的原因。不过我希望并且相信，你们很快会成功地克服这些困难。”

    （注：海克·卡末林·昂内斯，HeikeKamerlinghOnnes，1853年9月21日～1926年2月21日，荷兰物理学家，1882年任莱顿大学实验物理学教授，并创建了闻名世界的低温研究中心——莱顿实验室。

    1911年，昂尼斯利用液氦将金和铂冷却到4.3K以下，发现铂的电阻为一常数。随后他又将汞冷却到4.2K以下，测量到其电阻几乎降为零，这就是物体的超导性。1913年，昂尼斯又发现锡和铅也和汞一样具有超导性。

    昂内斯因对物质在低温状态下性质的研究以及液化氦气而获1913年获得诺贝尔物理学奖。

    在昂尼斯的领导下，莱顿大学物理实验室成为世界低温物理学的研究中心，1923年，昂尼斯退休，1926年2月21日在莱顿逝世；

    威廉·亨德里克·基萨母，WillemHendrikKeesom，1876年-1956年，莱顿大学物理学研究所行政主管。）

    在信的后半部分，爱因斯坦告诉洛伦兹自己1910年8月29日的论文《关于辐射场中一个振子的运动的统计考查》有一个无伤大雅的小纰漏，但不影响论文的最终结论，同时，他现在依然想与洛伦兹继续探讨辐射的起伏与涨落问题，这次具体想谈的是温度的涨落情况：

    “我在这篇振荡器的论文中查出，有一处少写了½一这个系数。谢天谢地，这次只是个一次性书写错误，因为后面又正确地给出了这个数值因子。

    我想对我们有关物质结构振荡中的量子的谈话中的一个细节作进一步的探讨。”

    首先，物体温度的百分比涨落为方程1：

    √τ2/T0=√[R/（N·c）]

    其中，c是热容量或固体某一部分的热容量。

    如果以普朗克共振器模型来阐述，则固体热能为方程2：

    E=nhn/[ehn/kT-1]

    其中，n是普朗克共振器的个数。

    由此，热能的相对涨落满足方程3：

    ΔE2/E2=hn/E+1/n

    之后，爱因斯坦阐述了方程3的物理涵义：

    “按照统计力学，第二项可能是孤立的。如果所含能量很小的话，那么第一项将占主导地位；在那种情况下，所含能量的相对涨落与所含能量分布于其上的共振器(振荡原子)的数量是无关的。

    因此，如果比热的表现真是像这个理论所说的那样，那么玻尔兹曼原理迫使我们假定，能量的这种最不均衡的分布在固体内部也是如此。”

    在信的最后，爱因斯坦再次对洛伦兹表示感谢：

    “再次向您表示衷心的感谢。您的忠实的

    阿尔伯特·爱因斯坦”

    2月16日，布拉格德文大学金特·贝克（GüntherBeck，1851年-1931年）给爱因斯坦发了正式的理论物理学正教授的任命通知书，此前1月13日，奥匈帝国哈布斯堡教育部部长卡尔·冯·施蒂尔克（KarlvonStürgkh）已正式通知爱因斯坦他就职布拉格德文大学理论物理学教授的任命已由奥匈帝国皇帝弗朗茨·约瑟夫一世（FranzJosephI，1830年8月18日-1916年11月21日）正式签字通过（《爱因斯坦131》）：

    “布拉格帝国皇家德文卡尔·斐迪南大学哲学系，系主任办公室第759号

    尊敬的布拉格帝国皇家德文大学理论物理学正教授阿尔伯特·爱因斯坦博士先生

    根据1911年1月6日至高无上的法令，帝国的和皇家的使徒国王陛下无比仁慈地任命您为布拉格帝国皇家德文大学理论物理学正教授，并支付法定工资，此任命从1911年4月1日起生效。

    因此，根据其1911年2月3日第10A344号法令，并基于帝国皇家宗教和教育部1911年1月13日第842号法令，帝国皇家波希米亚总督办公室已通知布拉格帝国皇家中央省财政办公室，从1911年4月1日起，按照规定逐月给阁下汇去正教授的法定工资，亦即年薪六千四百(6400)克郎以及每年一千四百七十二(1472)克朗的追加津贴。

    同时，帝国皇家中央省财务办公室还奉命按您的工资收取总额为1933克朗34赫勒的劳务税，劳务税从1911年4月1日起分12个月从个人工资中平均扣除。

    特此通知。

    主任：

    贝克”

    2月21日，在苏黎世的一次会议上，爱因斯坦就光量子理论做了一次浓缩的阐述，首先是光的波动论和粒子论的传统争论以及光量子论的提出：

    “现已探明，当把电的麦克斯韦理论（注：光的波动论）和分子运动论（注：光的粒子论）的处理方法应用于光的某些产生和转化现象时，一些和观察到的事实特别是关于黑体辐射以及生成阴极射线的事实的矛盾就会显现出来。

    这些矛盾可以通过引用一条工作假说（注：光量子论）来予以消除，那就是，在光的传播中，能量并不是以一种连续的方式充满于空间中，而是由位于一些特殊点的有限数目的光量子所组成的，这些光量子在运动中并不分裂，而且只能作为整体而被吸收和产生。”

    其次，用光量子论可以解释荧光物质的斯托克定则，具体可见1905年3月17日光量子论论文《关于光的产生和转化的一个试探性的观点》第七部分《关于斯托克斯定则》：

    “如果这些能量子打在一种光致发光性的材料上，则按照能量守恒原理，在一次基元过程中所发出的辐射能量必然等于或小于入射的辐射能量，而由光量子能量的公式就能很简单地得到众所周知的斯托克频率法则。”

    再次，用光量子论可以解释光电效应，具体可见1905年3月17日光量子论论文《关于光的产生和转化的一个试探性的观点》第八部分《关于固体通过辐照而产生阴极射线》：

    “当阴极射线通过用光照射固体而被产生时，光量子的能量就转化为电子的动能；而只有这时我们才意识到，阴极辐射的品质，亦即电子的速度，可以不依赖于激发光的强度，而发出的电子数目则是正比于光量子的数目的。”

    最后，固体的比热容也需要量子化处理，由此便可以解释低温时固体比热容与传统理论为何不符，具体可见1906年11月9日的固体比热容量子化论文《普朗克的辐射理论和比热容理论》：

    “但是，由普朗克辐射公式应该推测，与此同时，在我们关于向可以振动的离子或电子(共振子)传送能量之分子运动论机制的观念方面，也必须出现改变，因为它们的能量只能按正好一个光能量子的整数倍而跳跃式地发生变化。如果把这种机制搬用到固体的热运动所引起的固体中各物质分子的振动上去，就能对固体的比热(分子比热)随温度而变的现象得出一种意外的阐释，而那种现象一直是完全神秘莫测的。”