Një shkencëtar gjerman shpjegoi lëvizjen Brownian. Lëvizja Brownian: përkufizim. Lëvizja Brownian - çfarë është ajo? Ekipi dhe masa

Botanisti skocez Robert Brown (nganjëherë mbiemri i tij transkriptohet si Brown) gjatë jetës së tij, si eksperti më i mirë i bimëve, mori titullin "Princi i Botanistëve". Ai bëri shumë zbulime të mrekullueshme. Në vitin 1805, pas një ekspedite katërvjeçare në Australi, ai solli në Angli rreth 4000 lloje bimësh australiane të panjohura për shkencëtarët dhe kaloi shumë vite duke i studiuar ato. Përshkroi bimë të sjella nga Indonezia dhe Afrika Qendrore. Ai studioi fiziologjinë e bimëve dhe për herë të parë përshkroi në detaje bërthamën e një qelize bimore. Akademia e Shkencave e Shën Petersburgut e bëri anëtar nderi. Por emri i shkencëtarit tani është i njohur gjerësisht jo për shkak të këtyre veprave.

Në 1827 Brown kreu kërkime mbi polenin e bimëve. Ai ishte veçanërisht i interesuar se si poleni merr pjesë në procesin e fekondimit. Një herë ai shikoi nën një mikroskop qelizat e polenit nga një bimë e Amerikës së Veriut. Clarkia pulchella(pretty clarkia) kokrra të zgjatura citoplazmike të pezulluara në ujë. Papritur Brown pa se kokrrat më të vogla të ngurta, të cilat mezi shiheshin në një pikë uji, po dridheshin vazhdimisht dhe lëviznin nga një vend në tjetrin. Ai zbuloi se këto lëvizje, sipas fjalëve të tij, "nuk shoqërohen as me rrjedhat në lëng ose me avullimin gradual të tij, por janë të natyrshme në vetë grimcat".

Vëzhgimi i Brown u konfirmua nga shkencëtarë të tjerë. Grimcat më të vogla silleshin sikur të ishin të gjalla, dhe "vallet" e grimcave u përshpejtuan me rritjen e temperaturës dhe zvogëlimin e madhësisë së grimcave dhe u ngadalësuan qartë kur zëvendësonin ujin me një medium më viskoz. Ky fenomen i mahnitshëm nuk u ndal kurrë: ai mund të vëzhgohej për aq kohë sa të dëshirohej. Në fillim, Brown madje mendoi se qeniet e gjalla në të vërtetë ranë në fushën e mikroskopit, veçanërisht pasi poleni është qeliza riprodhuese mashkullore e bimëve, por kishte edhe grimca nga bimët e vdekura, madje edhe nga ato të thara njëqind vjet më parë në herbariume. Atëherë Brown mendoi nëse këto ishin "molekula elementare të qenieve të gjalla", për të cilat foli natyralisti i famshëm francez Georges Buffon (1707-1788), autor i një libri me 36 vëllime. Historia natyrore. Ky supozim u zhduk kur Brown filloi të ekzaminojë objekte në dukje të pajetë; në fillim ishin grimca shumë të vogla qymyri, si dhe blozë dhe pluhur nga ajri i Londrës, pastaj substanca inorganike të grira imët: qelqi, shumë minerale të ndryshme. "Molekulat aktive" ishin kudo: "Në çdo mineral," shkroi Brown, "të cilin kam arritur ta pluhuroj në një masë të tillë që mund të pezullohet në ujë për ca kohë, kam gjetur, në sasi më të mëdha ose më të vogla, këto molekula. ."

Duhet thënë se Brown nuk kishte asnjë nga mikroskopët më të fundit. Në artikullin e tij ai thekson konkretisht se kishte lente të zakonshme bikonvekse, të cilat i përdorte prej disa vitesh. Dhe ai vazhdon duke thënë: “Gjatë gjithë studimit vazhdova të përdor të njëjtat lente me të cilat fillova punën, për t'i dhënë më shumë besueshmëri deklaratave të mia dhe për t'i bërë ato sa më të aksesueshme për vëzhgimet e zakonshme.

Tani, për të përsëritur vëzhgimin e Brown, mjafton të kemi një mikroskop jo shumë të fortë dhe ta përdorim atë për të ekzaminuar tymin në një kuti të nxirë, të ndriçuar përmes një vrime anësore me një rreze drite intensive. Në një gaz, fenomeni manifestohet shumë më qartë sesa në një lëng: copa të vogla hiri ose blozë (në varësi të burimit të tymit) janë të dukshme, duke shpërndarë dritën dhe duke kërcyer vazhdimisht përpara dhe mbrapa.

Siç ndodh shpesh në shkencë, shumë vite më vonë historianët zbuluan se në vitin 1670, shpikësi i mikroskopit, holandezi Antonie Leeuwenhoek, me sa duket vuri re një fenomen të ngjashëm, por rrallësinë dhe papërsosmërinë e mikroskopëve, gjendjen embrionale të shkencës molekulare në atë kohë. nuk tërhoqi vëmendjen nga vëzhgimi i Leeuwenhoek, prandaj zbulimi i atribuohet me të drejtë Brown, i cili ishte i pari që e studioi dhe e përshkroi atë në detaje.

Lëvizja Brownian dhe teoria atomike-molekulare.

Fenomeni i vëzhguar nga Brown shpejt u bë i njohur gjerësisht. Ai vetë ua tregoi eksperimentet e tij kolegëve të shumtë (Brown liston dy duzina emra). Por as vetë Brown dhe as shumë shkencëtarë të tjerë për shumë vite nuk mund ta shpjegonin këtë fenomen misterioz, i cili u quajt "lëvizja Brownian". Lëvizjet e grimcave ishin krejtësisht të rastësishme: skicat e pozicioneve të tyre të bëra në momente të ndryshme kohore (për shembull, çdo minutë) në shikim të parë nuk bënë të mundur gjetjen e ndonjë modeli në këto lëvizje.

Një shpjegim i lëvizjes Brownian (siç quhej ky fenomen) me lëvizjen e molekulave të padukshme u dha vetëm në çerekun e fundit të shekullit të 19-të, por nuk u pranua menjëherë nga të gjithë shkencëtarët. Në 1863, një mësues i gjeometrisë përshkruese nga Karlsruhe (Gjermani), Ludwig Christian Wiener (1826-1896), sugjeroi se fenomeni ishte i lidhur me lëvizjet osciluese të atomeve të padukshme. Ky ishte shpjegimi i parë, megjithëse shumë larg nga moderniteti, i lëvizjes Brownian nga vetitë e vetë atomeve dhe molekulave. Është e rëndësishme që Wiener pa mundësinë për të përdorur këtë fenomen për të depërtuar në sekretet e strukturës së materies. Ai ishte i pari që u përpoq të masë shpejtësinë e lëvizjes së grimcave Brownian dhe varësinë e saj nga madhësia e tyre. Është kurioze që në vitin 1921 Raportet e Akademisë Kombëtare të Shkencave të SHBA Një vepër u botua mbi lëvizjen Brownian të një tjetër Wiener - Norbert, themeluesi i famshëm i kibernetikës.

Idetë e L.K. Wiener u pranuan dhe u zhvilluan nga një numër shkencëtarësh - Sigmund Exner në Austri (dhe 33 vjet më vonë - djali i tij Felix), Giovanni Cantoni në Itali, Karl Wilhelm Negeli në Gjermani, Louis Georges Gouy në Francë, tre priftërinj belgë. - Jezuitët Carbonelli, Delso dhe Tirion e të tjerë. Midis këtyre shkencëtarëve ishte edhe fizikani dhe kimisti i mëvonshëm anglez William Ramsay. Gradualisht u bë e qartë se kokrrat më të vogla të materies po goditeshin nga të gjitha anët nga grimca edhe më të vogla, të cilat nuk ishin më të dukshme përmes mikroskopit - ashtu si valët që tundin një varkë të largët nuk janë të dukshme nga bregu, ndërsa lëvizjet e varkës vetë janë të dukshme mjaft qartë. Siç shkruan ata në një nga artikujt në 1877, "...ligji i numrave të mëdhenj nuk e redukton më efektin e përplasjeve në presionin mesatar uniform; rezultati i tyre nuk do të jetë më i barabartë me zero, por do të ndryshojë vazhdimisht drejtimin e tij dhe magnitudë.”

Nga ana cilësore, fotografia ishte mjaft e besueshme dhe madje vizuale. Një degëz e vogël ose një insekt duhet të lëvizë afërsisht në të njëjtën mënyrë, të shtyrë (ose të tërhequr) në drejtime të ndryshme nga shumë milingona. Këto grimca më të vogla ishin në të vërtetë në fjalorin e shkencëtarëve, por askush nuk i kishte parë ndonjëherë. Ato quheshin molekula; Përkthyer nga latinishtja, kjo fjalë do të thotë "masë e vogël". Çuditërisht, ky është pikërisht shpjegimi i dhënë një fenomeni të ngjashëm nga filozofi romak Titus Lucretius Carus (rreth 99–55 pes) në poemën e tij të famshme. Rreth natyrës së gjërave. Në të, ai i quan grimcat më të vogla të padukshme për syrin "parimet fillestare" të gjërave.

Parimet e gjërave së pari lëvizin vetë,
Pas tyre janë trupat nga kombinimi i tyre më i vogël,
Afër, si të thuash, në fuqi me parimet kryesore,
Të fshehur prej tyre, duke marrë tronditje, ata fillojnë të përpiqen,
Veten të lëvizin, pastaj të inkurajojnë trupa më të mëdhenj.
Pra, duke filluar nga fillimi, lëvizja pak nga pak
Ajo prek ndjenjat tona dhe bëhet gjithashtu e dukshme
Për ne dhe në pikat e pluhurit që lëvizin në rrezet e diellit,
Edhe pse dridhjet nga të cilat ndodh janë të padukshme...

Më pas, doli që Lucretius kishte gabuar: është e pamundur të vëzhgosh lëvizjen Brownian me sy të lirë, dhe grimcat e pluhurit në një rreze dielli që depërtoi në një dhomë të errët "valle" për shkak të lëvizjeve të vorbullës së ajrit. Por nga pamja e jashtme të dy fenomenet kanë disa ngjashmëri. Dhe vetëm në shekullin e 19-të. Për shumë shkencëtarë u bë e qartë se lëvizja e grimcave Brownian shkaktohet nga ndikimet e rastësishme të molekulave të mediumit. Molekulat në lëvizje përplasen me grimcat e pluhurit dhe grimcat e tjera të ngurta që janë në ujë. Sa më e lartë të jetë temperatura, aq më e shpejtë është lëvizja. Nëse një grimcë pluhuri është e madhe, për shembull, ka një madhësi prej 0.1 mm (diametri është një milion herë më i madh se ai i një molekule uji), atëherë shumë ndikime të njëkohshme mbi të nga të gjitha anët janë të balancuara reciproke dhe praktikisht jo. "ndjejini" ato - afërsisht njësoj si një copë druri me madhësinë e një pjate nuk do të "ndiejë" përpjekjet e shumë milingonave që do ta tërheqin ose shtyjnë atë në drejtime të ndryshme. Nëse grimca e pluhurit është relativisht e vogël, ajo do të lëvizë në një drejtim ose në tjetrin nën ndikimin e ndikimeve nga molekulat përreth.

Grimcat Brownian kanë një madhësi të rendit 0,1-1 μm, d.m.th. nga një e mijëta në një të dhjetëmijëtën e milimetrit, kjo është arsyeja pse Brown ishte në gjendje të dallonte lëvizjen e tyre sepse po shikonte kokrra të vogla citoplazmike, dhe jo vetë polenin (për të cilin shpesh shkruhet gabimisht). Problemi është se qelizat e polenit janë shumë të mëdha. Kështu, në polenin e barit të livadhit, i cili bartet nga era dhe shkakton sëmundje alergjike te njerëzit (ethet e barit), madhësia e qelizave zakonisht është në intervalin 20 - 50 mikron, d.m.th. ato janë shumë të mëdha për të vëzhguar lëvizjen Brownian. Është gjithashtu e rëndësishme të theksohet se lëvizjet individuale të një grimce Brownian ndodhin shumë shpesh dhe në distanca shumë të shkurtra, kështu që është e pamundur të shihen ato, por nën një mikroskop, lëvizjet që kanë ndodhur gjatë një periudhe të caktuar kohore janë të dukshme.

Duket se vetë fakti i ekzistencës së lëvizjes Brownian vërtetoi në mënyrë të paqartë strukturën molekulare të materies, por edhe në fillim të shekullit të 20-të. Kishte shkencëtarë, duke përfshirë fizikantë dhe kimistë, të cilët nuk besonin në ekzistencën e molekulave. Teoria atomike-molekulare fitoi njohje vetëm ngadalë dhe me vështirësi. Kështu, kimisti kryesor organik francez Marcelin Berthelot (1827-1907) shkroi: "Koncepti i një molekule, nga pikëpamja e njohurive tona, është i pasigurt, ndërsa një koncept tjetër - një atom - është thjesht hipotetik". Kimisti i famshëm francez A. Saint-Clair Deville (1818–1881) foli edhe më qartë: “Unë nuk e pranoj ligjin e Avogadro-s, as atomin, as molekulën, sepse refuzoj të besoj në atë që nuk mund ta shoh dhe as të vëzhgoj. ” Dhe kimisti fizik gjerman Wilhelm Ostwald (1853–1932), laureat i çmimit Nobel, një nga themeluesit e kimisë fizike, në fillim të shekullit të 20-të. mohoi me vendosmëri ekzistencën e atomeve. Ai arriti të shkruajë një libër me tre vëllime të kimisë, në të cilin fjala "atom" nuk përmendet asnjëherë. Duke folur më 19 prill 1904, me një raport të madh në Institutin Mbretëror për anëtarët e Shoqërisë Kimike Angleze, Ostwald u përpoq të provonte se atomet nuk ekzistojnë dhe "ajo që ne e quajmë materie është vetëm një koleksion energjish të mbledhura së bashku në një të dhënë. vend.”

Por edhe ata fizikantë që pranuan teorinë molekulare nuk mund të besonin se vlefshmëria e teorisë atomike-molekulare u vërtetua në një mënyrë kaq të thjeshtë, kështu që u parashtruan një sërë arsyesh alternative për të shpjeguar fenomenin. Dhe kjo është plotësisht në frymën e shkencës: derisa shkaku i një fenomeni të identifikohet pa mëdyshje, është e mundur (dhe madje e nevojshme) të supozohen hipoteza të ndryshme, të cilat, nëse është e mundur, duhet të testohen eksperimentalisht ose teorikisht. Pra, në vitin 1905, në Fjalorin Enciklopedik Brockhaus dhe Efron u botua një artikull i shkurtër nga profesori i fizikës në Shën Petersburg, N.A. Gezekhus, mësues i akademikut të famshëm A.F. Ioffe. Gesehus shkroi se, sipas disa shkencëtarëve, lëvizja Brownian shkaktohet nga "rrezet e dritës ose nxehtësisë që kalojnë nëpër një lëng" dhe zbret në "rrjedhje të thjeshta brenda një lëngu që nuk kanë të bëjnë fare me lëvizjet e molekulave" dhe këto rrjedha mund të shkaktohet nga "avullim, difuzion dhe arsye të tjera". Në fund të fundit, dihej tashmë se një lëvizje shumë e ngjashme e grimcave të pluhurit në ajër shkaktohet pikërisht nga rrjedhat e vorbullës. Por shpjegimi i dhënë nga Gesehus mund të kundërshtohet lehtësisht eksperimentalisht: nëse shikoni dy grimca Brownian të vendosura shumë afër njëra-tjetrës përmes një mikroskopi të fortë, lëvizjet e tyre do të rezultojnë të jenë plotësisht të pavarura. Nëse këto lëvizje do të shkaktoheshin nga ndonjë rrjedhje në lëng, atëherë grimcat e tilla fqinje do të lëviznin së bashku.

Teoria e lëvizjes Brownian.

Në fillim të shekullit të 20-të. shumica e shkencëtarëve e kuptuan natyrën molekulare të lëvizjes Brownian. Por të gjitha shpjegimet mbetën thjesht cilësore; asnjë teori sasiore nuk mund t'i rezistonte testimit eksperimental. Për më tepër, vetë rezultatet eksperimentale ishin të paqarta: spektakli fantastik i grimcave të nxituara pa pushim hipnotizoi eksperimentuesit dhe ata nuk e dinin saktësisht se cilat karakteristika të fenomenit duheshin matur.

Pavarësisht nga çrregullimi i dukshëm i plotë, ishte ende e mundur të përshkruheshin lëvizjet e rastësishme të grimcave Brownian me një marrëdhënie matematikore. Për herë të parë, një shpjegim rigoroz i lëvizjes Brownian u dha në vitin 1904 nga fizikani polak Marian Smoluchowski (1872-1917), i cili në ato vite punonte në Universitetin e Lviv. Në të njëjtën kohë, teoria e këtij fenomeni u zhvillua nga Albert Einstein (1879–1955), një ekspert i klasit të dytë në atë kohë pak i njohur në Zyrën e Patentave të qytetit zviceran të Bernës. Artikulli i tij, i botuar në maj 1905 në revistën gjermane Annalen der Physik, titullohej Mbi lëvizjen e grimcave të pezulluara në një lëng në qetësi, e kërkuar nga teoria kinetike molekulare e nxehtësisë. Me këtë emër, Ajnshtajni donte të tregonte se teoria kinetike molekulare e strukturës së materies nënkupton domosdoshmërisht ekzistencën e lëvizjes së rastësishme të grimcave më të vogla të ngurta në lëngje.

Është kurioze që në fillim të këtij artikulli, Ajnshtajni shkruan se është i njohur me vetë fenomenin, edhe pse sipërfaqësisht: “Ka mundësi që lëvizjet në fjalë të jenë identike me të ashtuquajturën lëvizje molekulare Browniane, por të dhënat e disponueshme. për mua në lidhje me këto të fundit janë aq të pasakta sa nuk mund të formuloja një mendim të prerë.” Dhe dekada më vonë, tashmë në jetën e tij të vonë, Ajnshtajni shkroi diçka ndryshe në kujtimet e tij - se ai nuk dinte fare për lëvizjen Brownian dhe në fakt e "rizbuloi" atë thjesht teorikisht: "Duke mos ditur se vëzhgimet e "lëvizjes Brown" kanë qenë prej kohësh. dihet, zbulova se teoria atomike çon në ekzistencën e lëvizjes së vëzhgueshme të grimcave të pezulluara mikroskopike." Sido që të jetë, artikulli teorik i Ajnshtajnit përfundoi me një thirrje të drejtpërdrejtë drejtuar eksperimentuesve për të testuar përfundimet e tij eksperimentalisht: "Nëse ndonjë studiues mund të përgjigjet së shpejti pyetjet e ngritura këtu bëjnë pyetje!" – e përfundon shkrimin e tij me një pasthirrmë kaq të pazakontë.

Përgjigja ndaj thirrjes pasionante të Ajnshtajnit nuk vonoi të vinte.

Sipas teorisë Smoluchowski-Einstein, vlera mesatare e zhvendosjes në katror të një grimce Brownian ( s 2) për kohën t në përpjesëtim të drejtë me temperaturën T dhe në përpjesëtim të zhdrejtë me viskozitetin e lëngut h, madhësinë e grimcave r dhe konstantja e Avogadro-s

N A: s 2 = 2RTt/ 6 ph rN A,

Ku R- konstante e gazit. Pra, nëse në 1 minutë një grimcë me diametër 1 μm lëviz me 10 μm, atëherë në 9 minuta - me 10 = 30 μm, në 25 minuta - me 10 = 50 μm, etj. Në kushte të ngjashme, një grimcë me diametër 0.25 μm gjatë të njëjtave periudha kohore (1, 9 dhe 25 min) do të lëvizë përkatësisht me 20, 60 dhe 100 μm, pasi = 2. Është e rëndësishme që formula e mësipërme të përfshijë Konstanta e Avogadro-s, e cila kështu, mund të përcaktohet nga matjet sasiore të lëvizjes së një grimce Brownian, e cila u bë nga fizikani francez Jean Baptiste Perrin (1870-1942).

Në vitin 1908, Perrin filloi vëzhgimet sasiore të lëvizjes së grimcave Brownian nën një mikroskop. Ai përdori një ultramikroskop, të shpikur në 1902, i cili bëri të mundur zbulimin e grimcave më të vogla duke shpërndarë dritë mbi to nga një ndriçues i fuqishëm anësor. Perrin mori topa të vegjël me formë thuajse sferike dhe përafërsisht të njëjtën madhësi nga çamçakëzi, lëngu i kondensuar i disa pemëve tropikale (përdoret edhe si bojë uji i verdhë). Këto rruaza të vogla u pezulluan në glicerinë që përmbante 12% ujë; lëngu viskoz parandaloi shfaqjen e rrjedhave të brendshme në të që do të turbullonin figurën. I armatosur me një kronometër, Perrin vuri në dukje dhe më pas skicoi (sigurisht, në një shkallë shumë të zgjeruar) në një fletë letre të grafikuar pozicionin e grimcave në intervale të rregullta, për shembull, çdo gjysmë minutë. Duke lidhur pikat që rezultojnë me vija të drejta, ai mori trajektore të ndërlikuara, disa prej tyre tregohen në figurë (ato janë marrë nga libri i Perrin Atomet, botuar më 1920 në Paris). Një lëvizje e tillë kaotike, e çrregullt e grimcave çon në faktin se ato lëvizin në hapësirë ​​mjaft ngadalë: shuma e segmenteve është shumë më e madhe se zhvendosja e grimcave nga pika e parë në të fundit.

Pozicionet e njëpasnjëshme çdo 30 sekonda të tre grimcave Brownian - topa çamçakëz me madhësi rreth 1 mikron. Një qelizë korrespondon me një distancë prej 3 μm. Nëse Perrin do të mund të përcaktonte pozicionin e grimcave Brownian jo pas 30, por pas 3 sekondash, atëherë vijat e drejta midis secilës pikë fqinje do të shndërroheshin në të njëjtën linjë komplekse të thyer zigzag, vetëm në një shkallë më të vogël.

Duke përdorur formulën teorike dhe rezultatet e tij, Perrin mori një vlerë për numrin e Avogadros që ishte mjaft e saktë për atë kohë: 6.8 . 10 23 . Perrin përdori gjithashtu një mikroskop për të studiuar shpërndarjen vertikale të grimcave Brownian ( cm. LIGJI I AVOGADRO-s) dhe tregoi se, megjithë veprimin e gravitetit, ato mbeten të pezulluara në tretësirë. Perrin zotëron edhe vepra të tjera të rëndësishme. Në 1895, ai vërtetoi se rrezet katodike janë ngarkesa elektrike negative (elektrone), dhe në 1901 ai propozoi për herë të parë një model planetar të atomit. Në vitin 1926 iu dha Çmimi Nobel në Fizikë.

Rezultatet e marra nga Perrin konfirmuan përfundimet teorike të Ajnshtajnit. Lëri një përshtypje të fortë. Siç shkruante shumë vite më vonë fizikani amerikan A. Pais, “nuk pushoni së habituri me këtë rezultat, të marrë në një mënyrë kaq të thjeshtë: mjafton të përgatisni një pezullim topash, madhësia e të cilave është e madhe në krahasim me madhësinë. të molekulave të thjeshta, merrni një kronometër dhe një mikroskop dhe mund të përcaktoni konstantën e Avogadro-s!” Dikush mund të habitet gjithashtu: përshkrimet e eksperimenteve të reja mbi lëvizjen Brownian ende shfaqen herë pas here në revistat shkencore (Nature, Science, Journal of Chemical Education). Pas publikimit të rezultateve të Perrin, Ostwald, një ish-kundërshtar i atomizmit, pranoi se "koincidenca e lëvizjes Browniane me kërkesat e hipotezës kinetike... tani i jep të drejtën shkencëtarit më të kujdesshëm të flasë për prova eksperimentale të teorisë atomike. e materies. Kështu, teoria atomike është ngritur në rangun e një teorie shkencore, të mirë-bazuar.” Atij i bën jehonë matematikani dhe fizikani francez Henri Poincaré: "Përcaktimi i shkëlqyer i numrit të atomeve nga Perrin përfundoi triumfin e atomizmit... Atomi i kimistëve tani është bërë realitet."

Lëvizja dhe difuzioni Brownian.

Lëvizja e grimcave Brownian është shumë e ngjashme në pamje me lëvizjen e molekulave individuale si rezultat i lëvizjes së tyre termike. Kjo lëvizje quhet difuzion. Edhe para punës së Smoluchowski-t dhe Ajnshtajnit, ligjet e lëvizjes molekulare u vendosën në rastin më të thjeshtë të gjendjes së gaztë të materies. Doli që molekulat në gazra lëvizin shumë shpejt - me shpejtësinë e një plumbi, por ato nuk mund të fluturojnë larg, pasi ato shumë shpesh përplasen me molekula të tjera. Për shembull, molekulat e oksigjenit dhe azotit në ajër, duke lëvizur me një shpejtësi mesatare prej rreth 500 m/s, përjetojnë më shumë se një miliard përplasje çdo sekondë. Prandaj, rruga e molekulës, nëse do të ishte e mundur të ndiqej, do të ishte një vijë komplekse e thyer. Grimcat Brown gjithashtu përshkruajnë një trajektore të ngjashme nëse pozicioni i tyre regjistrohet në intervale të caktuara kohore. Si difuzioni ashtu edhe lëvizja Browniane janë pasojë e lëvizjes termike kaotike të molekulave dhe për këtë arsye përshkruhen nga marrëdhënie të ngjashme matematikore. Dallimi është se molekulat në gaze lëvizin në një vijë të drejtë derisa të përplasen me molekula të tjera, pas së cilës ato ndryshojnë drejtimin. Një grimcë Brownian, ndryshe nga një molekulë, nuk kryen asnjë "fluturim të lirë", por përjeton "dridhje" shumë të shpeshta të vogla dhe të parregullta, si rezultat i të cilave zhvendoset në mënyrë kaotike në një drejtim ose në tjetrin. Llogaritjet kanë treguar se për një grimcë me madhësi 0,1 µm, një lëvizje ndodh në tre miliardat e sekondës në një distancë prej vetëm 0,5 nm (1 nm = 0,001 µm). Siç e thotë me vend një autor, kjo të kujton lëvizjen e një kanaçe birre bosh në një shesh ku është mbledhur një turmë njerëzish.

Difuzioni është shumë më i lehtë për t'u vëzhguar sesa lëvizja Browniane, pasi nuk kërkon mikroskop: lëvizjet vërehen jo të grimcave individuale, por të masave të tyre të mëdha, thjesht duhet të siguroheni që difuzioni të mos mbivendoset nga konveksioni - përzierja e materies si një rezultat i rrjedhave të vorbullës (rrjedhje të tilla vërehen lehtësisht, duke vendosur një pikë të një solucioni me ngjyrë, si bojë, në një gotë me ujë të nxehtë).

Difuzioni është i përshtatshëm për t'u vëzhguar në xhel të trashë. Një xhel i tillë mund të përgatitet, për shembull, në një kavanoz penicilinë duke përgatitur një zgjidhje xhelatine 4-5% në të. Xhelatina fillimisht duhet të fryhet për disa orë dhe më pas tretet plotësisht me përzierje duke e ulur kavanozin në ujë të nxehtë. Pas ftohjes, fitohet një xhel që nuk rrjedh në formën e një mase transparente, pak të turbullt. Nëse, duke përdorur piskatore të mprehta, futni me kujdes një kristal të vogël permanganat kaliumi (“permanganat kaliumi”) në qendër të kësaj mase, kristali do të mbetet i varur në vendin ku ka mbetur, pasi xheli e pengon atë të bjerë. Brenda pak minutash, një top me ngjyrë vjollce do të fillojë të rritet rreth kristalit; me kalimin e kohës, ai bëhet gjithnjë e më i madh derisa muret e kavanozit të shtrembërojnë formën e tij. I njëjti rezultat mund të merret duke përdorur një kristal të sulfatit të bakrit, vetëm në këtë rast topi do të dalë jo vjollcë, por blu.

Është e qartë pse topi doli: jonet MnO 4 – formohen kur kristali tretet, futen në tretësirë ​​(xheli është kryesisht ujë) dhe, si rezultat i difuzionit, lëvizin në mënyrë të barabartë në të gjitha drejtimet, ndërsa graviteti praktikisht nuk ka asnjë efekt në shpejtësia e difuzionit. Difuzioni në lëng është shumë i ngadaltë: do të duhen shumë orë që topi të rritet disa centimetra. Në gazra, difuzioni është shumë më i shpejtë, por megjithatë, nëse ajri nuk do të përzihej, aroma e parfumit ose amoniakut do të përhapej në dhomë për orë të tëra.

Teoria e lëvizjes Brownian: shëtitje të rastësishme.

Teoria Smoluchowski-Einstein shpjegon ligjet e difuzionit dhe lëvizjes Brownian. Ne mund t'i shqyrtojmë këto modele duke përdorur shembullin e difuzionit. Nëse shpejtësia e molekulës është u, pastaj, duke lëvizur në vijë të drejtë, në kohë t do të shkojë në distancë L = ut, por për shkak të përplasjeve me molekula të tjera, kjo molekulë nuk lëviz në vijë të drejtë, por ndryshon vazhdimisht drejtimin e lëvizjes së saj. Nëse do të ishte e mundur të skicohej shtegu i një molekule, ajo nuk do të ndryshonte thelbësisht nga vizatimet e marra nga Perrin. Nga këto shifra është e qartë se për shkak të lëvizjes kaotike molekula zhvendoset nga një distancë s, dukshëm më pak se L. Këto sasi janë të lidhura nga relacioni s= , ku l është distanca që një molekulë fluturon nga një përplasje në tjetrën, rruga mesatare e lirë. Matjet kanë treguar se për molekulat e ajrit në presion normal atmosferik l ~ 0,1 μm, që do të thotë se me një shpejtësi prej 500 m/s një molekulë azoti ose oksigjeni do të kalojë distancën në 10,000 sekonda (më pak se tre orë) L= 5000 km, dhe do të zhvendoset vetëm nga pozicioni origjinal s= 0,7 m (70 cm), kjo është arsyeja pse substancat lëvizin kaq ngadalë për shkak të difuzionit, madje edhe në gaze.

Rruga e një molekule si rezultat i difuzionit (ose rruga e një grimce Brownian) quhet ecje e rastësishme. Fizikanët mendjemprehtë e riinterpretuan këtë shprehje si ecja e të dehurit - "rruga e një të dehuri." Në të vërtetë, lëvizja e një grimce nga një pozicion në tjetrin (ose rruga e një molekule që i nënshtrohet shumë përplasjeve) i ngjan lëvizjes së një personi të dehur. kjo analogji gjithashtu lejon që të konkludohet fare thjesht ekuacioni bazë i një procesi të tillë bazohet në shembullin e lëvizjes njëdimensionale, e cila është e lehtë të përgjithësohet në tre-dimensionale.

Supozoni se një marinar i çuditshëm doli nga një tavernë natën vonë dhe u nis përgjatë rrugës. Pasi eci shtegun l deri te feneri më i afërt, ai pushoi dhe shkoi ... ose më tej, në fanarin tjetër, ose mbrapa, në tavernë - në fund të fundit, ai nuk mban mend nga erdhi. Pyetja është, a do të lërë ndonjëherë kungull i njomë, apo thjesht do të endet rreth tij, tani duke u larguar, tani duke iu afruar? (Një version tjetër i problemit thotë se ka kanale të pista në të dy skajet e rrugës, ku mbarojnë dritat e rrugës, dhe pyet nëse marinari do të jetë në gjendje të shmangë rënien në njërën prej tyre.) Intuitivisht, duket se përgjigja e dytë është e saktë. Por është e pasaktë: rezulton se marinari gradualisht do të largohet gjithnjë e më shumë nga pika zero, megjithëse shumë më ngadalë sesa nëse ai do të ecte vetëm në një drejtim. Ja si ta vërtetoni.

Pasi të ketë kaluar herën e parë në llambën më të afërt (në të djathtë ose në të majtë), marinari do të jetë në distancë s 1 = ± l nga pika e fillimit. Meqenëse na intereson vetëm distanca e saj nga kjo pikë, por jo drejtimi i saj, do t'i heqim qafe shenjat duke vendosur në katror këtë shprehje: s 1 2 = l 2. Pas ca kohësh, marinari, pasi ka përfunduar tashmë N"Endacak", do të jetë në një distancë

s N= nga fillimi. Dhe duke ecur përsëri (në një drejtim) në fenerin më të afërt, në një distancë s N+1 = s N± l, ose, duke përdorur katrorin e zhvendosjes, s 2 N+1 = s 2 N± 2 s N l + l 2. Nëse marinari e përsërit këtë lëvizje shumë herë (nga N përpara N+ 1), pastaj si rezultat i mesatares (kalon me probabilitet të barabartë N hapi i th djathtas ose majtas), termi ± 2 s N Unë do të anuloj, kështu që s 2 N+1 = s2 N+ l 2> (kllapat e këndit tregojnë vlerën mesatare) L = 3600 m = 3,6 km, ndërsa zhvendosja nga pika zero për të njëjtën kohë do të jetë e barabartë me vetëm s= = 190 m Për tre orë do të kalojë L= 10.8 km, dhe do të zhvendoset me s= 330 m etj.

Puna u l në formulën që rezulton mund të krahasohet me koeficientin e difuzionit, i cili, siç tregohet nga fizikani dhe matematikani irlandez George Gabriel Stokes (1819-1903), varet nga madhësia e grimcave dhe viskoziteti i mediumit. Bazuar në konsiderata të ngjashme, Ajnshtajni nxori ekuacionin e tij.

Teoria e lëvizjes Brownian në jetën reale.

Teoria e ecjeve të rastësishme ka zbatime të rëndësishme praktike. Ata thonë se në mungesë të pikave referuese (dielli, yjet, zhurma e një autostrade ose hekurudhe, etj.), një person endet në pyll, nëpër një fushë në një stuhi dëbore ose në mjegull të dendur në rrathë, duke u kthyer gjithmonë në vendin e tij. vend origjinal. Në fakt, ai nuk ecën në rrathë, por përafërsisht në të njëjtën mënyrë lëvizin molekulat ose grimcat Brownian. Ai mund të kthehet në vendin e tij origjinal, por vetëm rastësisht. Por ai e kalon rrugën e tij shumë herë. Ata gjithashtu thonë se njerëzit e ngrirë në një stuhi dëbore u gjetën "disa kilometër" nga banesa ose rruga më e afërt, por në realitet personi nuk kishte asnjë shans për të ecur këtë kilometër, dhe ja pse.

Për të llogaritur se sa do të zhvendoset një person si rezultat i ecjeve të rastësishme, duhet të dini vlerën e l, d.m.th. distanca që një person mund të ecë në një vijë të drejtë pa asnjë pikë referimi. Kjo vlerë është matur nga Doktori i Shkencave Gjeologjike dhe Mineralogjike B.S. Gorobets me ndihmën e studentëve vullnetarë. Ai, natyrisht, nuk i la në një pyll të dendur ose në një fushë të mbuluar me dëborë, gjithçka ishte më e thjeshtë - studenti u vendos në qendër të një stadiumi të zbrazët, me sy të lidhur dhe i kërkua të ecte deri në fund të fushës së futbollit në heshtje e plotë (për të përjashtuar orientimin nga tingujt). Doli se mesatarisht studenti eci në një vijë të drejtë vetëm për rreth 20 metra (devijimi nga vija e drejtë ideale nuk i kalonte 5°), dhe më pas filloi të devijonte gjithnjë e më shumë nga drejtimi fillestar. Në fund, ai u ndal, larg nga të arritur në buzë.

Lëreni tani një person të ecë (ose më saktë, të endet) në pyll me një shpejtësi prej 2 kilometrash në orë (për një rrugë kjo është shumë e ngadaltë, por për një pyll të dendur është shumë e shpejtë), atëherë nëse vlera e l është 20 metra, pastaj në një orë ai do të përshkojë 2 km, por do të lëvizë vetëm 200 m, në dy orë - rreth 280 m, në tre orë - 350 m, në 4 orë - 400 m, etj. Dhe duke lëvizur në një vijë të drejtë në me një shpejtësi të tillë, një person do të ecë 8 kilometra në 4 orë, prandaj, në udhëzimet e sigurisë për punën në terren ekziston rregulli i mëposhtëm: nëse pikat e referimit humbasin, duhet të qëndroni në vend, të vendosni një strehë dhe të prisni fundin e motit të keq (mund të dalë dielli) ose për ndihmë. Në pyll, pikat referuese - pemë ose shkurre - do t'ju ndihmojnë të lëvizni në një vijë të drejtë, dhe çdo herë që duhet t'i përmbaheni dy pikave të tilla - njëra përpara, tjetra pas. Por, sigurisht, është më mirë të marrësh një busull me vete...

Ilya Leenson

Literatura:

Mario Liozzi. Historia e fizikës. M., Mir, 1970
Kerker M. Lëvizjet Brownian dhe realiteti molekular Para vitit 1900. Journal of Chemical Education, 1974, vëll. 51, nr. 12
Leenson I.A. Reaksionet kimike. M., Astrel, 2002

Forcat e ndërveprimit ndërmjet molekulave………………………4

Pse u dogj Giordano Bruno?................................................ 7

A hoqi dorë Galileo Galilei nga pikëpamjet e tij shkencore? .......................................... .. .....9

Bibliografi……………………………......... ........................... .. ..13

Lëvizja Browniane
Lëvizja Browniane, lëvizja e rastësishme e grimcave të vogla të pezulluara në një lëng ose gaz, që ndodh nën ndikimin e goditjeve nga molekulat e mjedisit. E hapur nga Roberti Kafe në 1827. Grimcat e varura, të dukshme vetëm nën një mikroskop, lëvizin të pavarur nga njëra-tjetra dhe përshkruajnë trajektore komplekse zigzag. Lëvizja Browniane nuk dobësohet me kalimin e kohës dhe nuk varet nga vetitë kimike të mediumit. Intensiteti i lëvizjes Brownian rritet me rritjen e temperaturës së mediumit dhe me një ulje të viskozitetit dhe madhësisë së grimcave të tij.
Kur vëzhgoni lëvizjen Brownian, pozicioni i grimcave regjistrohet në intervale të rregullta. Natyrisht, midis vëzhgimeve grimca nuk lëviz drejtvizore, por lidhja e pozicioneve të njëpasnjëshme me vija të drejta jep një pamje konvencionale të lëvizjes.
Teoria e lëvizjes Brownian shpjegon lëvizjet e rastësishme të një grimce me veprimin e forcave të rastësishme nga molekulat dhe forcat e fërkimit. Natyra e rastësishme e forcës nënkupton që veprimi i saj gjatë intervalit kohor t 1 është plotësisht i pavarur nga veprimi gjatë intervalit t 2 nëse këto intervale nuk mbivendosen. Forca mesatare për një kohë mjaft të gjatë është zero, dhe zhvendosja mesatare e grimcës Brownian gjithashtu rezulton të jetë zero.
Teoria e lëvizjes Brownian luajti një rol të rëndësishëm në themelimin e mekanikës statistikore. Përveç kësaj, ajo gjithashtu ka një rëndësi praktike. Para së gjithash, lëvizja Brownian kufizon saktësinë e instrumenteve matëse. Për shembull, kufiri i saktësisë së leximeve të një galvanometri pasqyre përcaktohet nga dridhja e pasqyrës, si një grimcë Brownian e bombarduar nga molekulat e ajrit. Ligjet e lëvizjes Brownian përcaktojnë lëvizjen e rastësishme të elektroneve, duke shkaktuar zhurmat në qarqet elektrike. Humbjet dielektrike në dielektrike shpjegohen me lëvizjet e rastësishme të molekulave të dipolit që përbëjnë dielektrikun. Lëvizjet e rastësishme të joneve në tretësirat e elektrolitit rrisin rezistencën e tyre elektrike.
Forcat e ndërveprimit ndërmjet molekulave

Ndërveprimi ndërmolekular është ndërveprimi ndërmjet neutralit elektrik molekulave ose atomeve . Forcat e ndërveprimit ndërmolekular u morën parasysh për herë të parëJ. D. van der Waals (1873 ) për të shpjeguar vetitë e gazeve dhe të lëngjeve reale.
Forcat orientuese veprojnë ndërmjet molekulave polare, pra atyre memomentet e dipolit elektrik. Forca e tërheqjes midis dy molekulave polare është më e madhe kur momentet e tyre dipole janë të rreshtuara përgjatë së njëjtës linjë. Kjo forcë lind për shkak të faktit se distancat midis ngarkesave të ndryshme janë pak më të vogla se midis ngarkesave të ngjashme. Si rezultat, tërheqja e dipoleve tejkalon zmbrapsjen e tyre. Ndërveprimi i dipoleve varet nga orientimi i tyre reciprok, prandaj forcat e bashkëveprimit të dipoleve quhen orientuese. Lëvizja termike kaotike ndryshon vazhdimisht orientimin e molekulave polare, por, siç tregojnë llogaritjet, vlera mesatare e forcës mbi të gjitha orientimet e mundshme ka një vlerë të caktuar që nuk është e barabartë me zero.

Forcat induktive (ose polarizuese). veprojnë ndërmjet molekulave polare dhe jopolare. Një molekulë polare krijonfushe elektrike, e cila polarizon një molekulë me ngarkesa elektrike të shpërndara në mënyrë uniforme në të gjithë vëllimin. Ngarkesat pozitive zhvendosen në drejtim të fushës elektrike (d.m.th., larg polit pozitiv), dhe ngarkesat negative zhvendosen kundër (drejt polit pozitiv). Si rezultat, një moment dipoli induktohet në një molekulë jopolare.
Kjo energji quhet induksioni, meqenëse shfaqet për shkak të polarizimit të molekulave të shkaktuar ngainduksioni elektrostatik. Forcat induktive ( F ind ?r? 7) veprojnë edhe ndërmjet molekulave polare.
Vepron midis molekulave jopolare ndërveprim ndërmolekular dispersiv. Natyra e këtij ndërveprimi u sqarua plotësisht vetëm pas krijimitMekanika kuantike. Në atome dhe molekula elektronet lëvizin rreth bërthamave në mënyrë komplekse. Mesatarisht me kalimin e kohës, momentet dipole të molekulave jopolare rezultojnë të jenë zero. Por në çdo moment elektronet zënë një pozicion. Prandaj, vlera e menjëhershme e momentit të dipolit (për shembull, për një atom hidrogjeni) është e ndryshme nga zero. Një dipol i menjëhershëm krijon një fushë elektrike që polarizon molekulat fqinje. Rezultati është një ndërveprim dipole të menjëhershme. Energjia e bashkëveprimit ndërmjet molekulave jopolare është rezultati mesatar i bashkëveprimit të të gjitha dipoleve të menjëhershme të mundshme me momentet dipole që ato induktojnë në molekulat fqinje për shkak të induksionit.
Ndërveprimi ndërmolekular i këtij lloji quhet dispersive sepse dispersioni i dritës në një substancë përcaktohet nga të njëjtat veti të molekulave si ky bashkëveprim. Forcat e dispersionit veprojnë ndërmjet të gjitha atomeve dhe molekulave, pasi mekanizmi i shfaqjes së tyre nuk varet nga fakti nëse molekulat (atomet) kanë momente të përhershme dipole apo jo. Zakonisht këto forca tejkalojnë në madhësi si ato orientuese ashtu edhe ato induktive. Vetëm gjatë bashkëveprimit të molekulave me momente dipole të mëdha, për shembull molekulat e ujit, F ose > F disp(3 herë për molekulat e ujit). Kur bashkëveproni me molekula të tilla polare si CO, HI, HBr dhe të tjera, forcat e dispersionit janë dhjetëra e qindra herë më të mëdha se të gjitha të tjerat.
Është shumë domethënëse që të tre llojet e ndërveprimeve ndërmolekulare zvogëlohen në të njëjtën mënyrë me distancën:
U = U ose + U ind + U disp ?r ? 6
Forcat repulsive veprojnë ndërmjet molekulave në distanca shumë të shkurtra kur mbushenpredha elektronikeatomet që përbëjnë molekulat. Ekziston në mekanikën kuantike Parimi Pauli ndalon depërtimin e predhave të elektroneve të mbushura në njëra-tjetrën. Forcat refuzuese që lindin varen, në një masë më të madhe se forcat tërheqëse, nga individualiteti i molekulave

Pse u dogj Giordano Bruno?
Bruno Giordano Filippe (1548, Nola, - 17.2.1600, Romë), filozof dhe poet italian, përfaqësues panteizmin . I persekutuar nga klerikët për pikëpamjet e tij, ai u largua nga Italia dhe jetoi në Francë, Angli dhe Gjermani. Pas kthimit në Itali (1592), ai u akuzua për herezi dhe mendim të lirë dhe, pas tetë vjet burg, u dogj në dru.
Në idetë e filozofisë së Brunos Neoplatonizmi (sidomos idetë për një fillim të vetëm dhe shpirtin botëror si parimi lëvizës i Universit, që e çoi Brunon në hilozoizmi ) u kryqëzua me ndikimin e fortë të pikëpamjeve të materialistëve antikë, si dhe të pitagorianëve. Formimi i filozofisë natyrore panteiste të Brunos, drejtuar kundër aristotelianizmit skolastik, u lehtësua kryesisht nga njohja e Brunos me filozofinë e Nikollës së Kuzës (nga i cili Bruno mësoi gjithashtu idenë e "teologjisë negative", bazuar në pamundësinë e një përkufizimi pozitiv. të Zotit). Bazuar në këto burime, Bruno e konsideroi qëllimin e filozofisë njohjen jo të një perëndie të mbinatyrshme, por të natyrës, e cila është "zot në gjërat". Zhvillimi i teorisë heliocentrike N. Koperniku , i cili pati një ndikim të madh tek ai, Bruno shprehu ide për pafundësinë e natyrës dhe numrin e pafund të botëve, pohoi homogjenitetin fizik të botës (doktrina e 5 elementëve që përbëjnë të gjithë trupat - toka, uji, zjarri, ajri dhe eter). Bruno e lidhi idenë e një lënde të vetme të pafundme të thjeshtë nga e cila lindin shumë gjëra me idenë e lidhjes së brendshme farefisnore dhe rastësisë së të kundërtave ("Për shkakun, fillimin dhe një", 1584). Në pafundësi, duke u identifikuar, shkrihen drejtëza dhe rrethi, qendra dhe periferia, forma dhe materia etj. Njësia bazë e ekzistencës është monada , në veprimtarinë e së cilës shkrihen trupore dhe shpirtërore, objekti dhe subjekti. Substanca supreme është "monada e monadave", ose Zoti; në tërësi manifestohet në gjithçka individuale - "çdo gjë në gjithçka". Këto ide patën një ndikim të madh në zhvillimin e filozofisë moderne: ideja e një substance të vetme në lidhje me gjërat individuale u zhvillua nga Bruno Spinoza, ideja e një monade - nga G. Leibniz, ideja e ​uniteti i ekzistencës dhe "koincidenca e të kundërtave" - ​​në dialektikën e F. Schelling dhe G. Hegel. Kështu, filozofia e Brunos ishte një lidhje kalimtare nga sistemet mesjetare filozofike në konceptet filozofike të kohëve moderne.
V.V. Sokolov.
Në kozmologji, Bruno shprehu një numër supozimesh që ishin përpara epokës së tij dhe të justifikuara vetëm nga zbulimet e mëvonshme astronomike: për ekzistencën e planetëve të panjohur në kohën e tij brenda sistemit tonë diellor, rreth rrotullimit të Diellit dhe yjeve rreth një boshti (" Mbi të Pamatshmen dhe të Pallogaritshmen”, 1591), për faktin se në univers ka trupa të panumërt të ngjashëm me Diellin tonë, etj. Bruno hodhi poshtë idetë mesjetare për kundërshtimin midis tokës dhe qiellit dhe foli kundër antropocentrizmit, duke folur për banueshmërinë. të botëve të tjera.
Si poet, Bruno i përkiste kundërshtarëve të klasicizmit. Vepra e artit e Brunos: poema satirike anti-klerikale "Arka e Noes", sonete filozofike, komedia "Shandani" (1582, përkthimi rusisht 1940), në të cilën Bruno prishet me kanonet e "komedisë së mësuar" dhe krijon një të lirë. formë dramatike që lejon një përshkrim realist të jetës dhe zakoneve të rrugës napolitane. Në këtë komedi, Bruno tallet me pedantërinë dhe bestytninë dhe me sarkazëm kaustik sulmon imoralitetin budalla dhe hipokrit që solli me vete reagimi katolik.
R. I. Khlodovsky

A hoqi dorë Galileo Galilei nga pikëpamjet e tij shkencore?
Në vitin 1609, bazuar në informacionet që i arritën për teleskopin e shpikur në Holandë, Galileo ndërtoi teleskopin e tij të parë, duke dhënë zmadhim afërsisht 3x. Funksionimi i teleskopit u demonstrua nga kulla e St. Pulla ishte në Venecia dhe bëri një përshtypje të madhe. Galileo së shpejti ndërtoi një teleskop me një zmadhim 32 herë. Vëzhgimet e bëra me ndihmën e saj shkatërruan "sferat ideale" të Aristotelit dhe dogmën e përsosmërisë së trupave qiellorë: sipërfaqja e Hënës doli të ishte e mbuluar me male dhe e mbushur me kratere, yjet humbën madhësinë e tyre të dukshme dhe distanca e tyre kolosale u kuptua. për herë të parë. Jupiteri zbuloi 4 satelitë, dhe një numër i madh i yjeve të rinj u bënë të dukshëm në qiell. Rruga e Qumështit u nda në yje individualë. Galileo i përshkroi vëzhgimet e tij në veprën "Lajmëtari me yje" (1610-11), i cili la një përshtypje mahnitëse. Në të njëjtën kohë, filloi një polemikë e ashpër. Galileo u akuzua për faktin se gjithçka që ai pa ishte një iluzion optik; ata gjithashtu argumentuan thjesht se vëzhgimet e tij kundërshtonin Aristotelin, dhe për këtë arsye ishin të gabuara.
Zbulimet astronomike shërbyen si një pikë kthese në jetën e Galileos: ai u lirua nga mësimi dhe, me ftesë të Dukës Cosimo II de Medici, u transferua në Firence. Këtu ai bëhet "filozof" i oborrit dhe "matematicieni i parë" i universitetit, pa detyrimin për të dhënë leksione.
Duke vazhduar vëzhgimet teleskopike, Galileo zbuloi fazat e Venusit, njollat ​​e diellit dhe rrotullimin e Diellit, studioi lëvizjen e satelitëve të Jupiterit dhe vëzhgoi Saturnin. Në vitin 1611, Galileo udhëtoi për në Romë, ku u prit me entuziazëm në oborrin papal dhe ku lidhi një miqësi me Princin Cesi, themeluesin e Accademia dei Lincei ("Akademisë me sy të Rrëqebullit"), në të cilën u bë anëtar. . Me insistimin e Dukës, Galileo botoi veprën e tij të parë anti-aristoteliane, "Diskursi mbi trupat në ujë dhe ata që lëvizin në të" (1612), ku zbatoi parimin e momenteve të barabarta për nxjerrjen e kushteve të ekuilibrit në trupat e lëngshëm. .
Sidoqoftë, në 1613, u bë e njohur një letër nga Galileo drejtuar Abbot Castelli, në të cilën ai mbronte pikëpamjet e Kopernikut. Letra shërbeu si një arsye për denoncimin e drejtpërdrejtë të Galileos në Inkuizicionin. Në vitin 1616, kongregacioni jezuit i shpalli mësimet e Kopernikut heretike dhe libri i Kopernikut u përfshi në listën e librave të ndaluar. Galileo nuk përmendej në dekret, por ai u urdhërua privatisht të hiqte dorë nga mbrojtja e kësaj doktrine. Galileo iu dorëzua zyrtarisht dekretit. Për disa vite ai u detyrua të hesht për sistemin e Kopernikut ose të flasë për të me sugjerime. Galileo udhëton në Romë në 1616. Teologët, të ashtuquajturit "përgatitësit e rasteve për Inkuizicionin", mblidhen në pallatin papal për të diskutuar dhe testuar doktrinën e Kopernikut dhe më pas nxjerrin një dekret që ndalon predikimin e pikëpamjeve të Kopernikut. Ky ishte ndalimi i parë zyrtar. Por Galileo nuk hoqi dorë nga pikëpamjet e tij. Unë thjesht u bëra më i kujdesshëm. I privuar nga e drejta për të predikuar mësimet e Kopernikut, ai e drejtoi kritikën e tij kundër Aristotelit. E vetmja vepër madhore e Galileos gjatë kësaj periudhe ishte The Assayer, një traktat polemik mbi tre kometat që u shfaqën në vitin 1618. Për sa i përket formës letrare, zgjuarsisë dhe sofistikimit të stilit, kjo është një nga veprat më të shquara të Galileos
I bindur për vlefshmërinë e sistemit të Kopernikut, Galileo filloi të punojë në një traktat të madh astronomik, "Dialog mbi dy sistemet më të rëndësishme të botës - Ptolemaik dhe Kopernikan" (1632). Kjo vepër vërteton aq bindshëm avantazhet e mësimit të Kopernikut dhe Papa, i portretizuar nën maskën e humbësit mendjelehtë Simplicio, një mbështetës i konceptit aristotelian, duket si një budalla aq i marrë sa bubullima nuk vonoi të godiste. Babai u ofendua. Armiqtë e Galileos përfituan nga kjo dhe ai u thirr në gjykatë. Shpirti i Galileos shtatëdhjetë vjeçar u thye. Shkencëtari i moshuar u detyrua të pendohej publikisht dhe në vitet e fundit të jetës i kaloi nën arrest shtëpiak dhe mbikëqyrje të Inkuizicionit. Në vitin 1635 ai hoqi dorë nga "mësimi i tij heretik". Shkencëtari Galileo nuk ishte një hero. Ai pranoi humbjen. Por në historinë e shkencës ai mbeti një shkencëtar i madh dhe gjyqi i Galileos, madje edhe sipas fjalëve të adhuruesve të fesë katolike, "ishte gabimi më fatal që autoritetet e kishës kanë bërë ndonjëherë në lidhje me shkencën".
Në vitin 1623, miku i Galileos, kardinali Maffeo Barberini, u ngjit në fronin papal me emrin Urban VIII. Për Galileon, kjo ngjarje dukej e barabartë me çlirimin nga lidhjet e ndalimit (dekretit). Në vitin 1630, ai mbërriti në Romë me dorëshkrimin e përfunduar të "Dialogu në zbaticën dhe rrjedhën e baticave" (titulli i parë i "Dialogu mbi dy sistemet kryesore të botës"), në të cilin sistemet e Kopernikut dhe Ptolemeu paraqitet në bisedat e tre bashkëbiseduesve: Sagredo, Salviati dhe Simplicio.
etj................

Sot do të hedhim një vështrim më të afërt në një temë të rëndësishme - do të përcaktojmë lëvizjen Brownian të pjesëve të vogla të materies në një lëng ose gaz.

Harta dhe koordinatat

Disa nxënës, të torturuar nga mësimet e mërzitshme, nuk e kuptojnë pse studiojnë fizikë. Ndërkohë, ishte kjo shkencë që dikur bëri të mundur zbulimin e Amerikës!

Le të fillojmë nga larg. Qytetërimet e lashta të Mesdheut ishin, në një farë kuptimi, me fat: ato u zhvilluan në brigjet e një trupi të mbyllur uji të brendshëm. Deti Mesdhe quhet kështu sepse është i rrethuar nga të gjitha anët me tokë. Dhe udhëtarët e lashtë mund të udhëtonin mjaft larg me ekspeditën e tyre pa humbur nga sytë brigjet. Skicat e tokës ndihmuan për të lundruar. Dhe hartat e para u hartuan në mënyrë përshkruese dhe jo gjeografike. Falë këtyre udhëtimeve relativisht të shkurtra, grekët, fenikasit dhe egjiptianët u bënë shumë të mirë në ndërtimin e anijeve. Dhe aty ku janë pajisjet më të mira, ekziston dëshira për të shtyrë kufijtë e botës tuaj.

Prandaj, një ditë të bukur fuqitë evropiane vendosën të hyjnë në oqean. Ndërsa lundronin nëpër hapësirat e pafundme midis kontinenteve, marinarët panë vetëm ujë për shumë muaj dhe ata duhej të gjenin disi rrugën e tyre. Shpikja e orëve të sakta dhe një busull me cilësi të lartë ndihmuan në përcaktimin e koordinatave të dikujt.

Ora dhe busull

Shpikja e kronometrave të vegjël me dorë i ndihmoi shumë marinarët. Për të përcaktuar saktësisht se ku ndodheshin, atyre u duhej të kishin një instrument të thjeshtë që matte lartësinë e diellit mbi horizont dhe të dinin se kur ishte saktësisht mesdita. Dhe falë busullës, kapitenët e anijeve e dinin se ku po shkonin. Si ora ashtu edhe vetitë e gjilpërës magnetike u studiuan dhe u krijuan nga fizikanët. Falë kësaj, e gjithë bota u hap për evropianët.

Kontinentet e reja ishin terra incognita, toka të paeksploruara. Mbi to u rritën bimë të çuditshme dhe u gjetën kafshë të çuditshme.

Bimët dhe Fizika

Të gjithë natyralistët e botës së qytetëruar nxituan të studiojnë këto sisteme të reja të çuditshme ekologjike. Dhe sigurisht, ata kërkuan të përfitonin prej tyre.

Robert Brown ishte një botanist anglez. Ai udhëtoi në Australi dhe Tasmani, duke mbledhur koleksione bimësh atje. Tashmë në shtëpi në Angli, ai punoi shumë për përshkrimin dhe klasifikimin e materialit të sjellë. Dhe ky shkencëtar ishte shumë i përpiktë. Një ditë, duke vëzhguar lëvizjen e polenit në lëngun e bimëve, ai vuri re: grimcat e vogla vazhdimisht bëjnë lëvizje kaotike zigzag. Ky është përkufizimi i lëvizjes Brownian të elementeve të vegjël në gazra dhe lëngje. Falë zbulimit, botanisti i mrekullueshëm shkroi emrin e tij në historinë e fizikës!

Brown dhe Gooey

Në shkencën evropiane është zakon që një efekt ose fenomen të emërtohet sipas personit që e ka zbuluar. Por shpesh kjo ndodh rastësisht. Por personi që përshkruan, zbulon rëndësinë ose eksploron më në detaje një ligj fizik e gjen veten në hije. Kjo ndodhi me francezin Louis Georges Gouy. Ishte ai që dha përkufizimin e lëvizjes Brownian (klasa e 7-të definitivisht nuk dëgjon për të kur studion këtë temë në fizikë).

Hulumtimi i Gouy dhe vetitë e lëvizjes Brownian

Eksperimentuesi francez Louis Georges Gouy vëzhgoi lëvizjen e llojeve të ndryshme të grimcave në disa lëngje, duke përfshirë tretësirat. Shkenca e asaj kohe ishte tashmë në gjendje të përcaktonte me saktësi madhësinë e copave të materies deri në të dhjetat e një mikrometri. Ndërsa eksploronte se çfarë është lëvizja Browniane (ishte Gouy ai që dha përkufizimin e këtij fenomeni në fizikë), shkencëtari kuptoi: intensiteti i lëvizjes së grimcave rritet nëse ato vendosen në një mjedis më pak viskoz. Duke qenë një eksperimentues me spektër të gjerë, ai e ekspozoi pezullimin ndaj fushave të dritës dhe elektromagnetike me fuqi të ndryshme. Shkencëtari zbuloi se këta faktorë nuk ndikojnë në asnjë mënyrë në kërcimet kaotike zigzag të grimcave. Gouy tregoi pa mëdyshje atë që vërteton lëvizja Brownian: lëvizjen termike të molekulave të një lëngu ose gazi.

Ekipi dhe masa

Tani le të përshkruajmë më në detaje mekanizmin e kërcimeve zigzag të pjesëve të vogla të materies në një lëng.

Çdo substancë përbëhet nga atome ose molekula. Këta elementë të botës janë shumë të vegjël; asnjë mikroskop optik nuk mund t'i shohë ato. Në lëng ato lëkunden dhe lëvizin gjatë gjithë kohës. Kur një grimcë e dukshme hyn në një tretësirë, masa e saj është mijëra herë më e madhe se një atom. Lëvizja Browniane e molekulave të lëngshme ndodh në mënyrë kaotike. Por megjithatë, të gjithë atomet ose molekulat janë një kolektiv, ato janë të lidhura me njëri-tjetrin, si njerëzit që bashkojnë duart. Prandaj, ndonjëherë ndodh që atomet e lëngut në njërën anë të grimcës të lëvizin në atë mënyrë që të "shtypin" mbi të, ndërsa në anën tjetër të grimcës krijohet një mjedis më pak i dendur. Prandaj, grimca e pluhurit lëviz në hapësirën e tretësirës. Diku tjetër, lëvizja kolektive e molekulave të lëngjeve ndikon rastësisht në anën tjetër të një komponenti më masiv. Kjo është saktësisht se si ndodh lëvizja Brownian e grimcave.

Koha dhe Ajnshtajni

Nëse një substancë ka një temperaturë jo zero, atomet e saj pësojnë dridhje termike. Prandaj, edhe në një lëng shumë të ftohtë ose shumë të ftohur, ekziston lëvizja Browniane. Këto kërcime kaotike të grimcave të vogla të pezulluara nuk ndalen kurrë.

Albert Einstein është ndoshta shkencëtari më i famshëm i shekullit të njëzetë. Kushdo që është të paktën disi i interesuar për fizikën e di formulën E = mc 2. Shumëkush mund të kujtojë edhe efektin fotoelektrik, për të cilin iu dha çmimi Nobel, dhe teorinë speciale të relativitetit. Por pak njerëz e dinë se Ajnshtajni zhvilloi një formulë për lëvizjen Browniane.

Bazuar në teorinë kinetike molekulare, shkencëtari nxori koeficientin e difuzionit të grimcave të pezulluara në lëng. Dhe kjo ndodhi në vitin 1905. Formula duket si kjo:

D = (R * T) / (6 * N A * a * π * ξ),

ku D është koeficienti i dëshiruar, R është konstanta universale e gazit, T është temperatura absolute (e shprehur në Kelvin), N A është konstanta e Avogadros (korrespondon me një mol të një substance, ose afërsisht 10 23 molekula), a është mesatarja e përafërt rrezja e grimcave, ξ është viskoziteti dinamik i një lëngu ose tretësire.

Dhe tashmë në vitin 1908, fizikani francez Jean Perrin dhe studentët e tij vërtetuan eksperimentalisht korrektësinë e llogaritjeve të Ajnshtajnit.

Një grimcë në fushën e luftëtarëve

Më sipër kemi përshkruar ndikimin kolektiv të mjedisit në shumë grimca. Por edhe një element i huaj në një lëng mund të shkaktojë disa modele dhe varësi. Për shembull, nëse vëzhgoni një grimcë Brownian për një kohë të gjatë, mund të regjistroni të gjitha lëvizjet e saj. Dhe nga ky kaos do të dalë një sistem harmonik. Lëvizja mesatare e një grimce Brownian përgjatë çdo drejtimi është proporcionale me kohën.

Në eksperimentet mbi një grimcë në një lëng, sasitë e mëposhtme u rafinuan:

• konstanta e Boltzmann-it;
• Numri i Avogadros.

Përveç lëvizjes lineare, karakteristik është edhe rrotullimi kaotik. Dhe zhvendosja mesatare këndore është gjithashtu proporcionale me kohën e vëzhgimit.

Madhësitë dhe format

Pas një arsyetimi të tillë, mund të lindë një pyetje logjike: pse nuk vërehet ky efekt për trupat e mëdhenj? Sepse kur shtrirja e një objekti të zhytur në një lëng është më i madh se një vlerë e caktuar, atëherë të gjitha këto "shtytje" kolektive të rastësishme të molekulave kthehen në presion konstant, siç janë mesatarisht. Dhe gjenerali Arkimedi tashmë po vepron në trup. Kështu, një copë e madhe hekuri fundoset dhe pluhuri metalik noton në ujë.

Madhësia e grimcave, si shembull i të cilave zbulohet luhatja e molekulave të lëngshme, nuk duhet të kalojë 5 mikrometra. Sa i përket objekteve të mëdha, ky efekt nuk do të jetë i dukshëm.

Gjatë jetës së tij, botanisti skocez Robert Brown, si eksperti më i mirë i bimëve, mori titullin "Princi i Botanistëve". Ai bëri shumë zbulime të mrekullueshme. Në vitin 1805, pas një ekspedite katërvjeçare në Australi, ai solli në Angli rreth 4000 lloje bimësh australiane të panjohura për shkencëtarët dhe kaloi shumë vite duke i studiuar ato. Përshkroi bimë të sjella nga Indonezia dhe Afrika Qendrore. Ai studioi fiziologjinë e bimëve dhe për herë të parë përshkroi në detaje bërthamën e një qelize bimore. Por emri i shkencëtarit tani është i njohur gjerësisht jo për shkak të këtyre veprave.

Në 1827 Brown kreu kërkime mbi polenin e bimëve. Ai ishte veçanërisht i interesuar se si poleni merr pjesë në procesin e fekondimit. Një herë, nën një mikroskop, ai ekzaminoi kokrra të zgjatura citoplazmike të pezulluara në ujë nga qelizat e polenit të bimës së Amerikës së Veriut Clarkia pulchella. Papritur Brown pa se kokrrat më të vogla të ngurta, të cilat mezi shiheshin në një pikë uji, po dridheshin vazhdimisht dhe lëviznin nga një vend në tjetrin. Ai zbuloi se këto lëvizje, sipas fjalëve të tij, "nuk shoqërohen as me rrjedhat në lëng ose me avullimin gradual të tij, por janë të natyrshme në vetë grimcat".

Vëzhgimi i Brown u konfirmua nga shkencëtarë të tjerë. Grimcat më të vogla silleshin sikur të ishin të gjalla, dhe "vallet" e grimcave u përshpejtuan me rritjen e temperaturës dhe zvogëlimin e madhësisë së grimcave dhe u ngadalësuan qartë kur zëvendësonin ujin me një medium më viskoz. Ky fenomen i mahnitshëm nuk u ndal kurrë: ai mund të vëzhgohej për aq kohë sa të dëshirohej. Në fillim, Brown madje mendoi se qeniet e gjalla në të vërtetë ranë në fushën e mikroskopit, veçanërisht pasi poleni është qeliza riprodhuese mashkullore e bimëve, por kishte edhe grimca nga bimët e vdekura, madje edhe nga ato të thara njëqind vjet më parë në herbariume. Pastaj Brown pyeti veten nëse këto ishin "molekulat elementare të qenieve të gjalla" për të cilat foli natyralisti i famshëm francez Georges Buffon (1707-1788), autor i Historisë Natyrore prej 36 vëllimesh. Ky supozim u zhduk kur Brown filloi të ekzaminojë objekte në dukje të pajetë; në fillim ishin grimca shumë të vogla qymyri, si dhe blozë dhe pluhur nga ajri i Londrës, pastaj substanca inorganike të grira imët: qelqi, shumë minerale të ndryshme. "Molekulat aktive" ishin kudo: "Në çdo mineral," shkroi Brown, "të cilin kam arritur ta bluaj në pluhur në një masë të tillë që të mund të pezullohej për ca kohë në ujë, kam gjetur, në sasi më të mëdha ose më të vogla, këto molekula”.

Për rreth 30 vjet, zbulimi i Brown nuk tërhoqi interesin e fizikantëve. Dukurisë së re nuk iu kushtua shumë rëndësi, duke pasur parasysh se shpjegohej me dridhjen e preparatit ose të ngjashme me lëvizjen e grimcave të pluhurit, që vërehet në atmosferë kur mbi to bie një rreze drite dhe që siç dihej. , shkaktohet nga lëvizja e ajrit. Por nëse lëvizjet e grimcave Brownian do të shkaktoheshin nga ndonjë rrjedhje në lëng, atëherë grimcat e tilla fqinje do të lëviznin në harmoni, gjë që kundërshton të dhënat e vëzhgimit.

Një shpjegim i lëvizjes Brownian (siç quhej ky fenomen) me lëvizjen e molekulave të padukshme u dha vetëm në çerekun e fundit të shekullit të 19-të, por nuk u pranua menjëherë nga të gjithë shkencëtarët. Në vitin 1863, një mësues i gjeometrisë përshkruese nga Karlsruhe (Gjermani), Ludwig Christian Wiener (1826-1896), sugjeroi se fenomeni ishte i lidhur me lëvizjet osciluese të atomeve të padukshme. Është e rëndësishme që Wiener pa mundësinë për të përdorur këtë fenomen për të depërtuar në sekretet e strukturës së materies. Ai ishte i pari që u përpoq të masë shpejtësinë e lëvizjes së grimcave Brownian dhe varësinë e saj nga madhësia e tyre. Por përfundimet e Wiener u ndërlikuan nga prezantimi i konceptit të "atomeve të eterit" përveç atomeve të materies. Në 1876, William Ramsay, dhe në 1877, priftërinjtë jezuitë belgë Carbonel, Delso dhe Thirion, dhe më në fund, në 1888, Guy, treguan qartë natyrën termike të lëvizjes Brownian [5].

"Në një zonë të madhe," shkruan Delso dhe Carbonelle, "ndikimet e molekulave, të cilat janë shkaku i presionit, nuk shkaktojnë asnjë lëkundje të trupit të varur, sepse ato së bashku krijojnë një presion uniform në trup në të gjitha drejtimet. . Por nëse sipërfaqja nuk është e mjaftueshme për të kompensuar pabarazinë, është e nevojshme të merret parasysh pabarazia e presioneve dhe ndryshimi i vazhdueshëm i tyre nga pika në pikë. Ligji i numrave të mëdhenj nuk e zvogëlon më efektin e përplasjeve në një presion mesatar uniform; rezultati i tyre nuk do të jetë më i barabartë me zero, por do të ndryshojë vazhdimisht drejtimin dhe madhësinë e tij.

Nëse e pranojmë këtë shpjegim, atëherë dukuria e lëvizjes termike të lëngjeve, e postuluar nga teoria kinetike, mund të thuhet se vërtetohet ad oculos (vizualisht). Ashtu siç është e mundur, pa dalluar valët në largësi në det, për të shpjeguar lëkundjen e një varke në horizont me valë, në të njëjtën mënyrë, pa parë lëvizjen e molekulave, mund ta gjykojmë atë nga lëvizja e grimcave të pezulluara. në një lëng.

Ky shpjegim i lëvizjes Brownian është i rëndësishëm jo vetëm si një konfirmim i teorisë kinetike, por gjithashtu sjell pasoja të rëndësishme teorike. Sipas ligjit të ruajtjes së energjisë, një ndryshim në shpejtësinë e një grimce të pezulluar duhet të shoqërohet me një ndryshim të temperaturës në afërsi të ngushtë të kësaj grimce: kjo temperaturë rritet nëse shpejtësia e grimcës zvogëlohet dhe zvogëlohet nëse shpejtësia. e grimcave rritet. Kështu, ekuilibri termik i një lëngu është një ekuilibër statistikor.

Një vëzhgim edhe më domethënës u bë në 1888 nga Guy: lëvizja Brownian, në mënyrë rigoroze, nuk i bindet ligjit të dytë të termodinamikës. Në fakt, kur një grimcë e pezulluar ngrihet spontanisht në një lëng, një pjesë e nxehtësisë së mjedisit të saj kthehet spontanisht në punë mekanike, gjë që ndalohet nga ligji i dytë i termodinamikës. Vëzhgimet, megjithatë, kanë treguar se ngritja e një grimce ndodh më rrallë, sa më e rëndë të jetë grimca. Për grimcat e materies me madhësi normale, kjo probabilitet i një ngritjeje të tillë është praktikisht zero.

Kështu, ligji i dytë i termodinamikës bëhet një ligj i probabilitetit dhe jo një ligj i domosdoshmërisë. Asnjë përvojë e mëparshme nuk e ka mbështetur këtë interpretim statistikor. Mjaftoi të mohohej ekzistenca e molekulave, siç u bë, për shembull, nga shkolla e energjetikës, e cila lulëzoi nën udhëheqjen e Mach dhe Ostwald, që ligji i dytë i termodinamikës të bëhej një ligj i domosdoshmërisë. Por pas zbulimit të lëvizjes Brownian, një interpretim i rreptë i ligjit të dytë u bë i pamundur: kishte përvojë reale që tregoi se ligji i dytë i termodinamikës shkelet vazhdimisht në natyrë, se një makinë e lëvizjes së përhershme e llojit të dytë jo vetëm që nuk përjashtohet. , por po realizohet vazhdimisht mu para syve tanë.

Prandaj, në fund të shekullit të kaluar, studimi i lëvizjes Brownian fitoi një rëndësi të madhe teorike dhe tërhoqi vëmendjen e shumë fizikanëve teorikë, dhe në veçanti të Ajnshtajnit.

Një nga provat indirekte që të gjitha substancat përbëhen nga atome dhe molekula që lëvizin rastësisht është Lëvizja Browniane.

Kjo është lëvizja e vazhdueshme kaotike e grimcave të pezulluara në një lëng ose gaz.

Arsyeja e kësaj lëvizjeje është përplasja e molekulave me një grimcë, të cilat nuk kompensojnë njëra-tjetrën.

Nëse shikoni përmes një gote shishe në dritë, mund të shihni se si grimcat e pluhurit bëjnë lëvizje kaotike në ajër.

Vëzhgimet nga Robert Brown

Në 1827, botanisti skocez Robert Brown i raportoi vëzhgimet e tij komunitetit shkencor. Ai shtoi kokrra të vogla poleni në ujë, i ndriçoi ato me dritë intensive dhe i vëzhgoi nën një mikroskop.

Brown zbuloi një lëvizje të fortë, të vazhdueshme dhe zigzag të këtyre grimcave në ujë, megjithëse sipërfaqja e lëngut ishte plotësisht e palëvizshme.

Në atë kohë, ai nuk mund të shpjegonte se çfarë u bë burimi i kësaj lëvizjeje. Shkak i fenomenit u tha se ishte diferenca e temperaturës brenda ujit dhe lëkundja e tavolinës mbi të cilën u krye eksperimenti.

Deri në fund të shekullit, shkencëtarët ishin skeptikë në lidhje me lëvizjen Brownian. Vetëm disa e konsideruan atë një konfirmim të teorisë kinetike molekulare të strukturës së materies.

Fizikantë të tjerë këmbëngulën se atomet dhe molekulat nuk ekzistonin në të vërtetë si objekte reale, por ishin koncepte matematikore të dobishme për llogaritjen e rezultateve të reaksioneve kimike.

Teoria e Ajnshtajnit dhe eksperimenti i Perrin

Në vitin 1905, Albert Einstein, i pavetëdijshëm për vëzhgimet e Brown, botoi një artikull në të cilin, duke përdorur llogaritjet matematikore, ai arsyetoi se nëse një grimcë e vogël e një lënde vendoset në ujë, ajo do të fillojë të lëvizë në drejtime të ndryshme. Lëvizja e grimcave do të jetë rezultat i bombardimeve nga të gjitha anët nga molekulat e ujit. Në një moment të caktuar kohor, molekulat e ujit godasin grimcën më shumë në njërën anë se tjetrën, duke rezultuar në një model lëvizjeje në dukje të rastësishme. Puna e Ajnshtajnit u bë argumenti i parë teorik për ekzistencën e molekulave dhe atomeve.

Në vitin 1909, një eksperiment i shkencëtarit francez Jean Baptiste Perrin konfirmoi formulën e Ajnshtajnit, botuar në 1905, dhe ndihmoi në vërtetimin e ekzistencës së atomeve dhe molekulave. Kjo provë i dha atij Çmimin Nobel në Fizikë në vitin 1926.

Sipas ekuacioneve të Ajnshtajnit, të cilat përshkruajnë statistikisht lëvizjen Brownian, disa nga grimcat e pezulluara në ujë duhet të lëvizin në drejtim të kundërt me forcën vepruese të gravitetit. Meqenëse molekulat e ujit u japin atyre vrull dhe ndryshojnë drejtimin e lëvizjes së tyre.

Perrin filloi vëzhgimet e tij të mundimshme të sjelljes së grimcave të ekstraktit të çamçakëzit në 1908 për të përcaktuar madhësinë e përafërt të molekulave të ujit.

Ai kaloi disa muaj izolim duke vëzhguar copa gummigut që peshonin 0.1 gram. Sipas teorisë molekulare të Ajnshtajnit, jo të gjitha grimcat do të zhyten në fund të pezullimit. Jean Perrin numëroi numrin e grimcave në thellësi të ndryshme në një pikë lëngu 0,12 mm të thellë. Përqendrimi i grimcave u ul në mënyrë eksponenciale me lartësinë, në përputhje me parashikimet matematikore të teorisë së Ajnshtajnit.

Ajnshtajni e lidhi konceptin e numrit të Avogadros (6.023 * 10 23) me lëvizjen Browniane. Perrin e ka marrë këtë vlerë duke kryer llogaritjet në bazë të të dhënave të marra në laborator.

Gjatë fjalimit të tij Nobel ai tha: “Nëse molekulat dhe atomet ekzistojnë vërtet, pesha e tyre relative është e njohur për ne. Pasi të dimë numrin e Avogadro-s, ne mund të dimë peshën e tyre absolute”.