Мы видели, что замена гипотезы о равномерном распределении гипотезой Планка привела к согласным с опытом результатам в теории излучения. Огромная заслуга Эйнштейна состоит в том, что он решился распространить эту гипотезу и на тепловые колебания атомов. Рассматривая атом как осциллятор, и приняв для его энергии выражение, предложенное Планком, Эйнштейн пришел к формуле для теплоемкости твердого тела, которая очень хорошо воспроизводит зависимость теплоемкости от температуры, а при высоких температурах переходит в закон Дюлонга и Пти.

В эту формулу входит, конечно, число колебаний атома v, так как энергия его выражается через элементы энергии Е = hv. Возникает вопрос о том, каково в этом случае значение v? Зная зависимость теплоемкости от температуры, мы можем вычислить v, но при таком способе его определения всегда может остаться сомнение относительно того, не представляет ли полученное число просто эмпирической константы, не имеющей действительной связи со свойствами атома. Оказывается, что можно определить v несколькими независимыми друг от друга способами, дающими согласные между собой и с вычислением результаты. Этот факт имеет огромное значение. Он показывает, что совпадение формул Эйнштейна с опытом не случайно и что основная гипотеза, если не вполне, то очень близко подходит к истине.

Электромагнитная теория света принимает, что поглощение света в какой-нибудь среде обусловлено присутствием в этой среде электрических зарядов, способных совершать колебания. Если эти колебания совершаются с частотой v, то сильнее всего поглощается свет той же частоты. Такое тело будет иметь, как говорят, полосу поглощения при данной частоте. Оказывается, что полосы в видимой и ультрафиолетовой части спектра обусловлены быстрыми колебаниями электронов, а в инфракрасной — колебаниями более тяжелых и медленных заряженных атомов или ионов. В твердом теле атомы расположены тесно и не могут далеко отходить от своего начального положения; поэтому их тепловые движения тоже будут иметь колебательный характер, и мы можем считать, что эти тепловые колебания, обусловливающие тепловые свойства тела, и колебания электромагнитные, обусловливающие свойства оптические, тождественны. Но тогда входящее в формулы Эйнштейна v можно определить из оптических измерений в ультракрасной части спектра и, следовательно, предвычислить величину теплоемкости. Такие вычисления делались и дали вполне согласные с опытом результаты.

Добавить комментарий