爱因斯坦136莱顿大学布朗和辐射演说、斯温光子11.2
爱因斯坦136莱顿大学布朗和辐射演说、斯温光子11.2
自1909年10月就职苏黎世大学理论物理学副教授后，爱因斯坦和主动退出了与其竞争克莱纳争取到的副教授职位，并极力帮助其就职的奥地利社会民主党领导人的儿子弗里德里希·阿德勒（FriedrichAdler，1879年-1960年）就成了邻居，并且两家人走的也很近，现在，在离开苏黎世大学前夕的莱顿讲学期间，2月9日，爱因斯坦在中途的巴塞尔给阿德勒发了诙谐的求救信，让他帮助看家，并通告他自己莱顿讲学期间的行程：
“亲爱的阿德勒先生！
我们俩从巴塞尔向您致以最良好的祝愿。
如果房子不巧烧了，或者发生了某些其他诸如此类的好事，请给我们打电话，地址是莱顿亨德里克·安东·洛伦兹教授家，我们将在那儿待到星期日（注：2月12日）。在此之后我将住在安特卫普Argile9号凯撒·科赫（注：Cäsar/CaesarRoch，1854年-1941年，爱因斯坦的舅舅）先生家。
爱因斯坦夫妇”
此前1895年夏，16岁的爱因斯坦写出《磁场中的以太状态研究》后，将其寄给了在比利时经商的舅舅凯撒·科赫（CaesarKoch），在所有亲戚当中，凯撒·科赫与爱因斯坦关系尤其好，凯撒·科赫是爱因斯坦非常喜爱的长辈——若将喜爱程度与交往时间综合考虑的话，甚至说是“最喜爱”的长辈也并不夸张。成名后的爱因斯坦在欧洲旅行时，常顺道或绕道去比利时拜访科赫，哪怕在爱因斯坦远赴美国定居之后，双方——乃至双方家庭——依然维持着富有感情的书信往来，直至87岁的凯撒·科赫于1941年去世。
2月10日，爱因斯坦在莱顿大学发表了演说，其内容为布朗运动和辐射能的起伏。
布朗运动的内容为：
1905年5月11日的布朗运动首文《热的分子运动论所要求的静液体中悬浮粒子的运动》（本作《爱因斯坦40》）；
1905年12月19日的布朗运动第二论文《关于布朗运动的理论》（本作《爱因斯坦55》）；
1908年4月1日的布朗运动第三论文《布朗运动的基本理论》（本作《爱因斯坦90》）。
爱因斯坦对布朗运动的研究思路为：
一是通过稀溶液的渗透压和溶质迁移率来研究稀溶液的扩散过程，得出溶液扩散系数理论计算公式；
二是从分子热运动的随机性来计算分子的平均迁移量，以溶质分子几率分布分析分子热运动，并最终给出布朗粒子均方位移理论计算公式；
将溶液扩散系数理论计算公式代入布朗粒子均方位移理论计算公式就可以根据溶液的实验数据计算出布朗粒子均方位移数值。
辐射能的起伏内容为：
1909年1月23日的《论辐射问题的现状》（本作《爱因斯坦99》）。
辐射能的起伏内容主要为：
从玻尔兹曼熵S公式出发，推导了辐射能量涨落平方的平均值，瑞利-金斯公式只包括对应传统理论给出的能量涨落，即辐射彼此干涉而导致的能量或大或小的涨落，而普朗克辐射公式则包括能量子hv引起的能量涨落；
以研究布朗运动的方法（镜子在平衡位置的涨落运动）计算了辐射压的涨落，指出传统理论只有对应干涉而产生的涨落，没有对应能量子hv对应的涨落。
这部分内容主要从辐射能量涨落起伏的计算强调了能量的量子论，指出经典辐射理论只包含了辐射的波动性，无法包容辐射的量子性，而普朗克辐射公式却包含了辐射的波动性和量子性的两重特性，即辐射具备波粒二象性的特征。
这部分内容除了发论文表述（《爱因斯坦99》），爱因斯坦还和洛伦兹长信深入讨论过（《爱因斯坦102》和《爱因斯坦105》），而这次的莱顿拜访洛伦兹之行爱因斯坦也是抱着与其面谈辐射问题的目的而来的。
爱因斯坦认为物理学的进一步发展要以波粒二象性为基础继续研究，一定程度上爱因斯坦此点说的没错，不过可惜的也或者庆幸的是爱因斯坦最终沿着波粒二象性方向走的研究路径与后来主流的量子力学不同，这导致他脱离了后来量子力学的发展主流，另一方面，却也保留了与主流量子力学不同见解的物理图像实在性的另一学派。
2月12日，拉脱维亚的里加技术大学助教理查德·斯温（RichardSwinne，1885年-1939年）给爱因斯坦写了封信，邀请“光量子假说的奠基者之一”爱因斯坦对自己的光子假说进行指正。
首先，在信中斯温尊称爱因斯坦为光量子假说的奠基者之一，认为爱因斯坦是自己的科研同路前辈名宿，并请其对自己将要发表的演说进行指正：
“非常尊敬的教授先生!
在准备将要在地方自然科学家协会发表的演讲《论原子的计算》的过程中，我得出了一些结论，现冒昧地把它们提交给您，光量子假说的奠基者之一，请予指正。”
接着，斯温阐述了自己光子理论的理论依据——爱因斯坦1901年刚在苏黎世联邦理工学院毕业求职时自己（《爱因斯坦20》）和父亲（《爱因斯坦21》）都求助过的偶像奥斯特瓦尔德的观点——化合量决定其他能量的容量，即体积方面的阿伏伽德罗定律和电量方面的法拉第电解定律：
“按照奥斯特瓦尔德（Ostwald）的观点，阿伏伽德罗（Avogadro）定律和法拉第（Faraday）的(电解)定律大致可以表述为：
如果根据其化合量(化学能量的扩展因素)的比例选取一定量诸多不同的物质，那么所获得的其他能量(体积、电量)的(容量)扩展因素的值就是一个简单的整数比。”
（注：阿伏伽德罗（Avogadro）定律：同温同压下，相同体积的任何气体含有相同的分子数。气体的体积是指所含分子占据的空间，通常条件下，气体分子间的平均距离约为分子直径的10倍，因此，当气体所含分子数确定后，气体的体积主要决定于分子间的平均距离而不是分子本身的大小。
法拉第定律是描述电极上通过的电量与电极反应物重量之间的关系的，又称为电解定律，它又分为两个子定律，即法拉第第一定律和法拉第第二定律。
第一定律即为在电极界面上发生化学变化物质的质量与通入的电量成正比。法拉第的研究表明，对单个电解池而言，在电解过程中，阴极上还原物质析出的量与所通过的电流强度和通电时间成正比。
第二定律即为通电于若干个电解池串联的线路中，当所取的基本粒子的荷电数相同时，在各个电极上发生反应的物质，其物质的量相同，析出物质的质量与其摩尔质量成正比。
法拉第电解定律是电化学中的重要定律，在电化生产中经常用到它。历史上，法拉第电解定律曾启发物理学家形成电荷具有原子性的概念，这对于导致基本电荷e的发现以及建立物质的电结构理论具有重大意义。
威廉·奥斯特瓦尔德，FriedrichWilhelmOstwald，1853年9月2日－1932年4月4日，出生于拉脱维亚的德国籍物理化学家，是物理化学的创始人之一。1909年因其在催化剂的作用、化学平衡、化学反应速率方面的研究的突出贡献，被授予诺贝尔化学奖。）
奥斯特瓦尔德根据体积方面的阿伏伽德罗定律和电量方面的法拉第电解定律归纳出的化合量决定其他能量的容量的理论观点还能解释道尔顿原子定律和亥姆霍兹的电子观点：
“根据纯物质的性质是固定不变的这个事实，并且假定了一种原子结构，道尔顿（Dalton）得出了他的化合量定律。
亥姆霍兹（Helmholz）从法拉第定律推论出，如果为普通的物质假定了一种原子结构，那么可以证明，这种结构对于电量来说也是合理的——这就是后来怎么产生了电子的情况。”
（注：约翰·道尔顿，JohnDalton，1766年9月6日—1844年7月27日，英国化学家、物理学家。原子理论的提出者，他所提供的关键的原子学说，使化学领域自那时以来有了巨大的进展。
1803年，他继承古希腊朴素原子论和牛顿微粒说，提出原子论，其要点：
（1）化学元素由不可分的微粒——原子构成，他认为原子在一切化学变化中是不可再分的最小单位。
（2）同种元素的原子性质和质量都相同，不同元素原子的性质和质量各不相同，原子质量是元素基本特征之一。
（3）不同元素化合时，原子以简单整数比结合。推导并用实验证明倍比定律。如果一种元素的质量固定时，那么另一元素在各种化合物中的质量一定成简单整数比。
最先从事测定原子量工作，提出用相对比较的办法求取各元素的原子量，并发表第一张原子量表，为后来测定元素原子量工作开辟了光辉前景。
赫尔曼·冯·亥姆霍兹，HermannvonHelmholtz，1821年8月31日—1894年9月8日，德国物理学家、生理学家、发明家。1847年，亥姆霍兹出版了《力量的守恒》（ErhaltungderKraft）一书，阐明了能量守恒的原理，亥姆霍兹自由能即以他来命名。他也研究过电磁学，他的研究预测了麦克斯韦方程组中的电磁辐射，相关的方程式以他来命名。同时，亥姆霍兹还是爱因斯坦苏黎世联邦理工学院曾经的恩师、物理系主任海因里希·弗里德里希·韦伯教授的老板，其做过亥姆霍兹的助手，十分崇敬亥姆霍兹（《爱因斯坦16》）。
除了物理，亥姆霍兹也对感知的研究作出贡献。他发明了检眼镜，以及以他命名的共鸣器，他两部光学和声学的著作《作为乐理的生理学基础的音调感受的研究》和《生理光学手册》对后世影响很大。）
斯温的研究目的则是反转奥斯特瓦尔德的化合量决定其他能量的容量的理论观点，由其他能量的容量可以证明化合量即原子结构，由此有辐射能的定量关系而提出光子观点：
“那么，如果上述被奥斯特瓦尔德所证明的关系对其他能量也成立，那么对这些容量因素来说，也能证明一种原子结构是合理的。”
具体来说，由于一直没有对应热能的精确关系，所以一直没有“热子”的概念：
“就热能的情况而言，不存在精确的关系，只存在一些像杜隆-珀蒂定律和[B……］法则那样的近似关系，因此，“热子”一直未被人们接受。”
（注：杜隆-珀蒂定律定律则是物理学中描述结晶态固体由于晶格振动而具有的比热容的经典定律，由法国化学家皮埃尔·路易·杜隆和阿列克西·泰雷兹·珀蒂于1819年提出，内容为：无论晶体属于何种类型，其比热容均为3R/MM，其中R为普适气体常数，MM为摩尔质量。见《爱因斯坦126》。）
但斯温认为辐射领域的理论进展，即辐射粒子和辐射能的定量关系可以得出“光子”的概念：
“另一方面，这个extergon（注：外部）假说[能量的广延因素]使人对放射性这个事实有了新的认识。辐射粒子是一些不同的“辐射微粒”。那么，辐射能呢？
在我看来，可以把振荡频率n看做是强度因素（注：普朗克的量子论）。这就使得以下事实变得可以理解了：
如短波光比长波光功效更大、由光电效应而产生的阴极射线的速度与光的强度无关，物体为发射包含有短波分量的辐射需要很高的温度等，因为从这种意义上讲，短波光是较高强度的光。从这种分析的意义上看，一种符合斯托克定则的荧光物质就是一台把较高强度的光转换成较低强度的光的机器（注：1905年爱因斯坦奇迹年首文3月17日的光量子论文《关于光的产生和转化的一个试探性的观点》已详细论证过）。
那么，量纲为[M·L2·T-1］（注：质量M·长度L2·时间T-1）的量，我打算把它称作“时能(chronergie)”(源于Chronos时间×Energie能量)，看来就是一种强度因素了。这样，就会有与原子相对应的基本的作用量子h（注：普朗克常量），即时能(chronergon)，也称“光子”。”
斯温就上述的“光子”概念咨询“光量子假说的奠基者之一”爱因斯坦的看法：
“如果您能对这个概略的说明提点意见，我将不胜感激。
谨致敬意。
技术大学
物理化学实验室
理查德·斯温”
自1909年10月就职苏黎世大学理论物理学副教授后，爱因斯坦和主动退出了与其竞争克莱纳争取到的副教授职位，并极力帮助其就职的奥地利社会民主党领导人的儿子弗里德里希·阿德勒（FriedrichAdler，1879年-1960年）就成了邻居，并且两家人走的也很近，现在，在离开苏黎世大学前夕的莱顿讲学期间，2月9日，爱因斯坦在中途的巴塞尔给阿德勒发了诙谐的求救信，让他帮助看家，并通告他自己莱顿讲学期间的行程：
“亲爱的阿德勒先生！
我们俩从巴塞尔向您致以最良好的祝愿。
如果房子不巧烧了，或者发生了某些其他诸如此类的好事，请给我们打电话，地址是莱顿亨德里克·安东·洛伦兹教授家，我们将在那儿待到星期日（注：2月12日）。在此之后我将住在安特卫普Argile9号凯撒·科赫（注：Cäsar/CaesarRoch，1854年-1941年，爱因斯坦的舅舅）先生家。
爱因斯坦夫妇”
此前1895年夏，16岁的爱因斯坦写出《磁场中的以太状态研究》后，将其寄给了在比利时经商的舅舅凯撒·科赫（CaesarKoch），在所有亲戚当中，凯撒·科赫与爱因斯坦关系尤其好，凯撒·科赫是爱因斯坦非常喜爱的长辈——若将喜爱程度与交往时间综合考虑的话，甚至说是“最喜爱”的长辈也并不夸张。成名后的爱因斯坦在欧洲旅行时，常顺道或绕道去比利时拜访科赫，哪怕在爱因斯坦远赴美国定居之后，双方——乃至双方家庭——依然维持着富有感情的书信往来，直至87岁的凯撒·科赫于1941年去世。
2月10日，爱因斯坦在莱顿大学发表了演说，其内容为布朗运动和辐射能的起伏。
布朗运动的内容为：
1905年5月11日的布朗运动首文《热的分子运动论所要求的静液体中悬浮粒子的运动》（本作《爱因斯坦40》）；
1905年12月19日的布朗运动第二论文《关于布朗运动的理论》（本作《爱因斯坦55》）；
1908年4月1日的布朗运动第三论文《布朗运动的基本理论》（本作《爱因斯坦90》）。
爱因斯坦对布朗运动的研究思路为：
一是通过稀溶液的渗透压和溶质迁移率来研究稀溶液的扩散过程，得出溶液扩散系数理论计算公式；
二是从分子热运动的随机性来计算分子的平均迁移量，以溶质分子几率分布分析分子热运动，并最终给出布朗粒子均方位移理论计算公式；
将溶液扩散系数理论计算公式代入布朗粒子均方位移理论计算公式就可以根据溶液的实验数据计算出布朗粒子均方位移数值。
辐射能的起伏内容为：
1909年1月23日的《论辐射问题的现状》（本作《爱因斯坦99》）。
辐射能的起伏内容主要为：
从玻尔兹曼熵S公式出发，推导了辐射能量涨落平方的平均值，瑞利-金斯公式只包括对应传统理论给出的能量涨落，即辐射彼此干涉而导致的能量或大或小的涨落，而普朗克辐射公式则包括能量子hv引起的能量涨落；
以研究布朗运动的方法（镜子在平衡位置的涨落运动）计算了辐射压的涨落，指出传统理论只有对应干涉而产生的涨落，没有对应能量子hv对应的涨落。
这部分内容主要从辐射能量涨落起伏的计算强调了能量的量子论，指出经典辐射理论只包含了辐射的波动性，无法包容辐射的量子性，而普朗克辐射公式却包含了辐射的波动性和量子性的两重特性，即辐射具备波粒二象性的特征。
这部分内容除了发论文表述（《爱因斯坦99》），爱因斯坦还和洛伦兹长信深入讨论过（《爱因斯坦102》和《爱因斯坦105》），而这次的莱顿拜访洛伦兹之行爱因斯坦也是抱着与其面谈辐射问题的目的而来的。
爱因斯坦认为物理学的进一步发展要以波粒二象性为基础继续研究，一定程度上爱因斯坦此点说的没错，不过可惜的也或者庆幸的是爱因斯坦最终沿着波粒二象性方向走的研究路径与后来主流的量子力学不同，这导致他脱离了后来量子力学的发展主流，另一方面，却也保留了与主流量子力学不同见解的物理图像实在性的另一学派。
2月12日，拉脱维亚的里加技术大学助教理查德·斯温（RichardSwinne，1885年-1939年）给爱因斯坦写了封信，邀请“光量子假说的奠基者之一”爱因斯坦对自己的光子假说进行指正。
首先，在信中斯温尊称爱因斯坦为光量子假说的奠基者之一，认为爱因斯坦是自己的科研同路前辈名宿，并请其对自己将要发表的演说进行指正：
“非常尊敬的教授先生!
在准备将要在地方自然科学家协会发表的演讲《论原子的计算》的过程中，我得出了一些结论，现冒昧地把它们提交给您，光量子假说的奠基者之一，请予指正。”
接着，斯温阐述了自己光子理论的理论依据——爱因斯坦1901年刚在苏黎世联邦理工学院毕业求职时自己（《爱因斯坦20》）和父亲（《爱因斯坦21》）都求助过的偶像奥斯特瓦尔德的观点——化合量决定其他能量的容量，即体积方面的阿伏伽德罗定律和电量方面的法拉第电解定律：
“按照奥斯特瓦尔德（Ostwald）的观点，阿伏伽德罗（Avogadro）定律和法拉第（Faraday）的(电解)定律大致可以表述为：
如果根据其化合量(化学能量的扩展因素)的比例选取一定量诸多不同的物质，那么所获得的其他能量(体积、电量)的(容量)扩展因素的值就是一个简单的整数比。”
（注：阿伏伽德罗（Avogadro）定律：同温同压下，相同体积的任何气体含有相同的分子数。气体的体积是指所含分子占据的空间，通常条件下，气体分子间的平均距离约为分子直径的10倍，因此，当气体所含分子数确定后，气体的体积主要决定于分子间的平均距离而不是分子本身的大小。
法拉第定律是描述电极上通过的电量与电极反应物重量之间的关系的，又称为电解定律，它又分为两个子定律，即法拉第第一定律和法拉第第二定律。
第一定律即为在电极界面上发生化学变化物质的质量与通入的电量成正比。法拉第的研究表明，对单个电解池而言，在电解过程中，阴极上还原物质析出的量与所通过的电流强度和通电时间成正比。
第二定律即为通电于若干个电解池串联的线路中，当所取的基本粒子的荷电数相同时，在各个电极上发生反应的物质，其物质的量相同，析出物质的质量与其摩尔质量成正比。
法拉第电解定律是电化学中的重要定律，在电化生产中经常用到它。历史上，法拉第电解定律曾启发物理学家形成电荷具有原子性的概念，这对于导致基本电荷e的发现以及建立物质的电结构理论具有重大意义。
威廉·奥斯特瓦尔德，FriedrichWilhelmOstwald，1853年9月2日－1932年4月4日，出生于拉脱维亚的德国籍物理化学家，是物理化学的创始人之一。1909年因其在催化剂的作用、化学平衡、化学反应速率方面的研究的突出贡献，被授予诺贝尔化学奖。）
奥斯特瓦尔德根据体积方面的阿伏伽德罗定律和电量方面的法拉第电解定律归纳出的化合量决定其他能量的容量的理论观点还能解释道尔顿原子定律和亥姆霍兹的电子观点：
“根据纯物质的性质是固定不变的这个事实，并且假定了一种原子结构，道尔顿（Dalton）得出了他的化合量定律。
亥姆霍兹（Helmholz）从法拉第定律推论出，如果为普通的物质假定了一种原子结构，那么可以证明，这种结构对于电量来说也是合理的——这就是后来怎么产生了电子的情况。”
（注：约翰·道尔顿，JohnDalton，1766年9月6日—1844年7月27日，英国化学家、物理学家。原子理论的提出者，他所提供的关键的原子学说，使化学领域自那时以来有了巨大的进展。
1803年，他继承古希腊朴素原子论和牛顿微粒说，提出原子论，其要点：
（1）化学元素由不可分的微粒——原子构成，他认为原子在一切化学变化中是不可再分的最小单位。
（2）同种元素的原子性质和质量都相同，不同元素原子的性质和质量各不相同，原子质量是元素基本特征之一。
（3）不同元素化合时，原子以简单整数比结合。推导并用实验证明倍比定律。如果一种元素的质量固定时，那么另一元素在各种化合物中的质量一定成简单整数比。
最先从事测定原子量工作，提出用相对比较的办法求取各元素的原子量，并发表第一张原子量表，为后来测定元素原子量工作开辟了光辉前景。
赫尔曼·冯·亥姆霍兹，HermannvonHelmholtz，1821年8月31日—1894年9月8日，德国物理学家、生理学家、发明家。1847年，亥姆霍兹出版了《力量的守恒》（ErhaltungderKraft）一书，阐明了能量守恒的原理，亥姆霍兹自由能即以他来命名。他也研究过电磁学，他的研究预测了麦克斯韦方程组中的电磁辐射，相关的方程式以他来命名。同时，亥姆霍兹还是爱因斯坦苏黎世联邦理工学院曾经的恩师、物理系主任海因里希·弗里德里希·韦伯教授的老板，其做过亥姆霍兹的助手，十分崇敬亥姆霍兹（《爱因斯坦16》）。
除了物理，亥姆霍兹也对感知的研究作出贡献。他发明了检眼镜，以及以他命名的共鸣器，他两部光学和声学的著作《作为乐理的生理学基础的音调感受的研究》和《生理光学手册》对后世影响很大。）
斯温的研究目的则是反转奥斯特瓦尔德的化合量决定其他能量的容量的理论观点，由其他能量的容量可以证明化合量即原子结构，由此有辐射能的定量关系而提出光子观点：
“那么，如果上述被奥斯特瓦尔德所证明的关系对其他能量也成立，那么对这些容量因素来说，也能证明一种原子结构是合理的。”
具体来说，由于一直没有对应热能的精确关系，所以一直没有“热子”的概念：
“就热能的情况而言，不存在精确的关系，只存在一些像杜隆-珀蒂定律和[B……］法则那样的近似关系，因此，“热子”一直未被人们接受。”
（注：杜隆-珀蒂定律定律则是物理学中描述结晶态固体由于晶格振动而具有的比热容的经典定律，由法国化学家皮埃尔·路易·杜隆和阿列克西·泰雷兹·珀蒂于1819年提出，内容为：无论晶体属于何种类型，其比热容均为3R/MM，其中R为普适气体常数，MM为摩尔质量。见《爱因斯坦126》。）
但斯温认为辐射领域的理论进展，即辐射粒子和辐射能的定量关系可以得出“光子”的概念：
“另一方面，这个extergon（注：外部）假说[能量的广延因素]使人对放射性这个事实有了新的认识。辐射粒子是一些不同的“辐射微粒”。那么，辐射能呢？
在我看来，可以把振荡频率n看做是强度因素（注：普朗克的量子论）。这就使得以下事实变得可以理解了：
如短波光比长波光功效更大、由光电效应而产生的阴极射线的速度与光的强度无关，物体为发射包含有短波分量的辐射需要很高的温度等，因为从这种意义上讲，短波光是较高强度的光。从这种分析的意义上看，一种符合斯托克定则的荧光物质就是一台把较高强度的光转换成较低强度的光的机器（注：1905年爱因斯坦奇迹年首文3月17日的光量子论文《关于光的产生和转化的一个试探性的观点》已详细论证过）。
那么，量纲为[M·L2·T-1］（注：质量M·长度L2·时间T-1）的量，我打算把它称作“时能(chronergie)”(源于Chronos时间×Energie能量)，看来就是一种强度因素了。这样，就会有与原子相对应的基本的作用量子h（注：普朗克常量），即时能(chronergon)，也称“光子”。”
斯温就上述的“光子”概念咨询“光量子假说的奠基者之一”爱因斯坦的看法：
“如果您能对这个概略的说明提点意见，我将不胜感激。
谨致敬意。
技术大学
物理化学实验室
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