یک دانشمند آلمانی حرکت براونی را توضیح داد. حرکت براونی: تعریف. حرکت براونی - چیست؟ تیم و توده

گیاه شناس اسکاتلندی رابرت براون (گاهی اوقات نام خانوادگی او به صورت براون رونویسی می شود) در طول زندگی خود، به عنوان بهترین متخصص گیاهان، عنوان "شاهزاده گیاه شناسان" را دریافت کرد. او اکتشافات شگفت انگیز زیادی انجام داد. در سال 1805، پس از یک سفر 4 ساله به استرالیا، او حدود 4000 گونه از گیاهان استرالیایی را که برای دانشمندان ناشناخته بود، به انگلستان آورد و سالهای زیادی را صرف مطالعه آنها کرد. توصیف گیاهانی که از اندونزی و آفریقای مرکزی آورده شده اند. او فیزیولوژی گیاهی را مطالعه کرد و برای اولین بار هسته یک سلول گیاهی را با جزئیات توصیف کرد. آکادمی علوم سن پترزبورگ او را به عضویت افتخاری درآورد. اما نام دانشمند اکنون به دلیل این آثار به طور گسترده شناخته شده است.

در سال 1827 براون تحقیقی در مورد گرده گیاهان انجام داد. او به خصوص به چگونگی مشارکت گرده در فرآیند لقاح علاقه داشت. یک بار او زیر میکروسکوپ به سلول های گرده یک گیاه آمریکای شمالی نگاه کرد. کلارکیا پولچلا(کلارکیای زیبا) دانه های سیتوپلاسمی دراز معلق در آب. ناگهان براون دید که کوچکترین دانه های جامد که به سختی در قطره ای آب دیده می شد، مدام می لرزیدند و از جایی به جای دیگر حرکت می کردند. او دریافت که این حرکات، به قول او، «با جریان در مایع یا تبخیر تدریجی آن مرتبط نیستند، بلکه ذاتی خود ذرات هستند».

مشاهدات براون توسط دانشمندان دیگر تأیید شد. کوچکترین ذرات طوری رفتار می کردند که گویی زنده هستند و "رقص" ذرات با افزایش دما و کاهش اندازه ذرات شتاب می گرفت و هنگام جایگزینی آب با یک محیط چسبناک تر، به وضوح کند شد. این پدیده شگفت انگیز هرگز متوقف نشد: می توان آن را تا زمانی که بخواهیم مشاهده کرد. در ابتدا، براون حتی فکر کرد که موجودات زنده واقعاً در میدان میکروسکوپ افتاده اند، به خصوص که گرده سلول های زایشی نر گیاهان است، اما ذرات گیاهان مرده نیز وجود دارد، حتی از آنهایی که صد سال قبل در گیاهان خشک شده بودند. سپس براون فکر کرد که آیا اینها "مولکول های ابتدایی موجودات زنده" هستند، که طبیعت شناس مشهور فرانسوی ژرژ بوفون (1707-1788)، نویسنده یک کتاب 36 جلدی، در مورد آن صحبت کرد. تاریخ طبیعی. زمانی که براون شروع به بررسی اجسام به ظاهر بی جان کرد، این فرض از بین رفت. در ابتدا ذرات بسیار کوچک زغال سنگ و همچنین دوده و غبار هوای لندن بود و سپس مواد معدنی ریز آسیاب شده بودند: شیشه، بسیاری از مواد معدنی مختلف. براون می‌نویسد: «مولکول‌های فعال» همه جا بودند: «در هر ماده معدنی که من موفق شده‌ام آن‌ها را به اندازه‌ای پودر کنم که بتوان مدتی در آب معلق بماند، این مولکول‌ها را در مقادیر کم یا زیاد پیدا کرده‌ام. "

باید گفت که براون هیچ یک از آخرین میکروسکوپ ها را نداشت. او در مقاله خود به طور خاص تأکید می کند که لنزهای دو محدب معمولی داشته است که چندین سال از آنها استفاده می کرد. و در ادامه می‌گوید: «در تمام طول مطالعه، به استفاده از همان لنزهایی که کار را با آن شروع کردم، ادامه دادم تا به گفته‌هایم اعتبار بیشتری بدهم و آن‌ها را تا حد امکان برای مشاهدات معمولی در دسترس قرار دهم».

اکنون، برای تکرار مشاهدات براون، کافی است یک میکروسکوپ نه چندان قوی داشته باشیم و از آن برای بررسی دود در یک جعبه سیاه‌شده استفاده کنیم، که از طریق یک سوراخ جانبی با پرتویی از نور شدید روشن شده است. در گاز، این پدیده بسیار واضح‌تر از مایع ظاهر می‌شود: تکه‌های کوچک خاکستر یا دوده (بسته به منبع دود) قابل مشاهده هستند، نور را پراکنده می‌کنند و پیوسته به جلو و عقب می‌پرند.

همانطور که اغلب در علم اتفاق می افتد، سال ها بعد مورخان کشف کردند که در سال 1670، مخترع میکروسکوپ، آنتونی لیوونهوک هلندی، ظاهراً پدیده مشابهی را مشاهده کرد، اما نادر بودن و ناقص بودن میکروسکوپ ها، وضعیت جنینی علم مولکولی در آن زمان. به مشاهدات لیوونهوک توجهی جلب نکرد، بنابراین این کشف به درستی به براون نسبت داده می شود، که اولین کسی بود که آن را به تفصیل مطالعه و توصیف کرد.

حرکت براونی و نظریه اتمی-مولکولی.

پدیده مشاهده شده توسط براون به سرعت به طور گسترده ای شناخته شد. او خودش آزمایش های خود را به همکاران متعددی نشان داد (براون دو ده نام را فهرست می کند). اما نه خود براون و نه بسیاری از دانشمندان دیگر نتوانستند این پدیده مرموز را که "جنبش براونی" نامیده می شد توضیح دهند. حرکات ذرات کاملاً تصادفی بود: طرح‌هایی از موقعیت‌های آنها که در مقاطع مختلف زمانی (مثلاً در هر دقیقه) انجام می‌شد، در نگاه اول امکان یافتن هر الگوی را در این حرکات ممکن نمی‌ساخت.

توضیحی در مورد حرکت براونی (که این پدیده نامیده می شد) توسط حرکت مولکول های نامرئی تنها در ربع آخر قرن نوزدهم ارائه شد، اما بلافاصله توسط همه دانشمندان پذیرفته نشد. در سال 1863، یک معلم هندسه توصیفی از کارلسروهه (آلمان)، لودویگ کریستین وینر (1826-1896)، پیشنهاد کرد که این پدیده با حرکات نوسانی اتم های نامرئی مرتبط است. این اولین توضیح حرکت براونی، اگرچه بسیار دور از مدرن، با ویژگی‌های خود اتم‌ها و مولکول‌ها بود. مهم این است که وینر فرصت استفاده از این پدیده را برای نفوذ به اسرار ساختار ماده دید. او اولین کسی بود که سعی کرد سرعت حرکت ذرات براونی و وابستگی آن به اندازه آنها را اندازه گیری کند. جالب است که در سال 1921 گزارش های آکادمی ملی علوم ایالات متحدهاثری در مورد حرکت براونی وینر دیگر - نوربرت، بنیانگذار مشهور سایبرنتیک منتشر شد.

ایده های L.K. وینر توسط تعدادی از دانشمندان - زیگموند اکسنر در اتریش (و 33 سال بعد - پسرش فلیکس)، جووانی کانتونی در ایتالیا، کارل ویلهلم نگلی در آلمان، لوئیس ژرژ گوی در فرانسه، سه کشیش بلژیکی پذیرفته شد و توسعه یافت. - یسوعیان کاربونلی، دلسو و تیریون و دیگران. از جمله این دانشمندان، فیزیکدان و شیمیدان مشهور انگلیسی ویلیام رمزی بود. به تدریج مشخص شد که کوچکترین دانه های ماده از همه طرف توسط ذرات کوچکتر مورد اصابت قرار می گیرند، که دیگر از طریق میکروسکوپ قابل مشاهده نیستند - همانطور که امواجی که قایق دوردست را تکان می دهند از ساحل قابل مشاهده نیستند، در حالی که حرکات قایق خود کاملاً واضح قابل مشاهده است. همانطور که آنها در یکی از مقالات سال 1877 نوشتند، "... قانون اعداد بزرگ دیگر اثر برخوردها را به فشار یکنواخت متوسط ​​کاهش نمی دهد، نتیجه آنها دیگر برابر با صفر نخواهد بود، بلکه به طور مداوم جهت و مسیر خود را تغییر می دهد. اندازه."

از نظر کیفی، تصویر کاملاً قابل قبول و حتی بصری بود. یک شاخه کوچک یا یک حشره باید تقریباً به همان شکل حرکت کند، توسط بسیاری از مورچه ها در جهات مختلف هل داده شود (یا کشیده شود). این ذرات کوچکتر در واقع در واژگان دانشمندان بودند، اما هیچکس آنها را ندیده بود. آنها مولکول نامیده می شدند. این کلمه که از لاتین ترجمه شده است به معنای "توده کوچک" است. به طرز شگفت انگیزی، این دقیقاً توضیحی است که فیلسوف رومی تیتوس لوکرتیوس کاروس (حدود 99–55 قبل از میلاد) در شعر معروف خود به پدیده مشابهی داده است. درباره ماهیت چیزها. در آن، او کوچکترین ذرات نامرئی با چشم را "اصول اولیه" چیزها می نامد.

اصول چیزها ابتدا خودشان حرکت می کنند،
به دنبال آنها اجسامی از کوچکترین ترکیب آنها وجود دارد،
از نظر قوت به اصول اولیه نزدیک است،
از آنها پنهان شده، با دریافت شوک، شروع به تلاش می کنند،
خود را به حرکت، سپس تشویق بدن بزرگتر.
بنابراین، از ابتدا، حرکت را کم کم شروع کنید
احساسات ما را لمس می کند و همچنین قابل مشاهده می شود
به ما و در ذرات غباری که در نور خورشید حرکت می کند،
حتی اگر لرزش هایی که از آن رخ می دهد نامحسوس باشد ...

متعاقباً معلوم شد که لوکرتیوس اشتباه کرده است: مشاهده حرکت براونی با چشم غیرمسلح غیرممکن است و ذرات گرد و غبار در یک پرتو خورشید که به دلیل حرکات گردابی هوا به یک اتاق تاریک نفوذ می کند "رقص" می کند. اما در ظاهر هر دو پدیده شباهت هایی دارند. و فقط در قرن 19. برای بسیاری از دانشمندان آشکار شد که حرکت ذرات براونی ناشی از ضربه های تصادفی مولکول های محیط است. مولکول های متحرک با ذرات غبار و سایر ذرات جامد موجود در آب برخورد می کنند. هر چه دما بالاتر باشد، حرکت سریعتر است. اگر یک ذره گرد و غبار بزرگ باشد، به عنوان مثال، اندازه آن 0.1 میلی متر باشد (قطر یک میلیون بار بزرگتر از یک مولکول آب است)، در این صورت بسیاری از ضربه های همزمان از همه طرف به آن متوازن می شوند و عملاً اینطور نیست. آنها را "احساس" کنید - تقریباً مانند یک تکه چوب به اندازه یک بشقاب، تلاش بسیاری از مورچه ها را که آن را به جهات مختلف می کشند یا فشار می دهند، "احساس" نمی کند. اگر ذره گرد و غبار نسبتاً کوچک باشد، تحت تأثیر ضربه های مولکول های اطراف در یک جهت یا جهت دیگر حرکت می کند.

ذرات براونی اندازه ای در حدود 0.1-1 میکرومتر دارند، یعنی. از یک هزارم تا یک ده هزارم میلیمتر، به همین دلیل است که براون قادر به تشخیص حرکت آنها بود زیرا او به دانه های ریز سیتوپلاسمی نگاه می کرد و نه خود گرده (که اغلب به اشتباه در مورد آن نوشته می شود). مشکل این است که سلول های گرده بیش از حد بزرگ هستند. بنابراین، در گرده علفزار که توسط باد حمل می شود و باعث ایجاد بیماری های آلرژیک در انسان می شود (تب یونجه)، اندازه سلول معمولاً در محدوده 20 تا 50 میکرون است، یعنی. آنها برای مشاهده حرکت براونی بسیار بزرگ هستند. همچنین توجه به این نکته مهم است که حرکات تکی یک ذره براونی اغلب و در فواصل بسیار کوتاه اتفاق می افتد، به طوری که دیدن آنها غیرممکن است، اما در زیر میکروسکوپ، حرکاتی که در یک دوره زمانی خاص رخ داده اند قابل مشاهده است.

به نظر می رسد که حقیقت وجود حرکت براونی به طور واضح ساختار مولکولی ماده را ثابت کرد، اما حتی در آغاز قرن بیستم. دانشمندانی از جمله فیزیکدانان و شیمیدانان وجود داشتند که به وجود مولکول ها اعتقاد نداشتند. نظریه اتمی-مولکولی به آرامی و به سختی به رسمیت شناخته شد. بنابراین، مارسلین برتلو، شیمیدان آلی برجسته فرانسوی (1827-1907) نوشت: "مفهوم یک مولکول، از نقطه نظر دانش ما، نامشخص است، در حالی که مفهوم دیگری - اتم - کاملا فرضی است." شیمیدان معروف فرانسوی A. Saint-Clair Deville (1818-1881) حتی واضح تر صحبت کرد: «من نه قانون آووگادرو، نه اتم، و نه مولکول را قبول دارم، زیرا از باور به چیزی که نه می توانم ببینم و نه مشاهده کنم، امتناع می کنم. ” و شیمیدان فیزیک آلمانی ویلهلم استوالد (1853-1932)، برنده جایزه نوبل، یکی از بنیانگذاران شیمی فیزیک، در اوایل قرن بیستم. قاطعانه وجود اتم ها را انکار کرد. او موفق شد یک کتاب درسی سه جلدی شیمی بنویسد که در آن کلمه "اتم" هرگز ذکر نشده است. استوالد در 19 آوریل 1904 با یک گزارش بزرگ در مؤسسه سلطنتی به اعضای انجمن شیمی انگلیس، سعی کرد ثابت کند که اتم ها وجود ندارند و «آنچه ما ماده می نامیم تنها مجموعه ای از انرژی ها است که در یک مکان معین جمع آوری شده اند. محل."

اما حتی آن دسته از فیزیکدانانی که نظریه مولکولی را پذیرفته بودند، نمی توانستند باور کنند که اعتبار نظریه اتمی-مولکولی به این روش ساده اثبات شده است، بنابراین دلایل جایگزین مختلفی برای توضیح این پدیده ارائه شد. و این کاملاً در روح علم است: تا زمانی که علت یک پدیده به طور واضح مشخص نشود، فرضیه های مختلفی ممکن است (و حتی ضروری) باشد که در صورت امکان باید به صورت تجربی یا نظری آزمایش شوند. بنابراین، در سال 1905، مقاله کوتاهی از پروفسور فیزیک سن پترزبورگ، N.A. Gezehus، معلم آکادمیک مشهور A.F. Ioffe، در فرهنگ لغت دایره المعارف بروکهاوس و افرون منتشر شد. Gesehus نوشته است که به گفته برخی از دانشمندان، حرکت براونی ناشی از "پرتوهای نور یا گرما است که از یک مایع عبور می کنند" و به "جریان های ساده در داخل مایع که هیچ ارتباطی با حرکت مولکول ها ندارند" و این جریان ها تبدیل می شود. می تواند به دلیل "تبخیر، انتشار و دلایل دیگر" ایجاد شود. از این گذشته ، قبلاً شناخته شده بود که حرکت بسیار مشابه ذرات غبار در هوا دقیقاً توسط جریان های گردابی ایجاد می شود. اما توضیحی که Gesehus ارائه کرده است به راحتی می تواند به صورت تجربی رد شود: اگر از طریق یک میکروسکوپ قوی به دو ذره براونی که بسیار نزدیک به یکدیگر قرار دارند نگاه کنید، حرکت آنها کاملاً مستقل خواهد بود. اگر این حرکات ناشی از هر جریانی در مایع باشد، آنگاه چنین ذرات مجاور به طور هماهنگ حرکت می کنند.

نظریه حرکت براونی

در آغاز قرن بیستم. اکثر دانشمندان ماهیت مولکولی حرکت براونی را درک کردند. اما همه توضیحات صرفاً کیفی باقی ماندند؛ هیچ نظریه کمی نمی تواند آزمایش تجربی را تحمل کند. علاوه بر این، خود نتایج آزمایشی نامشخص بود: منظره خارق‌العاده ذرات عجله‌کننده بدون توقف، آزمایش‌کنندگان را هیپنوتیزم کرد و آنها دقیقاً نمی‌دانستند چه ویژگی‌هایی از این پدیده باید اندازه‌گیری شود.

علیرغم بی نظمی کامل ظاهری، هنوز هم می توان حرکات تصادفی ذرات براونی را با یک رابطه ریاضی توصیف کرد. برای اولین بار، توضیح دقیق حرکت براونی در سال 1904 توسط فیزیکدان لهستانی ماریان اسمولوچوفسکی (1872-1917) ارائه شد که در آن سالها در دانشگاه لویو کار می کرد. در همان زمان، تئوری این پدیده توسط آلبرت انیشتین (1879-1955)، یک متخصص کلاس دوم کمتر شناخته شده در اداره ثبت اختراعات شهر برن سوئیس، توسعه یافت. مقاله او که در ماه مه 1905 در مجله آلمانی Annalen der Physik منتشر شد با عنوان در مورد حرکت ذرات معلق در سیال در حالت سکون، مورد نیاز نظریه جنبشی مولکولی گرما. انیشتین با این نام می خواست نشان دهد که نظریه جنبشی مولکولی ساختار ماده لزوماً بر وجود حرکت تصادفی کوچکترین ذرات جامد در مایعات دلالت دارد.

جالب است که در همان ابتدای این مقاله، انیشتین می نویسد که با خود این پدیده آشناست، هرچند به صورت سطحی: «این امکان وجود دارد که حرکات مورد بحث با حرکت مولکولی به اصطلاح براونی یکسان باشد، اما داده های موجود. به نظر من در مورد دومی آنقدر نادرست است که نتوانستم نظر قطعی را بیان کنم.» و دهه‌ها بعد، در اواخر عمرش، انیشتین چیز متفاوتی در خاطراتش نوشت - که او اصلاً از حرکت براونی نمی‌دانست و در واقع آن را کاملاً از نظر تئوریک "دوباره کشف" کرده است: "نمی‌دانستیم که مشاهدات "حرکت براونی" مدت‌هاست که انجام شده است. شناخته شده، من کشف کردم که نظریه اتمی منجر به وجود حرکت قابل مشاهده ذرات معلق میکروسکوپی می شود.» به هر حال، مقاله نظری انیشتین با تماس مستقیم آزمایشگران برای آزمایش نتایج او به پایان رسید: «اگر هر محققی بتواند به زودی پاسخ دهد. سؤالاتی که در اینجا مطرح می شود سؤال می کند!" - او مقاله خود را با چنین تعجب غیرمعمولی به پایان می رساند.

پاسخ به درخواست پرشور اینشتین دیری نپایید.

بر اساس نظریه اسمولوچوفسکی-انیشتین، مقدار متوسط ​​جابجایی مجذور یک ذره براونی ( س 2) برای زمان تینسبت مستقیم با دما تیو نسبت معکوس با ویسکوزیته مایع h، اندازه ذرات rو ثابت آووگادرو

نآ: س 2 = 2RTt/6 ساعت rNآ،

جایی که آر- ثابت گاز بنابراین، اگر در 1 دقیقه یک ذره با قطر 1 میکرومتر 10 میکرومتر حرکت کند، در 9 دقیقه - 10 = 30 میکرومتر، در 25 دقیقه - 10 = 50 میکرومتر و غیره. در شرایط مشابه، ذره ای با قطر 0.25 میکرومتر در بازه های زمانی یکسان (1، 9 و 25 دقیقه) به ترتیب 20، 60 و 100 میکرومتر حرکت می کند، زیرا 2 = است. مهم است که فرمول فوق شامل ثابت آووگادرو، که بنابراین، می تواند با اندازه گیری های کمی حرکت یک ذره براونی، که توسط فیزیکدان فرانسوی ژان باپتیست پرین (1870-1942) انجام شد، تعیین شود.

در سال 1908، پرین مشاهدات کمی از حرکت ذرات براونی را زیر میکروسکوپ آغاز کرد. او از یک اولترامیکروسکوپ استفاده کرد که در سال 1902 اختراع شد، که تشخیص کوچکترین ذرات را با پراکندگی نور بر روی آنها از یک روشنگر جانبی قدرتمند امکان پذیر کرد. پرین گلوله های کوچکی به شکل تقریبا کروی و تقریباً هم اندازه از صمغ، شیره تغلیظ شده برخی درختان استوایی به دست آورد (از آن به عنوان رنگ آبرنگ زرد نیز استفاده می شود). این دانه های ریز در گلیسرول حاوی 12 درصد آب معلق شدند. مایع چسبناک مانع از ظهور جریان های داخلی در آن می شود که تصویر را تار می کند. پرین که مجهز به کرونومتر بود، موقعیت ذرات را در فواصل زمانی معین، به عنوان مثال، هر نیم دقیقه، یادداشت کرد و سپس (البته، در مقیاس بسیار بزرگ) روی یک صفحه کاغذ نموداری ترسیم کرد. با اتصال نقاط به دست آمده با خطوط مستقیم، او مسیرهای پیچیده ای به دست آورد که برخی از آنها در شکل نشان داده شده است (آنها از کتاب پرین گرفته شده اند. اتم ها، منتشر شده در سال 1920 در پاریس). چنین حرکت آشفته و بی نظم ذرات منجر به این واقعیت می شود که آنها در فضا کاملاً آهسته حرکت می کنند: مجموع قطعات بسیار بیشتر از جابجایی ذره از اولین نقطه به آخرین نقطه است.

موقعیت های متوالی هر 30 ثانیه از سه ذره براونی - توپ های آدامس با اندازه حدود 1 میکرون. یک سلول مربوط به فاصله 3 میکرومتر است. اگر پرین بتواند موقعیت ذرات براونی را نه پس از 30، بلکه پس از 3 ثانیه تعیین کند، آنگاه خطوط مستقیم بین هر نقطه همسایه به همان خط شکسته زیگزاگی پیچیده تبدیل می‌شوند، فقط در مقیاس کوچکتر.

پرین با استفاده از فرمول نظری و نتایجش، مقداری برای عدد آووگادرو به دست آورد که برای آن زمان کاملاً دقیق بود: 6.8. . 10 23. پرین همچنین از میکروسکوپ برای مطالعه توزیع عمودی ذرات براونی استفاده کرد. سانتی متر. قانون AVOGADRO) و نشان داد که با وجود اثر گرانش، آنها در محلول معلق باقی می مانند. پرین همچنین صاحب آثار مهم دیگری است. او در سال 1895 ثابت کرد که پرتوهای کاتدی بارهای الکتریکی منفی (الکترون) هستند و در سال 1901 برای اولین بار مدل سیاره ای اتم را پیشنهاد کرد. او در سال 1926 جایزه نوبل فیزیک را دریافت کرد.

نتایج به دست آمده توسط پرین، نتایج نظری اینشتین را تایید کرد. تاثیر قوی گذاشت. همانطور که فیزیکدان آمریکایی A. Pais سالها بعد نوشت: "شما هرگز از این نتیجه که به این روش ساده به دست می آید شگفت زده نمی شوید: کافی است یک آویز توپ تهیه کنید که اندازه آن در مقایسه با اندازه بزرگ است. از مولکول های ساده، یک کرونومتر و یک میکروسکوپ بگیرید و می توانید ثابت آووگادرو را تعیین کنید! همچنین ممکن است تعجب کنید: شرح آزمایش‌های جدید بر روی حرکت براونی هنوز در مجلات علمی (Nature، Science، Journal of Chemical Education) هر از گاهی ظاهر می‌شود! پس از انتشار نتایج پرین، استوالد، مخالف سابق اتمیسم، اعتراف کرد که «تطابق حرکت براونی با الزامات فرضیه جنبشی... اکنون محتاط ترین دانشمند این حق را می دهد که در مورد اثبات تجربی نظریه اتمی صحبت کند. از ماده بنابراین، نظریه اتمی به رتبه یک نظریه علمی و مستدل ارتقا یافته است. هانری پوانکاره، ریاضیدان و فیزیکدان فرانسوی، او را تکرار می کند: "تعیین درخشان تعداد اتم ها توسط پرین، پیروزی اتمیسم را تکمیل کرد... اتم شیمیدانان اکنون به واقعیت تبدیل شده است."

حرکت و انتشار براونی

حرکت ذرات براونی از نظر ظاهری بسیار شبیه به حرکت تک تک مولکول ها در نتیجه حرکت حرارتی آنها است. این حرکت را انتشار می نامند. حتی قبل از کار اسمولوچوفسکی و انیشتین، قوانین حرکت مولکولی در ساده ترین حالت حالت گازی ماده ایجاد شده بود. معلوم شد که مولکول‌های موجود در گازها بسیار سریع حرکت می‌کنند - با سرعت گلوله، اما نمی‌توانند دورتر پرواز کنند، زیرا اغلب با مولکول‌های دیگر برخورد می‌کنند. به عنوان مثال، مولکول های اکسیژن و نیتروژن در هوا که با سرعت متوسط ​​تقریباً 500 متر بر ثانیه حرکت می کنند، در هر ثانیه بیش از یک میلیارد برخورد را تجربه می کنند. بنابراین، مسیر مولکول، اگر بتوان آن را دنبال کرد، یک خط شکسته پیچیده خواهد بود. ذرات براونی نیز اگر موقعیت آنها در فواصل زمانی معینی ثبت شود، مسیر مشابهی را توصیف می کنند. انتشار و حرکت براونی هر دو نتیجه حرکت حرارتی آشفته مولکول ها هستند و بنابراین با روابط ریاضی مشابه توصیف می شوند. تفاوت این است که مولکول های گازها در یک خط مستقیم حرکت می کنند تا زمانی که با مولکول های دیگر برخورد کنند و پس از آن تغییر جهت می دهند. یک ذره براونی، بر خلاف یک مولکول، هیچ "پرواز آزاد" انجام نمی دهد، اما "ترکش" های کوچک و نامنظم بسیار مکرری را تجربه می کند، در نتیجه به طور آشفته ای در یک جهت یا جهت دیگر جابه جا می شود. محاسبات نشان داده است که برای یک ذره با اندازه 0.1 میکرومتر، یک حرکت در سه میلیاردم ثانیه در فاصله تنها 0.5 نانومتر (1 نانومتر = 0.001 میکرومتر) اتفاق می‌افتد. همانطور که یک نویسنده به درستی بیان می کند، این یادآور حرکت یک قوطی خالی آبجو در میدانی است که جمعیتی از مردم در آن جمع شده اند.

مشاهده انتشار بسیار آسان‌تر از حرکت براونی است، زیرا نیازی به میکروسکوپ ندارد: حرکات نه از ذرات منفرد، بلکه از توده‌های عظیم آنها مشاهده می‌شود، فقط باید اطمینان حاصل کنید که انتشار با همرفت - اختلاط ماده به عنوان یک ماده روی هم قرار نمی‌گیرد. نتیجه جریان های گردابی (این گونه جریان ها به راحتی قابل مشاهده است، با قرار دادن یک قطره محلول رنگی، مانند جوهر، در یک لیوان آب داغ).

مشاهده انتشار در ژل های ضخیم راحت است. چنین ژلی را می توان به عنوان مثال در یک شیشه پنی سیلین با تهیه محلول ژلاتین 4-5٪ در آن تهیه کرد. ژلاتین ابتدا باید چند ساعت متورم شود و سپس با هم زدن با پایین آوردن شیشه در آب داغ کاملاً حل می شود. پس از سرد شدن، یک ژل غیر روان به شکل یک توده شفاف و کمی کدر به دست می آید. اگر با استفاده از موچین های تیز، یک کریستال کوچک از پرمنگنات پتاسیم ("پرمنگنات پتاسیم") را با احتیاط در مرکز این جرم قرار دهید، کریستال در جایی که در آن جا مانده است آویزان می ماند، زیرا ژل از افتادن آن جلوگیری می کند. در عرض چند دقیقه، یک توپ بنفش رنگ در اطراف کریستال شروع به رشد می کند؛ با گذشت زمان، بزرگتر و بزرگتر می شود تا جایی که دیواره های شیشه شکل آن را تغییر می دهند. همین نتیجه را می توان با استفاده از کریستال سولفات مس به دست آورد ، فقط در این صورت توپ نه بنفش بلکه آبی رنگ می شود.

واضح است که چرا توپ بیرون آمد: MnO 4 - یون های MnO 4 که هنگام حل شدن کریستال تشکیل می شوند، به محلول می روند (ژل عمدتاً آب است) و در نتیجه انتشار به طور یکنواخت در همه جهات حرکت می کنند، در حالی که گرانش عملاً تأثیری بر روی آن ندارد. سرعت انتشار انتشار در مایع بسیار کند است: ساعت های زیادی طول می کشد تا توپ چندین سانتی متر رشد کند. در گازها، انتشار بسیار سریعتر است، اما با این حال، اگر هوا مخلوط نمی شد، بوی عطر یا آمونیاک ساعت ها در اتاق پخش می شد.

نظریه حرکت براونی: راه رفتن تصادفی

نظریه اسمولوچوفسکی-اینشتین قوانین انتشار و حرکت براونی را توضیح می دهد. ما می توانیم این الگوها را با استفاده از مثال انتشار در نظر بگیریم. اگر سرعت مولکول باشد تو، سپس، حرکت در یک خط مستقیم، در زمان تیمسافت را طی خواهد کرد L = ut، اما در اثر برخورد با مولکول های دیگر، این مولکول در یک خط مستقیم حرکت نمی کند، بلکه به طور مداوم جهت حرکت خود را تغییر می دهد. اگر بتوان مسیر یک مولکول را ترسیم کرد، اساساً هیچ تفاوتی با نقشه های به دست آمده توسط پرین نداشت. از این شکل ها مشخص است که به دلیل حرکت آشفته مولکول با فاصله جابجا می شود س، به طور قابل توجهی کمتر از L. این مقادیر با رابطه مرتبط هستند س= ، جایی که l فاصله ای است که یک مولکول از یک برخورد به برخورد دیگر می گذرد، میانگین مسیر آزاد. اندازه‌گیری‌ها نشان داده‌اند که برای مولکول‌های هوا در فشار اتمسفر معمولی l ~ 0.1 میکرومتر، به این معنی که با سرعت 500 متر بر ثانیه، یک مولکول نیتروژن یا اکسیژن این فاصله را در 10000 ثانیه (کمتر از سه ساعت) طی می‌کند. L= 5000 کیلومتر، و فقط از موقعیت اصلی جابجا می شود س= 0.7 متر (70 سانتی متر)، به همین دلیل است که مواد به دلیل انتشار، حتی در گازها، بسیار کند حرکت می کنند.

مسیر یک مولکول در نتیجه انتشار (یا مسیر یک ذره براونی) راه رفتن تصادفی نامیده می شود. فیزیکدانان شوخ این عبارت را دوباره به راه رفتن مست تعبیر کردند - «مسیر یک مست.» در واقع، حرکت یک ذره از یک موقعیت به موقعیت دیگر (یا مسیر یک مولکول که در معرض برخوردهای زیادی قرار می‌گیرد) شبیه حرکت یک فرد مست است. این قیاس همچنین به فرد اجازه می دهد تا به سادگی استنباط کند که معادله اساسی چنین فرآیندی بر اساس مثال حرکت یک بعدی است که به راحتی قابل تعمیم به سه بعدی است.

فرض کنید یک ملوان بداخلاق در اواخر شب از یک میخانه بیرون آمد و در امتداد خیابان حرکت کرد. پس از پیمودن مسیر l به نزدیکترین فانوس ، استراحت کرد و رفت ... یا جلوتر ، به فانوس بعدی ، یا برگشت ، به میخانه - بالاخره او به یاد نمی آورد از کجا آمده است. سوال این است که آیا او هرگز کدو سبز را ترک خواهد کرد یا فقط در اطراف آن پرسه می زند، حالا دور می شود، حالا به آن نزدیک می شود؟ (نسخه دیگری از مشکل بیان می کند که در هر دو انتهای خیابان، جایی که چراغ های خیابان ختم می شود، گودال های کثیفی وجود دارد و می پرسد که آیا ملوان می تواند از افتادن در یکی از آنها جلوگیری کند.) به طور شهودی، به نظر می رسد که پاسخ دوم صحیح است. اما نادرست است: معلوم می شود که ملوان به تدریج از نقطه صفر دورتر و دورتر می شود، اگرچه بسیار کندتر از زمانی که فقط در یک جهت راه برود. در اینجا نحوه اثبات آن آمده است.

ملوان پس از گذراندن اولین بار به نزدیکترین لامپ (به سمت راست یا چپ) در فاصله ای قرار می گیرد. س 1 = ± l از نقطه شروع. از آنجایی که ما فقط به فاصله آن از این نقطه علاقه داریم، نه جهت آن، با مربع کردن این عبارت از شر علائم خلاص خواهیم شد: س 1 2 = l 2. پس از مدتی، ملوان، که قبلاً تکمیل شده بود ن"سرگردان"، در فاصله خواهد بود

اس ن= از ابتدا و دوباره (در یک جهت) به نزدیکترین فانوس، در فاصله ای دور راه افتادیم اس ن+1 = اس ن± l یا با استفاده از مربع جابجایی، س 2 ن+1 = س 2 ن± 2 اس ن l + l 2. اگر ملوان این حرکت را بارها تکرار کند (از نقبل از ن+ 1)، سپس در نتیجه میانگین گیری (با احتمال مساوی می گذرد نگام به راست یا چپ)، ترم 2± اس نمن لغو خواهم کرد، بنابراین s 2 ن+1 = s2 ن+ l 2> (پرانتزهای زاویه مقدار متوسط ​​را نشان می دهند) L = 3600 m = 3.6 کیلومتر، در حالی که جابجایی از نقطه صفر برای همان زمان تنها برابر خواهد بود. س= = 190 متر در سه ساعت می گذرد L= 10.8 کیلومتر، و تغییر خواهد کرد س= 330 متر و غیره

کار کنید تو l در فرمول به دست آمده را می توان با ضریب انتشار مقایسه کرد، که همانطور که توسط فیزیکدان و ریاضیدان ایرلندی جورج گابریل استوکس (1819-1903) نشان داده شده است، به اندازه ذرات و ویسکوزیته محیط بستگی دارد. بر اساس ملاحظات مشابه، انیشتین معادله خود را استخراج کرد.

نظریه حرکت براونی در زندگی واقعی.

تئوری پیاده روی تصادفی کاربردهای عملی مهمی دارد. آنها می گویند که در غیاب نقاط دیدنی (خورشید، ستاره ها، سر و صدای یک بزرگراه یا راه آهن و غیره)، شخصی در جنگل، در یک مزرعه در طوفان برفی یا در مه غلیظ در دایره ها سرگردان است و همیشه به سمت خود باز می گردد. مکان اصلی در واقع، او به صورت دایره ای راه نمی رود، بلکه تقریباً به همان روشی حرکت می کند که مولکول ها یا ذرات براونی حرکت می کنند. او می تواند به مکان اصلی خود بازگردد، اما فقط به صورت تصادفی. اما او بارها از مسیر خود عبور می کند. آنها همچنین می گویند که افرادی که در طوفان برف یخ زده بودند "چند کیلومتر" از نزدیکترین مسکن یا جاده پیدا شده اند، اما در واقع فرد هیچ شانسی برای پیاده روی این کیلومتر نداشته است، و این دلیل است.

برای محاسبه میزان جابه‌جایی یک فرد در نتیجه پیاده‌روی‌های تصادفی، باید مقدار l را بدانید، یعنی. مسافتی که فرد می تواند در یک خط مستقیم بدون هیچ علامت مشخصی طی کند. این مقدار توسط دکتری علوم زمین شناسی و کانی شناسی B.S. Gorobets با کمک دانشجویان داوطلب اندازه گیری شد. او البته آنها را در یک جنگل انبوه یا در یک زمین پوشیده از برف رها نکرد، همه چیز ساده تر بود - دانش آموز را در مرکز یک استادیوم خالی قرار دادند، چشمانش را بسته بود و از او خواستند تا انتهای زمین فوتبال در سکوت کامل (برای حذف جهت گیری توسط صداها). معلوم شد که دانش آموز به طور متوسط ​​فقط حدود 20 متر در یک خط مستقیم راه می رفت (انحراف از خط مستقیم ایده آل از 5 درجه تجاوز نمی کرد) و سپس شروع به انحراف بیشتر و بیشتر از جهت اصلی کرد. در پایان، او به دور از رسیدن به لبه ایستاد.

بگذارید اکنون یک نفر با سرعت 2 کیلومتر در ساعت در جنگل راه برود (یا بهتر است بگوییم، سرگردان) (برای یک جاده این بسیار کند است، اما برای یک جنگل انبوه بسیار سریع است)، پس اگر مقدار l 20 باشد. متر، سپس در یک ساعت 2 کیلومتر را طی می کند، اما فقط 200 متر، در دو ساعت - حدود 280 متر، در سه ساعت - 350 متر، در 4 ساعت - 400 متر و غیره حرکت می کند. و در یک خط مستقیم حرکت می کند. با چنین سرعتی، یک فرد 8 کیلومتر را در 4 ساعت راه می‌رود، بنابراین، در دستورالعمل‌های ایمنی برای کار میدانی، قانون زیر وجود دارد: اگر نشانه‌ها گم شوند، باید در محل خود بمانید، یک پناهگاه ایجاد کنید و منتظر پایان باشید. از آب و هوای بد (آفتاب ممکن است بیرون بیاید) یا برای کمک. در جنگل، نشانه‌ها - درختان یا بوته‌ها - به شما کمک می‌کنند در یک خط مستقیم حرکت کنید، و هر بار باید به دو نقطه از این قبیل بچسبید - یکی در جلو، دیگری در پشت. اما، البته، بهتر است یک قطب نما با خود داشته باشید ...

ایلیا لینسون

ادبیات:

ماریو لیوزی. تاریخچه فیزیک. م.، میر، 1970
کرکر ام. حرکات براونی و واقعیت مولکولی قبل از سال 1900. مجله آموزش شیمی، 1974، ش. 51، شماره 12
Leenson I.A. واکنش های شیمیایی. م.، آسترل، 2002

نیروهای برهمکنش بین مولکولها……………………4

چرا جوردانو برونو سوزانده شد؟ 7

آیا گالیله گالیله از دیدگاه های علمی خود چشم پوشی کرد؟ .......................................... .....9

کتابشناسی - فهرست کتب……………………………......... ........................... .. . 13

حرکت براونی
حرکت براونی، حرکت تصادفی ذرات کوچک معلق در مایع یا گاز، که تحت تأثیر شوک‌های مولکول‌های محیط رخ می‌دهد. توسط رابرت افتتاح شدرنگ قهوه ای در سال 1827. ذرات معلق که فقط در زیر میکروسکوپ قابل مشاهده هستند، مستقل از یکدیگر حرکت می کنند و مسیرهای پیچیده زیگزاگی را توصیف می کنند. حرکت براونی در طول زمان ضعیف نمی شود و به خواص شیمیایی محیط بستگی ندارد. شدت حرکت براونی با افزایش دمای محیط و با کاهش ویسکوزیته و اندازه ذرات آن افزایش می یابد.
هنگام مشاهده حرکت براونی، موقعیت ذره در فواصل منظم ثبت می شود. البته، بین مشاهدات، ذره به صورت مستقیم حرکت نمی کند، اما اتصال موقعیت های متوالی با خطوط مستقیم، تصویری معمولی از حرکت به دست می دهد.
تئوری حرکت براونی حرکات تصادفی یک ذره را با عمل نیروهای تصادفی از مولکول ها و نیروهای اصطکاک توضیح می دهد. ماهیت تصادفی نیرو بدین معنی است که اگر این فواصل با هم تداخل نداشته باشند، عمل آن در بازه زمانی t 1 کاملاً مستقل از عمل در بازه t 2 است. میانگین نیرو در مدت زمان کافی طولانی صفر است و میانگین جابجایی ذره براونی نیز صفر است.
نظریه حرکت براونی نقش مهمی در شالوده مکانیک آماری ایفا کرد. علاوه بر این، اهمیت عملی نیز دارد. اول از همه، حرکت براونی دقت ابزار اندازه گیری را محدود می کند. برای مثال، حد دقت قرائت‌های یک گالوانومتر آینه‌ای با ارتعاش آینه تعیین می‌شود، مانند یک ذره براونی که توسط مولکول‌های هوا بمباران می‌شود. قوانین حرکت براونی حرکت تصادفی الکترون ها را تعیین می کند و باعث می شودصداها در مدارهای الکتریکی تلفات دی الکتریک دردی الکتریک ها با حرکات تصادفی مولکول های دوقطبی که دی الکتریک را تشکیل می دهند توضیح داده می شوند. حرکات تصادفی یون ها در محلول های الکترولیت باعث افزایش مقاومت الکتریکی آنها می شود.
نیروهای برهمکنش بین مولکول ها

برهمکنش بین مولکولی برهمکنش بین خنثی الکتریکی استمولکول ها یا اتم ها . نیروهای برهمکنش بین مولکولی برای اولین بار در نظر گرفته شدJ. D. van derwaals (1873 ) برای توضیح خواص گازها و مایعات واقعی.
نیروهای جهت یابیبین مولکول های قطبی، یعنی مولکول های بالحظات دوقطبی الکتریکی. نیروی جاذبه بین دو مولکول قطبی زمانی بیشتر است که گشتاورهای دوقطبی آنها در امتداد یک خط قرار گیرند. این نیرو به دلیل این واقعیت است که فاصله بین بارهای غیرمشابه کمی کمتر از بین بارهای مشابه است. در نتیجه جاذبه دوقطبی ها از دافعه آنها بیشتر می شود. اندرکنش دوقطبی ها به جهت گیری متقابل آنها بستگی دارد و بنابراین نیروهای برهمکنش دوقطبی نامیده می شوند. جهت گیری. حرکت حرارتی آشفته به طور مداوم جهت مولکول های قطبی را تغییر می دهد، اما، همانطور که محاسبات نشان می دهد، مقدار متوسط ​​نیرو در تمام جهت گیری های ممکن مقدار مشخصی دارد که برابر با صفر نیست.

نیروهای القایی (یا قطبش)بین مولکول های قطبی و غیر قطبی عمل می کنند. یک مولکول قطبی ایجاد می کندمیدان الکتریکی، که یک مولکول را با بارهای الکتریکی که به طور یکنواخت در سراسر حجم توزیع شده اند قطبی می کند. بارهای مثبت در جهت میدان الکتریکی جابه جا می شوند (یعنی دور از قطب مثبت) و بارهای منفی بر علیه (به سمت قطب مثبت) جابه جا می شوند. در نتیجه، یک گشتاور دوقطبی در یک مولکول غیرقطبی القا می شود.
این انرژی نامیده می شود القاء، از آنجایی که به دلیل قطبش مولکول های ناشی ازالقای الکترواستاتیک. نیروهای القایی ( اف ind ?r? 7) بین مولکول های قطبی نیز عمل می کند.
بین مولکول های غیر قطبی عمل می کند برهمکنش بین مولکولی پراکنده. ماهیت این تعامل تنها پس از ایجاد کاملاً مشخص شدمکانیک کوانتومی. در اتم ها و مولکول هاالکترون ها حرکت در اطراف هسته ها به روشی پیچیده. به طور متوسط ​​در طول زمان، گشتاورهای دوقطبی مولکول‌های غیرقطبی صفر می‌شوند. اما در هر لحظه الکترون ها موقعیتی را اشغال می کنند. بنابراین، مقدار لحظه ای گشتاور دوقطبی (مثلاً برای یک اتم هیدروژن) با صفر متفاوت است. یک دوقطبی آنی یک میدان الکتریکی ایجاد می کند که مولکول های همسایه را قطبی می کند. نتیجه یک تعامل است دوقطبی های آنی. انرژی برهمکنش بین مولکول های غیرقطبی نتیجه متوسط ​​برهمکنش همه دوقطبی های لحظه ای ممکن با گشتاورهای دوقطبی است که در مولکول های همسایه در اثر القاء القا می کنند.
برهمکنش بین مولکولی از این نوع نامیده می شود پراکندهزیراپراکندگی نور در یک ماده توسط همان خواص مولکول ها به عنوان این برهمکنش تعیین می شود. نیروهای پراکندگی بین همه اتم ها و مولکول ها عمل می کنند، زیرا مکانیسم ظاهر آنها به این بستگی ندارد که مولکول ها (اتم ها) دارای گشتاورهای دوقطبی دائمی هستند یا خیر. معمولاً این نیروها از نظر بزرگی هم از جهت گیری و هم از نیروی القایی فراتر می روند. فقط در طول برهمکنش مولکول ها با گشتاورهای دوقطبی بزرگ، به عنوان مثال مولکول های آب، اف یا > اف دیسپ(3 بار برای مولکول های آب). هنگام تعامل با مولکول های قطبی مانند CO، HI، HBr و دیگران، نیروهای پراکندگی ده ها و صدها برابر بیشتر از بقیه هستند.
بسیار قابل توجه است که هر سه نوع برهمکنش بین مولکولی به یک شکل با فاصله کاهش می یابد:
U = U یا + U ind + U دیسپ ?r ? 6
نیروهای دافعهبین مولکول ها در فواصل بسیار کوتاه هنگام پر شدن عمل می کنندپوسته های الکترونیکیاتم هایی که مولکول ها را می سازند. موجود در مکانیک کوانتومیاصل پائولی نفوذ لایه های الکترونی پر شده به یکدیگر را ممنوع می کند. نیروهای دافعه‌ای که به وجود می‌آیند، بیشتر از نیروهای جاذبه، به فردیت مولکول‌ها بستگی دارد.

چرا جووردانو برونو سوزانده شد؟
برونو جیوردانو فیلیپه (1548، نولا، - 17.2.1600، رم)، فیلسوف و شاعر ایتالیایی، نمایندهپانتئیسم . او که توسط روحانیون به دلیل عقایدش تحت تعقیب قرار گرفت، ایتالیا را ترک کرد و در فرانسه، انگلستان و آلمان زندگی کرد. پس از بازگشت به ایتالیا (1592) به بدعت و آزاد اندیشی متهم شد و پس از هشت سال زندان، در آتش سوزانده شد.
در اندیشه های فلسفی برونونوافلاطونیسم (به ویژه ایده هایی در مورد یک آغاز واحد و روح جهانی به عنوان اصل محرکه جهان، که برونو را به سمتهیلوزوئیسم ) با تأثیر شدید دیدگاه های ماتریالیست های باستان و همچنین فیثاغورثی ها تلاقی یافت. شکل گیری فلسفه طبیعی پانته ایستی برونو، که علیه ارسطویی گرایی مکتبی بود، تا حد زیادی با آشنایی برونو با فلسفه نیکلاس کوزا (که برونو ایده «الهیات منفی» را نیز از او آموخت، بر اساس عدم امکان تعریف مثبت، تسهیل شد. از خدا). برونو بر اساس این منابع، هدف فلسفه را نه شناخت خدای ماوراء الطبیعه، بلکه شناخت طبیعت که «خدا در اشیا» است، می دانست. توسعه تئوری هلیوسنتریک N.کوپرنیک , برونو که تأثیر زیادی روی او گذاشت، ایده هایی در مورد بی نهایت طبیعت و تعداد نامتناهی جهان ها بیان کرد، همگنی فیزیکی جهان (آموزه 5 عنصری که همه بدن ها را تشکیل می دهند - زمین، آب، آتش، هوا) را بیان کرد. و اتر). برونو ایده یک جوهر ساده بی نهایت واحد را که بسیاری از چیزها از آن ناشی می شود با ایده خویشاوندی درونی و تصادف اضداد مرتبط دانست ("درباره علت، آغاز و یک"، 1584). در بینهایت، در حال شناسایی، خط مستقیم و دایره، مرکز و پیرامون، شکل و ماده و غیره با هم ادغام می شوند. واحد اساسی وجود استموناد ، که در فعالیت آن جسم و روح، شیء و فاعل در هم می آمیزند. جوهر برتر «موناد مونادها» یا خداست. به طور کلی در همه چیز فردی - "همه چیز در همه چیز" ظاهر می شود. این ایده ها تأثیر زیادی در توسعه فلسفه مدرن داشتند: ایده جوهر واحد در رابطه با اشیاء فردی توسط برونو اسپینوزا، ایده یک موناد - توسط G. Leibniz، ایده وحدت وجود و "تصادف اضداد" - در دیالکتیک اف. شلینگ و جی. هگل. بنابراین، فلسفه برونو پیوند انتقالی از نظام های فلسفی قرون وسطی به مفاهیم فلسفی دوران مدرن بود.
V.V. Sokolov.
در کیهان شناسی، برونو تعدادی حدس را بیان کرد که جلوتر از دوران او بود و تنها با اکتشافات نجومی بعدی توجیه می شد: در مورد وجود سیارات ناشناخته در زمان او در منظومه شمسی، در مورد چرخش خورشید و ستارگان حول یک محور (" در مورد بی اندازه و بی شمار»، 1591)، در مورد اینکه در کیهان اجسام بی شماری مشابه خورشید ما وجود دارد، و غیره. برونو عقاید قرون وسطایی در مورد تقابل بین زمین و آسمان را رد کرد و علیه انسان محوری صحبت کرد و در مورد قابلیت سکونت صحبت کرد. از دنیاهای دیگر
برونو به عنوان شاعر به مخالفان کلاسیک گرایی تعلق داشت. اثر هنری خود برونو: شعر طنز ضد روحانی "کشتی نوح"، غزل های فلسفی، کمدی "شمعدان" (1582، ترجمه روسی 1940)، که در آن برونو قوانین "کمدی آموخته شده" را می شکند و یک اثر آزاد خلق می کند. فرم دراماتیکی که امکان تصویری واقع گرایانه از زندگی و آداب و رسوم خیابان ناپل را فراهم می کند. برونو در این کمدی، خرافات و خرافات را به سخره می گیرد و با طعنه ای تند به بداخلاقی احمقانه و ریاکارانه ای که ارتجاع کاتولیک به همراه داشت حمله می کند.
R. I. خلودوفسکی

آیا گالیله گالیله از دیدگاه های علمی خود چشم پوشی کرد؟
در سال 1609، بر اساس اطلاعاتی که در مورد تلسکوپ اختراع شده در هلند به او رسید، گالیله اولین تلسکوپ خود را ساخت که تقریباً 3 برابر بزرگنمایی می کرد. عملکرد این تلسکوپ از برج St. تمبر در ونیز بود و تاثیر زیادی بر جای گذاشت. گالیله به زودی تلسکوپی با بزرگنمایی 32 برابر ساخت. مشاهدات انجام شده با کمک آن، "کره های ایده آل" ارسطو و عقیده کمال اجرام آسمانی را از بین برد: معلوم شد که سطح ماه پوشیده از کوه ها و حفره های دهانه است، ستارگان اندازه ظاهری خود را از دست داده و فاصله عظیم آنها درک شده است. برای اولین بار. مشتری 4 ماهواره کشف کرد و تعداد زیادی ستاره جدید در آسمان قابل مشاهده شدند. کهکشان راه شیری به ستارگان منفرد تقسیم شد. گالیله مشاهدات خود را در اثر "پیام آور ستاره ای" (11-1610) توصیف کرد که تأثیر خیره کننده ای بر جای گذاشت. در همان زمان، جنجال شدیدی آغاز شد. گالیله متهم به این واقعیت بود که هر چیزی که می دید یک توهم نوری بود؛ آنها همچنین به سادگی استدلال می کردند که مشاهدات او با ارسطو در تضاد است و بنابراین اشتباه بودند.
اکتشافات نجومی نقطه عطفی در زندگی گالیله بود: او از تدریس آزاد شد و به دعوت دوک کوزیمو دوم مدیچی به فلورانس نقل مکان کرد. او در اینجا «فیلسوف» و «نخستین ریاضیدان» دانشگاه می شود، بدون اینکه مجبور به سخنرانی باشد.
در ادامه مشاهدات تلسکوپی، گالیله مراحل زهره، لکه های خورشیدی و چرخش خورشید را کشف کرد، حرکت ماهواره های مشتری را مطالعه کرد و زحل را مشاهده کرد. در سال 1611، گالیله به رم سفر کرد، جایی که با استقبال پرشور دربار پاپ مواجه شد و در آنجا با شاهزاده سزی، بنیانگذار Accademia dei Lincei ("آکادمی سیاهگوش") که به عضویت آن درآمد دوست شد. . به اصرار دوک، گالیله اولین اثر ضد ارسطویی خود را با عنوان «گفتار در مورد اجسام در آب و آنهایی که در آن حرکت می‌کنند» (1612) منتشر کرد، جایی که او اصل گشتاورهای برابر را برای استخراج شرایط تعادل در اجسام مایع به کار برد. .
با این حال، در سال 1613، نامه ای از گالیله به ابوت کاستلی معروف شد که در آن او از نظرات کوپرنیک دفاع می کرد. این نامه دلیلی برای محکوم کردن مستقیم گالیله به تفتیش عقاید بود. در سال 1616، جماعت یسوعیان تعالیم کوپرنیک را بدعت گذار اعلام کردند و کتاب کوپرنیک در فهرست کتاب های ممنوعه قرار گرفت. گالیله در این فرمان نامی برده نشد، اما به طور خصوصی به او دستور داده شد که از دفاع خود از این دکترین چشم پوشی کند. گالیله به طور رسمی به این فرمان تسلیم شد. برای چندین سال او مجبور شد در مورد سیستم کوپرنیک سکوت کند یا در مورد آن با اشاراتی صحبت کند. گالیله در سال 1616 به رم سفر کرد. الهی‌دانان، به اصطلاح «تهیه‌کنندگان پرونده برای تفتیش عقاید»، در کاخ پاپ گرد هم می‌آیند تا دکترین کوپرنیک را مورد بحث و آزمایش قرار دهند و سپس فرمانی مبنی بر ممنوعیت موعظه نظرات کوپرنیک صادر می‌کنند. این اولین ممنوعیت رسمی بود. اما گالیله از نظرات خود دست برنداشت. فقط مراقبم بیشتر شد او که از حق تبلیغ تعالیم کوپرنیک محروم شد، انتقادات خود را علیه ارسطو معطوف کرد. تنها اثر مهم گالیله در این دوره «آزمایشگر» بود، رساله‌ای جدلی درباره سه ستاره دنباله‌دار که در سال 1618 ظاهر شد.
گالیله که از اعتبار سیستم کوپرنیک متقاعد شده بود، شروع به کار بر روی یک رساله نجومی بزرگ به نام "گفتگو در مورد دو سیستم مهم جهان - بطلمیوسی و کوپرنیک" (1632) کرد. این اثر به‌طور قانع‌کننده‌ای مزایای آموزه‌های کوپرنیکی را ثابت می‌کند و پاپ، که در نقاب بازنده ساده‌اندیش سیمپلیسیو، طرفدار مفهوم ارسطویی به تصویر کشیده شده است، چنان احمقی به نظر می‌رسد که رعد و برق دیری نمی‌آید. بابا ناراحت شد دشمنان گالیله از این موضوع سوء استفاده کردند و او به دادگاه احضار شد. روح گالیله هفتاد ساله شکسته شد. دانشمند مسن مجبور به توبه علنی شد و در سالهای آخر عمر خود را در حصر خانگی و تحت نظر تفتیش عقاید گذراند. در سال 1635 او از "آموزه های بدعت آمیز خود" دست کشید. دانشمند گالیله یک قهرمان نبود. او شکست را پذیرفت. اما در تاریخ علم، او دانشمند بزرگی باقی ماند و محاکمه گالیله، حتی به قول پیروان مذهب کاتولیک، "مهلک ترین اشتباهی بود که مقامات کلیسا در مورد علم مرتکب شده اند."
در سال 1623، کاردینال مافئو باربرینی، دوست گالیله، به نام اوربان هشتم بر تخت پاپ نشست. از نظر گالیله، این رویداد معادل رهایی از قیدهای ممنوعیت (فرمان) به نظر می رسید. در سال 1630، او با نسخه خطی تمام شده "گفت و گو در جزر و مد جزر و مد" (اولین عنوان "گفتگو در مورد دو سیستم اصلی جهان") وارد رم شد که در آن سیستم های کوپرنیک و بطلمیوس در گفتگوهای بین سه طرف صحبت می شود: ساگردو، سالویاتی و سیمپلیسیو.
و غیره.................

امروز ما نگاهی دقیق تر به یک موضوع مهم خواهیم داشت - حرکت براونی قطعات کوچک ماده در یک مایع یا گاز را تعریف می کنیم.

نقشه و مختصات

برخی از دانش آموزان مدرسه ای که از درس های خسته کننده عذاب می کشند، نمی دانند که چرا فیزیک می خوانند. در ضمن همین علم بود که روزگاری کشف آمریکا را ممکن کرد!

بیایید از راه دور شروع کنیم. تمدن های باستانی مدیترانه، به یک معنا، خوش شانس بودند: آنها در سواحل یک مجموعه آبی بسته داخلی توسعه یافتند. دریای مدیترانه به این دلیل نامیده می شود که از هر طرف توسط خشکی احاطه شده است. و مسافران باستانی می‌توانستند با اکسپدیشن خود بسیار دور سفر کنند بدون اینکه سواحل را از دست بدهند. خطوط کلی زمین به ناوبری کمک کرد. و اولین نقشه ها به جای جغرافیایی به صورت توصیفی ترسیم شدند. به لطف این سفرهای نسبتا کوتاه، یونانی ها، فنیقی ها و مصری ها در ساخت کشتی بسیار ماهر شدند. و جایی که بهترین تجهیزات وجود دارد، میل به جابجایی مرزهای دنیای شما وجود دارد.

بنابراین، یک روز خوب، قدرت های اروپایی تصمیم گرفتند وارد اقیانوس شوند. ملوانان در حین دریانوردی در پهنه‌های بی‌پایان بین قاره‌ها، ماه‌ها فقط آب می‌دیدند و مجبور بودند به نحوی راه خود را پیدا کنند. اختراع ساعت های دقیق و قطب نما با کیفیت بالا به تعیین مختصات فرد کمک کرد.

ساعت و قطب نما

اختراع کرنومترهای کوچک دستی کمک زیادی به ملوانان کرد. برای تعیین اینکه دقیقاً کجا هستند، آنها باید یک ابزار ساده داشته باشند که ارتفاع خورشید را در بالای افق اندازه گیری کند و بدانند دقیقاً چه زمانی ظهر است. و به لطف قطب نما، ناخداهای کشتی می دانستند که به کجا می روند. هم ساعت و هم خواص سوزن مغناطیسی توسط فیزیکدانان مطالعه و ایجاد شد. به لطف این، تمام جهان به روی اروپایی ها باز شد.

قاره‌های جدید سرزمین‌های ناشناس، سرزمین‌های ناشناخته بودند. گیاهان عجیبی روی آنها رشد کردند و حیوانات عجیبی پیدا شدند.

گیاهان و فیزیک

همه طبیعت گرایان جهان متمدن برای مطالعه این سیستم های جدید اکولوژیکی عجیب شتافتند. و البته به دنبال بهره مندی از آنها بودند.

رابرت براون یک گیاه شناس انگلیسی بود. او به استرالیا و تاسمانی سفر کرد و مجموعه های گیاهی را در آنجا جمع آوری کرد. از قبل در خانه در انگلستان، او سخت روی توصیف و طبقه بندی مطالب آورده شده کار کرد. و این دانشمند بسیار دقیق بود. یک روز هنگام مشاهده حرکت گرده در شیره گیاهی متوجه شد: ذرات کوچک دائماً حرکات زیگزاگی آشفته ای انجام می دهند. این تعریف حرکت براونی عناصر کوچک در گازها و مایعات است. به لطف این کشف، گیاه شناس شگفت انگیز نام خود را در تاریخ فیزیک نوشت!

براون و گوی

در علم اروپایی مرسوم است که یک اثر یا پدیده را به نام کسی که آن را کشف کرده است نامگذاری کنند. اما اغلب این اتفاق به طور تصادفی رخ می دهد. اما شخصی که یک قانون فیزیکی را توصیف می‌کند، اهمیت آن را کشف می‌کند یا با جزئیات بیشتری بررسی می‌کند، خود را در سایه می‌بیند. این اتفاق در مورد فرانسوی لوئی ژرژ گوی افتاد. این او بود که تعریف حرکت براونی را ارائه کرد (کلاس هفتم قطعاً هنگام مطالعه این موضوع در فیزیک در مورد آن چیزی نمی شنود).

تحقیقات گوی و خواص حرکت براونی

آزمایشگر فرانسوی لویی ژرژ گوی حرکت انواع مختلف ذرات را در چندین مایع از جمله محلول ها مشاهده کرد. علم آن زمان قبلاً قادر به تعیین دقیق اندازه قطعات ماده تا دهم میکرومتر بود. در حین بررسی حرکت براونی (این گوی بود که تعریف این پدیده را در فیزیک ارائه کرد)، دانشمند متوجه شد: شدت حرکت ذرات اگر در محیطی با چسبندگی کمتر قرار گیرند افزایش می یابد. او که یک آزمایشگر طیف وسیع بود، تعلیق را در معرض نور و میدان های الکترومغناطیسی با قدرت های مختلف قرار داد. این دانشمند دریافت که این عوامل به هیچ وجه بر پرش های زیگزاگی آشفته ذرات تأثیر نمی گذارد. گوی به طور واضح آنچه را که حرکت براونی ثابت می کند نشان داد: حرکت حرارتی مولکول های یک مایع یا گاز.

تیم و توده

اکنون اجازه دهید مکانیسم پرش های زیگزاگی قطعات کوچک ماده در یک مایع را با جزئیات بیشتری شرح دهیم.

هر ماده ای از اتم یا مولکول تشکیل شده است. این عناصر جهان بسیار کوچک هستند، هیچ میکروسکوپ نوری نمی تواند آنها را ببیند. در مایع همیشه نوسان می کنند و حرکت می کنند. وقتی هر ذره مرئی وارد محلولی می شود، جرم آن هزاران بار بیشتر از یک اتم است. حرکت براونی مولکول های مایع به طور آشفته ای رخ می دهد. اما با این وجود، همه اتم ها یا مولکول ها یک جمع هستند، آنها به یکدیگر متصل هستند، مانند افرادی که دست به دست هم می دهند. بنابراین، گاهی اوقات اتفاق می افتد که اتم های مایع در یک طرف ذره به گونه ای حرکت می کنند که روی آن "فشار" می کنند، در حالی که محیطی با چگالی کمتر در طرف دیگر ذره ایجاد می شود. بنابراین، ذرات غبار در فضای محلول حرکت می کند. در جاهای دیگر، حرکت جمعی مولکول‌های سیال به‌طور تصادفی روی طرف دیگر یک جزء عظیم‌تر تأثیر می‌گذارد. این دقیقاً چگونه حرکت براونی ذرات رخ می دهد.

زمان و انیشتین

اگر دمای ماده ای غیر صفر باشد، اتم های آن دچار ارتعاشات حرارتی می شوند. بنابراین، حتی در یک مایع بسیار سرد یا فوق سرد، حرکت براونی وجود دارد. این پرش های آشفته ذرات معلق کوچک هرگز متوقف نمی شود.

آلبرت اینشتین شاید مشهورترین دانشمند قرن بیستم باشد. هر کسی که حداقل تا حدودی به فیزیک علاقه دارد فرمول E = mc 2 را می داند. بسیاری ممکن است اثر فوتوالکتریک را که به خاطر آن جایزه نوبل دریافت کرد و نظریه نسبیت خاص را به خاطر داشته باشند. اما تعداد کمی از مردم می دانند که انیشتین فرمولی برای حرکت براونی ایجاد کرده است.

بر اساس نظریه جنبشی مولکولی، دانشمند ضریب انتشار ذرات معلق در مایع را بدست آورد. و این در سال 1905 اتفاق افتاد. فرمول به صورت زیر است:

D = (R * T) / (6 * N A * a * π * ξ)،

در جایی که D ضریب مورد نظر است، R ثابت گاز جهانی، T دمای مطلق (بیان شده بر حسب کلوین)، N A ثابت آووگادرو است (مطابق با یک مول از یک ماده یا تقریبا 10 23 مولکول)، a میانگین تقریبی است. شعاع ذرات، ξ ویسکوزیته دینامیکی یک مایع یا محلول است.

و قبلاً در سال 1908 ، فیزیکدان فرانسوی ژان پرین و شاگردانش صحت محاسبات اینشتین را به طور تجربی ثابت کردند.

یک ذره در میدان جنگجو

در بالا، تأثیر جمعی محیط بر بسیاری از ذرات را توضیح دادیم. اما حتی یک عنصر خارجی در یک مایع می تواند باعث ایجاد برخی الگوها و وابستگی ها شود. به عنوان مثال، اگر یک ذره براونی را برای مدت طولانی مشاهده کنید، می توانید تمام حرکات آن را ثبت کنید. و از این هرج و مرج یک سیستم هماهنگ پدید خواهد آمد. میانگین حرکت یک ذره براونی در امتداد یک جهت متناسب با زمان است.

در آزمایشات روی یک ذره در مایع، مقادیر زیر تصفیه شد:

• ثابت بولتزمن؛
• شماره آووگادرو

علاوه بر حرکت خطی، چرخش آشفته نیز مشخص است. و میانگین جابجایی زاویه ای نیز متناسب با زمان مشاهده است.

اندازه ها و شکل ها

پس از چنین استدلالی، ممکن است یک سوال منطقی مطرح شود: چرا این تأثیر برای اجسام بزرگ مشاهده نمی شود؟ زیرا زمانی که وسعت یک جسم غوطه ور در یک مایع بیشتر از مقدار معینی باشد، تمام این "هل"های تصادفی جمعی مولکول ها، همانطور که به طور میانگین محاسبه می شوند، به فشار ثابت تبدیل می شوند. و ژنرال ارشمیدس در حال حاضر روی بدن عمل می کند. بنابراین، یک قطعه بزرگ آهن غرق می شود و گرد و غبار فلز در آب شناور می شود.

اندازه ذرات، به عنوان نمونه ای که نوسانات مولکول های مایع آشکار می شود، نباید از 5 میکرومتر تجاوز کند. در مورد اجسام بزرگ، این اثر قابل توجه نخواهد بود.

رابرت براون گیاه شناس اسکاتلندی در طول زندگی خود به عنوان بهترین کارشناس گیاهی عنوان "شاهزاده گیاه شناسان" را دریافت کرد. او اکتشافات شگفت انگیز زیادی انجام داد. در سال 1805، پس از یک سفر 4 ساله به استرالیا، او حدود 4000 گونه از گیاهان استرالیایی را که برای دانشمندان ناشناخته بود، به انگلستان آورد و سالهای زیادی را صرف مطالعه آنها کرد. توصیف گیاهانی که از اندونزی و آفریقای مرکزی آورده شده اند. او فیزیولوژی گیاهی را مطالعه کرد و برای اولین بار هسته یک سلول گیاهی را با جزئیات توصیف کرد. اما نام دانشمند اکنون به دلیل این آثار به طور گسترده شناخته شده است.

در سال 1827 براون تحقیقی در مورد گرده گیاهان انجام داد. او به خصوص به چگونگی مشارکت گرده در فرآیند لقاح علاقه داشت. یک بار، زیر میکروسکوپ، دانه‌های سیتوپلاسمی دراز معلق در آب از سلول‌های گرده گیاه آمریکای شمالی کلارکیا پولچلا را بررسی کرد. ناگهان براون دید که کوچکترین دانه های جامد که به سختی در قطره ای آب دیده می شد، مدام می لرزیدند و از جایی به جای دیگر حرکت می کردند. او دریافت که این حرکات، به قول او، «با جریان در مایع یا تبخیر تدریجی آن مرتبط نیستند، بلکه ذاتی خود ذرات هستند».

مشاهدات براون توسط دانشمندان دیگر تأیید شد. کوچکترین ذرات طوری رفتار می کردند که گویی زنده هستند و "رقص" ذرات با افزایش دما و کاهش اندازه ذرات شتاب می گرفت و هنگام جایگزینی آب با یک محیط چسبناک تر، به وضوح کند شد. این پدیده شگفت انگیز هرگز متوقف نشد: می توان آن را تا زمانی که بخواهیم مشاهده کرد. در ابتدا، براون حتی فکر کرد که موجودات زنده واقعاً در میدان میکروسکوپ افتاده اند، به خصوص که گرده سلول های زایشی نر گیاهان است، اما ذرات گیاهان مرده نیز وجود دارد، حتی از آنهایی که صد سال قبل در گیاهان خشک شده بودند. سپس براون به این فکر کرد که آیا اینها "مولکول های اولیه موجودات زنده" هستند که طبیعت شناس مشهور فرانسوی ژرژ بوفون (1707-1788)، نویسنده 36 جلدی تاریخ طبیعی، درباره آنها صحبت کرد. زمانی که براون شروع به بررسی اجسام به ظاهر بی جان کرد، این فرض از بین رفت. در ابتدا ذرات بسیار کوچک زغال سنگ و همچنین دوده و غبار هوای لندن بود و سپس مواد معدنی ریز آسیاب شده بودند: شیشه، بسیاری از مواد معدنی مختلف. براون نوشت: «مولکول‌های فعال» همه جا بودند: «در هر ماده معدنی، که من موفق شده‌ام آن‌ها را به اندازه‌ای به غبار تبدیل کنم که می‌توانست مدتی در آب معلق بماند، در مقادیر کم یا زیاد، این مولکول ها."

برای حدود 30 سال، کشف براون مورد توجه فیزیکدانان قرار نگرفت. به این پدیده جدید اهمیت چندانی داده نشد، با توجه به اینکه با لرزش آماده سازی یا مشابه حرکت ذرات غبار که در جو مشاهده می شود وقتی پرتوی از نور بر روی آنها می افتد، توضیح داده می شود و همانطور که مشخص بود. ، در اثر حرکت هوا ایجاد می شود. اما اگر حرکات ذرات براونی ناشی از هر جریانی در مایع باشد، آنگاه چنین ذرات همسایه به طور هماهنگ حرکت می‌کنند که با داده‌های رصدی در تضاد است.

توضیحی در مورد حرکت براونی (که این پدیده نامیده می شد) توسط حرکت مولکول های نامرئی تنها در ربع آخر قرن نوزدهم ارائه شد، اما بلافاصله توسط همه دانشمندان پذیرفته نشد. در سال 1863، یک معلم هندسه توصیفی از کارلسروهه (آلمان)، لودویگ کریستین وینر (1826-1896)، پیشنهاد کرد که این پدیده با حرکات نوسانی اتم های نامرئی مرتبط است. مهم این است که وینر فرصت استفاده از این پدیده را برای نفوذ به اسرار ساختار ماده دید. او اولین کسی بود که سعی کرد سرعت حرکت ذرات براونی و وابستگی آن به اندازه آنها را اندازه گیری کند. اما نتیجه گیری وینر با معرفی مفهوم "اتم های اتر" علاوه بر اتم های ماده پیچیده شد. در سال 1876، ویلیام رمزی، و در سال 1877، کشیشان یسوعی بلژیکی، کاربونل، دلسو و تیریون، و سرانجام، در سال 1888، گای، ماهیت حرارتی حرکت براونی را به وضوح نشان دادند [5].

دلسو و کاربونل نوشتند: «در یک منطقه بزرگ، ضربه مولکول‌ها که عامل فشار هستند، باعث لرزش جسم معلق نمی‌شوند، زیرا با هم فشار یکنواختی را در تمام جهات بر بدن ایجاد می‌کنند. . اما اگر مساحت برای جبران ناهمواری کافی نباشد، باید نابرابری فشارها و تغییر مداوم آنها از نقطه به نقطه را در نظر گرفت. قانون اعداد بزرگ دیگر اثر برخوردها را به یک فشار یکنواخت متوسط ​​کاهش نمی‌دهد، نتیجه آن‌ها دیگر برابر با صفر نخواهد بود، بلکه به طور مداوم جهت و بزرگی آن را تغییر می‌دهد.

اگر این توضیح را بپذیریم، می توان گفت که پدیده حرکت حرارتی مایعات، که توسط نظریه جنبشی فرض شده است، ad oculos (بصری) اثبات شده است. همانطور که می توان بدون تشخیص امواج در دوردست در دریا، تکان خوردن یک قایق در افق را توسط امواج توضیح داد، به همین ترتیب، بدون دیدن حرکت مولکول ها، می توان آن را با حرکت ذرات معلق قضاوت کرد. در یک مایع

این توضیح حرکت براونی نه تنها به عنوان تأییدی بر نظریه جنبشی قابل توجه است، بلکه پیامدهای نظری مهمی را نیز به دنبال دارد. طبق قانون بقای انرژی، تغییر در سرعت یک ذره معلق باید با تغییر دما در مجاورت این ذره همراه باشد: این دما در صورت کاهش سرعت ذره افزایش می‌یابد و در صورت کاهش سرعت کاهش می‌یابد. ذره افزایش می یابد. بنابراین، تعادل حرارتی یک مایع یک تعادل آماری است.

مشاهدات مهم تری در سال 1888 توسط گای انجام شد: حرکت براونی، به طور دقیق، از قانون دوم ترمودینامیک پیروی نمی کند. در واقع وقتی ذره ای معلق خود به خود در مایعی بالا می آید، بخشی از گرمای محیط خود به خود به کار مکانیکی تبدیل می شود که قانون دوم ترمودینامیک آن را ممنوع کرده است. با این حال، مشاهدات نشان داده اند که بلند شدن یک ذره کمتر اتفاق می افتد، هر چه ذره سنگین تر باشد. برای ذرات ماده با اندازه معمولی، این احتمال چنین افزایشی عملاً صفر است.

بنابراین، قانون دوم ترمودینامیک به قانون احتمالات تبدیل می شود تا قانون ضرورت. هیچ تجربه قبلی این تفسیر آماری را تایید نکرده است. برای اینکه قانون دوم ترمودینامیک به قانون ضرورت تبدیل شود، کافی بود وجود مولکول ها را انکار کنیم، همانطور که مثلاً توسط مکتب انرژی، که تحت رهبری ماخ و استوالد شکوفا شد، انجام شد. اما پس از کشف حرکت براونی، تفسیر دقیق قانون دوم غیرممکن شد: تجربه واقعی وجود داشت که نشان می داد قانون دوم ترمودینامیک دائماً در طبیعت نقض می شود، که یک ماشین حرکت دائمی از نوع دوم نه تنها مستثنی نیست. ، اما به طور مداوم درست در مقابل چشمان ما درک می شود.

بنابراین، در پایان قرن گذشته، مطالعه حرکت براونی اهمیت نظری زیادی پیدا کرد و توجه بسیاری از فیزیکدانان نظری و به ویژه انیشتین را به خود جلب کرد.

یکی از شواهد غیرمستقیم این است که همه مواد از اتم ها و مولکول هایی تشکیل شده اند که به طور تصادفی حرکت می کنند حرکت براونی.

این حرکت آشفته پیوسته ذرات معلق در یک مایع یا گاز است.

دلیل این حرکت برخورد مولکول ها با ذره ای است که یکدیگر را جبران نمی کنند.

اگر از طریق شیشه بطری به نور نگاه کنید، می توانید ببینید که چگونه ذرات گرد و غبار حرکات آشفته ای را در هوا انجام می دهند.

مشاهدات رابرت براون

در سال 1827، رابرت براون، گیاه شناس اسکاتلندی، مشاهدات خود را به جامعه علمی گزارش داد. او دانه های ریز گرده را به آب اضافه کرد، آنها را با نور شدید روشن کرد و زیر میکروسکوپ مشاهده کرد.

براون حرکت قوی، پیوسته و زیگزاگی این ذرات را در آب کشف کرد، اگرچه سطح مایع کاملاً بی حرکت بود.

در آن زمان نتوانست توضیح دهد که منشأ این حرکت چه شد. علت این پدیده اختلاف دمای داخل آب و تکان خوردن میزی بود که آزمایش روی آن انجام شد.

تا پایان قرن، دانشمندان در مورد حرکت براونی تردید داشتند. تنها تعداد کمی آن را تاییدی بر نظریه جنبشی مولکولی ساختار ماده می دانستند.

سایر فیزیکدانان اصرار داشتند که اتم ها و مولکول ها در واقع به عنوان اشیاء واقعی وجود ندارند، بلکه مفاهیم ریاضی برای محاسبه نتایج واکنش های شیمیایی مفید هستند.

نظریه انیشتین و آزمایش پرین

در سال 1905، آلبرت انیشتین که از مشاهدات براون بی خبر بود، مقاله ای منتشر کرد که در آن با استفاده از محاسبات ریاضی استدلال کرد که اگر ذره کوچکی از یک ماده در آب قرار گیرد، شروع به حرکت در جهات مختلف می کند. حرکت ذره نتیجه بمباران از همه طرف توسط مولکول های آب خواهد بود. در یک نقطه خاص از زمان، مولکول‌های آب بیشتر از یک طرف به ذره برخورد می‌کنند و در نتیجه یک حرکت به ظاهر تصادفی ایجاد می‌شود. کار اینشتین اولین استدلال نظری برای وجود مولکول ها و اتم ها شد.

در سال 1909، آزمایشی توسط دانشمند فرانسوی ژان باپتیست پرین، فرمول انیشتین را تأیید کرد که در سال 1905 منتشر شد و به اثبات وجود اتم ها و مولکول ها کمک کرد. این مدرک برای او جایزه نوبل فیزیک در سال 1926 را به ارمغان آورد.

با توجه به معادلات اینشتین که از نظر آماری حرکت براونی را توصیف می کند، برخی از ذرات معلق در آب باید در جهت مخالف نیروی گرانش حرکت کنند. از آنجایی که مولکول های آب به آنها تکانه می دهند و جهت حرکت آنها را تغییر می دهند.

پرین مشاهدات پر زحمت خود را از رفتار ذرات عصاره صمغ در سال 1908 برای تعیین اندازه تقریبی مولکول های آب آغاز کرد.

او چندین ماه را در انزوا با مشاهده تکه‌های گومیگوت به وزن 0.1 گرم گذراند. طبق نظریه مولکولی انیشتین، همه ذرات در ته سوسپانسیون فرو نمی روند. ژان پرین تعداد ذرات را در اعماق مختلف در یک قطره مایع به عمق 0.12 میلی متر شمارش کرد. مطابق با پیش‌بینی‌های ریاضی نظریه انیشتین، غلظت ذرات با ارتفاع به‌طور تصاعدی کاهش می‌یابد.

اینشتین مفهوم عدد آووگادرو (6.023 * 10 23) را با حرکت براونی مرتبط کرد. پرین این مقدار را با انجام محاسبات بر اساس داده های به دست آمده در آزمایشگاه به دست آورد.

او در طول سخنرانی نوبل خود گفت: «اگر مولکول‌ها و اتم‌ها واقعاً وجود داشته باشند، وزن نسبی آنها برای ما مشخص است. زمانی که عدد آووگادرو را بدانیم، می توانیم وزن مطلق آنها را نیز بدانیم.