Ruch Browna • James Trefil, Encyklopedia "Dwieście Praw Wszechświata"

Ruch Browna

W drugiej połowie XIX wieku w kręgach naukowych wybuchła poważna dyskusja o naturze atomów. Po jednej stronie były niezbite autorytety, takie jak Ernst Mach (patrz Fale uderzeniowe), które twierdziły, że atomy są po prostu matematycznymi funkcjami, które z powodzeniem opisują obserwowalne zjawiska fizyczne i nie mają żadnej fizycznej podstawy. Z drugiej strony naukowcy nowej fali – w szczególności Ludwig Boltzmann (patrz Stała Boltzmanna) – podkreślił, że atomy reprezentują realia fizyczne. I żadna z dwóch stron nie zdawała sobie sprawy, że dziesiątki lat przed początkiem ich sporu uzyskano wyniki eksperymentalne, decydujące raz na zawsze o istnieniu atomów jako rzeczywistości fizycznej, choć uzyskano je u botanika Roberta Browna, dyscypliny fizyki związanej z fizyką.

Latem 1827 roku Brown obserwował zachowanie pyłku pod mikroskopem (badał zawiesinę wody w pyłku Clarkia pulchella), nagle odkryli, że poszczególne spory wywołują absolutnie chaotyczne ruchy impulsu. Postanowił na pewno, że ruchy te nie są w żaden sposób związane z turbulencjami i prądami wody,ani też z parowaniem, po którym, opisując charakter ruchu cząstek, uczciwie podpisał się z własną niezdolnością wyjaśnienia pochodzenia tego chaotycznego ruchu. Jednak będąc drobiazgowym eksperymentatorem, Brown odkrył, że taki chaotyczny ruch jest charakterystyczny dla wszelkich mikroskopijnych cząstek, czy to pyłków roślin, zawiesiny minerałów, czy ogólnie jakiejkolwiek substancji naziemnej.

Dopiero w 1905 r. Nikt inny jak Albert Einstein nie pojął po raz pierwszy, że to tajemnicze, na pierwszy rzut oka zjawisko posłużyło za najlepsze eksperymentalne potwierdzenie poprawności atomowej teorii budowy materii. Wyjaśnił to w następujący sposób: zawiesina zawieszona w wodzie jest poddawana ciągłemu "bombardowaniu" losowo poruszającymi się cząsteczkami wody. Średnio cząsteczki działają na niego ze wszystkich stron z jednakową intensywnością iw równych odstępach czasu. Jednak bez względu na to, jak mały był spór, z racji czysto przypadkowych odchyleń, na początku otrzymuje impuls od strony cząsteczki, która uderzyła go z jednej strony, następnie od strony cząsteczki, która uderzyła go od drugiej itd. W wyniku uśrednienia takich kolizji, że w pewnym momencie cząstka "drgnie" w jednym kierunku, a jeśli z drugiej strony zostanie "popchnięta" przez więcej cząsteczek – w drugiej itd.Używając praw statystyki matematycznej i molekularno-kinetycznej teorii gazów, Einstein wyprowadził równanie opisujące zależność średniego kwadratowego przesunięcia cząstki Browna od parametrów makroskopowych. (Interesujący fakt: w jednym z tomów niemieckiego czasopisma "Annals of Physics" (Annalen der physikW 1905 r. opublikowano trzy artykuły Einsteina: artykuł wyjaśniający teoretycznie ruch Browna, artykuł o podstawach szczególnej teorii względności, a wreszcie artykuł opisujący teorię efektu fotoelektrycznego. Ostatecznie Albert Einstein otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1921 r.)

W 1908 r. Francuski fizyk Jean Baptiste Perrin (Jean-Baptiste Perrin, 1870-1942) przeprowadził genialną serię eksperymentów, które potwierdziły poprawność wyjaśnienia przez Einsteina zjawiska ruchu Browna. W końcu stało się jasne, że zaobserwowany "chaotyczny" ruch cząstek Browna jest konsekwencją zderzeń międzycząsteczkowych. Ponieważ "użyteczne konwencje matematyczne" (według Macha) nie mogą prowadzić do obserwowalnych i całkowicie rzeczywistych ruchów fizycznych cząstek, w końcu stało się jasne, że debata o rzeczywistości atomów się skończyła: one istnieją w przyrodzie.Jako "grę premiową", Perrin otrzymał wzór opracowany przez Einsteina, co pozwoliło Francuzowi przeanalizować i oszacować średnią liczbę atomów i / lub cząsteczek zderzających się z cząsteczką zawieszoną w cieczy w danym okresie czasu i za pomocą tego wskaźnika obliczyć liczbę molową różnych cieczy. Idea ta opierała się na fakcie, że w danym momencie przyspieszenie zawieszonej cząstki zależy od liczby zderzeń z cząsteczkami średnimi (patrz Prawa mechaniki Newtona), a zatem liczba cząsteczek na jednostkę objętości płynu. I to tylko nic Numer Avogadro (patrz Prawo Avogadro) jest jedną z podstawowych stałych określających strukturę naszego świata.

Zobacz także:

1811Prawo Avogadro

Robert BROWN
Robert Brown, 1773-1858

Szkocki frajer. Urodził się w Montrose w rodzinie kapłana. Otrzymał wykształcenie medyczne na Uniwersytecie w Edynburgu, pracował jako wojskowy chirurg w terenie. W 1798 roku, po zapoznaniu się z Joseph Banks (Joseph Banks, 1743-1820), wybitnym botanikiem swoich czasów, zainteresował się tą nauką, że zdecydował się radykalnie zmienić swoją karierę i osiągnąć szczyt botaniki, której zazdrościłby jego nauczyciel.Jako przyrodnik, Brown popłynął do wybrzeży Australii. Z biegiem czasu przejął kierownictwo działu botanicznego British Museum. Odkryto, zidentyfikowano, sklasyfikowano i zbadano morfologię różnych roślin. Jednak stał się sławny przede wszystkim dzięki odkryciu ruchu Browna.


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: