晶格振动与声子
爱因斯坦模型
/ INE-stine MOD-ul /
假设你想对固体如何储热作一个最简单的猜测。你或许会假装每个原子都是一个挂在自己那根小弹簧上的小质量,在原地弹跳,而且它们恰好都以完全相同的频率弹跳。这个大胆的简化,就是爱因斯坦模型。
阿尔伯特·爱因斯坦在 1907 年提出它,作为量子思想用到固体上最早的一次应用。关键的一步,是坚持每个原子振子只能以整份的小包来盛放能量,而不能想要多少就多少。在高温下,到处都有充足的能量可供分配,模型与古老的经典规则相符;可随着固体变冷,那些小包变得太贵、激发不起,原子便安静下来,热容随之下降——这第一次解释了固体为何在冷的时候储热更少。
爱因斯坦模型作为一座里程碑而重要:它表明量子能量小包并非只是光的怪癖,也同样主宰着寻常物质。它诚实的缺陷,是假设每个原子都共用同一个频率。真实的晶体有一整片频率,所以在极低温下,这个模型衰减得太快,而德拜后来那更细致的清点,修正的恰恰就是这一点。
当爱因斯坦把他的公式与钻石测得的热容画在一起对比时,那种吻合令人震动:曲线随着晶体变冷而朝零下沉,数据也正是如此。这是量子思想第一次被证明主宰着一块固体物质的热。
爱因斯坦 1907 年对钻石的拟合:量子小包解释了冷固体缩小的热容。
尽管爱因斯坦模型对声波类的声学振动太过粗糙,它那「单一频率」的图景,其实是频率近乎固定的光学支的一个不错的替身,所以它至今仍有用武之地。
又称
另见