此书是普朗克在哥伦比亚大学的系列演讲集，共八讲。
第一讲，普朗克首先对理论物理学的研究现状进行综合表述，对物理学中的基本规律、重要假设和重要构想进行简要勾勒。进而由能量守恒定律和热力学第二定律延伸至可逆性与不可逆性概念。普朗克认为，自然界中发生的所有反应，都可以划分为可逆过程与不可逆过程，并对其进行了详尽的阐释，最终引出“熵”的概念，然后结合克劳修斯的理论、热力学第二定律及其衍生理论，得出熵增原理。
第二讲，从熵增原理出发，普朗克阐述基于吉布斯并超越他的重要热力学研究成果。这些成果涉及稀释定律，普朗克就此给出了明确的关系式。
第三讲，对原子论进行了深入研究。普朗克认为，只有通过原子论，才能将所有物理过程划分为可逆过程和不可逆过程，即不可逆性必然引出原子论。普朗克以此为出发点，将原子论引入物理体系，通过类比概率阐释原子论。普朗克随后将其引入热辐射理论，为确保客观性，以宏观和微观两大视角解读热力学第二定律。
第四讲，普朗克运用不可逆概念的一般定律，计算给定状态下理想单原子气体的熵，并推导其热力学性质，主要内容是计算给定气体状态的概率。在不附加特殊假设的情况下，概率的计算不仅能使我们找到已知气体的热力学性质，还能得出本质上超出纯热力学性质的结论。
第五讲和第六讲探讨热辐射问题。在第五讲中，普朗克概括讲述了电磁理论对热辐射特征量的重要影响。主要是测定热射线穿过介质中任何位置的量，并确定其辐射热的状态。第六讲以第五讲为前提，探究了热辐射理论中一个非常关键的问题，即关于规范正常能谱中能量分布的通用函数的建立。谐振器被置于充满黑体辐射的真空中，从而激发稳态振动，由此可以计算谐振器的熵。
第七讲和第八讲进入动力学领域。在第七讲中，普朗克首先阐述最小作用量原理，他认为这一原理比其他原理更具决定性的优势，对力学、电动力学和热力学都具有直接意义；然后，普朗克详述该原理如何应用于个案。最小作用量原理涵盖了所有已知的可逆过程，因此也可以作为一般动力学的基础。第八讲开始步入一个更为浩瀚的领域——相对论。普朗克从相对论的发展史出发，结合实例讲述了相对论的理论构建。
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