热力学第三定理是如何让爱因斯坦一举成名的？( 二 ) _爱因斯坦

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根据一位能斯特学生的说法，该理论主要被当作计算化学平衡的实用的法则。? 能斯特对他提出的理论也非常高兴，认为这个方法的提出将对化学平衡状态的研究变成物理学的一个全新而神奇的研究领域，即‘极低温的世界’ 。”
▲ 图1.3.2 低温物理学
能斯特随后建立起自己的临时氢气液化装置。这个液化装置使用起来非常不可靠，需要机械师对其进行精心长期的维护才行。即使这样它还是可能发生爆炸。一旦爆炸遭殃的可能是实验室窗户上的玻璃，墙壁还有机械师的胡子。由于系统的熵值无法直接测量，所以能斯特和他的团队使用液态氢作为冷却剂来测量系统的比热。? 比热是系统温度提高一度所需的能量。他们很快发现每种材料似乎都有特定的比热。比热在低温下变得非常低。实验中当接近零度时比热似乎都趋于零。
那是什么意思？好吧，正如之前所说，比热是物体温度每升高一度所需的热能。如果比热为零，则物体不需要热量就可以提高温度，这也意味着物体不会保持绝对零度。?也就是说，不仅是绝对绝对零度无法达到，这是一个极限。完美的秩序对应的熵值为0，也同样是无法达到。
四、量子理论
能斯特越来越相信他正处于发现一个深刻思想边沿，但他的理论只是实验数据总结的规律，背后没有理论基础，这使得他无法进一步发展这个理论。? 在 1909 年或 1910年初，注意到专利文员阿尔伯特爱因斯坦在 1907 年发表的一篇晦涩难懂的论文，该论文从理论上证明了比热变为零，?但前提是使用量子力学。
量子力学可以说是在 1900 年 12 月开始的，当时能斯特的一位朋友，名叫马克斯·普朗克。?他假设光是由一些光子组成，光子能量等于一个常数 h 乘以光的频率。?现在普朗克只是做了这个假设来推导辐射方程，甚至不相信原子内能量是量子化的，只能取某些量子的整数。?然而爱因斯坦则以不同的眼光看待量子理论。1905 年，他假设光是由，“有限个能量量子构成，它们在可能取值范围内离散分布。不能够再细分，并且只能作为一个整体被吸收或产生” 。?普朗克不喜欢把光描述成一束粒子。阿尔伯特·爱因斯坦认为光的运动模式是一种波，可以完全由麦克斯韦方程组描述。
普朗克实际上对爱因斯坦在1905年提出的相对论更感兴趣，那一年被称为物理学史上的奇迹年份。?普朗克希望爱因斯坦专注于相对论，别再研究概念不清楚的量子理论。但爱因斯坦在当时还是被量子理论所吸引。
▲ 图1.4.1 普朗克与爱因斯坦五、物体比热
两年后爱因斯坦写了一篇论文，他使用普朗克光量子的想法来理解固体如何发射和吸收热量。换句话说，爱因斯坦使用普朗克量子推导出比热。?能斯特对这篇论文非常喜欢。?爱因斯坦写道：“虽然人们以前认为“分子的运动遵循与我们感知世界中相同的定律，但分子运动的种类则远少于我们经验中的物体，只能取零、HF、2HF 等离散的值。
▲ 图1.5.1 爱因斯坦关于普朗克辐射与比热理论
然后为了确定比热，爱因斯坦建立了一个模型，他假设分子是在三个维度上振动的简单振子。?他承认这是一个非常简化的模型，所以“这个模型不可能与实际物体完全一致。” ?尽管如此，他希望这个简单的模型能让科学家们了解比热是如何随温度变化的。?根据普朗克量子理论，爱因斯坦推导出一个方程式描述振动分子的平均能量随温度变化的函数。? 然后他将它乘以分子数的三倍，代表三个方向的自由度，以求出总能量。?最后将该能量函数求温度的导数，因为导数代表瞬时变化，? 根据改变化他得到了比热方程。