Brownsche Bewegung • James Trefil, Enzyklopädie "Zweihundert Gesetze des Universums"

Brownsche Bewegung

In der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts kam es in wissenschaftlichen Kreisen zu einer ernsthaften Diskussion über die Natur von Atomen. Auf der einen Seite waren unwiderlegbare Behörden wie Ernst Mach (sehen Stoßwellen), die behaupteten, dass Atome einfach mathematische Funktionen sind, die beobachtbare physikalische Phänomene erfolgreich beschreiben und keine wirkliche physikalische Basis haben. Auf der anderen Seite, die Wissenschaftler der neuen Welle – insbesondere Ludwig Boltzmann (sehen Boltzmanns Konstante) – bestand darauf, dass Atome physikalische Realitäten repräsentieren. Und keiner der beiden Seiten war sich bewusst, dass Dutzende Jahre vor dem Beginn ihrer Auseinandersetzung experimentelle Ergebnisse erzielt wurden, die ein für allemal die Frage nach der Existenz von Atomen als physikalischer Realität entschieden, obwohl sie im Botaniker Robert Brown, der Physik neben der Physik, gewonnen wurden.

Zurück im Sommer 1827 studierte Brown das Verhalten von Pollen unter einem Mikroskop (er studierte die wässrige Suspension von Pollen Clarkia pulchella), fanden plötzlich heraus, dass einzelne Streitigkeiten absolut chaotische Impulsbewegungen machen. Er stellte mit Sicherheit fest, dass diese Bewegungen in keiner Weise mit den Turbulenzen und Strömungen des Wassers zusammenhängen,noch mit seiner Verdampfung, nach der, den Charakter der Bewegung von Partikeln beschreibend, ehrlich mit seiner eigenen Unfähigkeit unterzeichnet ist, den Ursprung dieser chaotischen Bewegung zu erklären. Als sorgfältiger Experimentator entdeckte Brown jedoch, dass eine solche chaotische Bewegung charakteristisch für mikroskopische Teilchen ist, seien es Pollen von Pflanzen, Suspensionen von Mineralien oder generell jede Grundsubstanz.

Erst 1905 erkannte niemand anders als Albert Einstein zum ersten Mal, daß dieses mysteriöse Phänomen auf den ersten Blick die beste experimentelle Bestätigung der Richtigkeit der Atomtheorie der Struktur der Materie war. Er erklärte es folgendermaßen: Eine in Wasser suspendierte Suspension wird durch zufälliges Bewegen von Wassermolekülen ständig "beschossen". Im Durchschnitt wirken die Moleküle von allen Seiten gleich intensiv und in gleichen Zeitintervallen auf sie ein. Aber egal, wie klein der Streit war, aufgrund rein zufälliger Abweichungen erhält er zunächst einen Impuls von der Seite des Moleküls, die ihn getroffen hat, einerseits von der Seite des Moleküls, das ihn getroffen hat, andererseits. Als Ergebnis der Mittelung solcher Kollisionen dass das Teilchen zu einem bestimmten Zeitpunkt in eine Richtung "zuckt", dann, wenn es andererseits von mehr Molekülen "gedrückt" wird, in der anderen, usw.Unter Verwendung der Gesetze der mathematischen Statistik und der molekularen kinetischen Gastheorie hat Einstein eine Gleichung abgeleitet, die die Abhängigkeit der mittleren quadratischen Verschiebung eines Brownschen Teilchens von makroskopischen Parametern beschreibt. (Eine interessante Tatsache: in einem der Bände der deutschen Zeitschrift "Annals of Physics" (Annalen der Physik) 1905 erschienen drei Artikel von Einstein: ein Artikel, der die Brownsche Bewegung theoretisch erklärt, ein Artikel über die Grundlagen der speziellen Relativitätstheorie und schließlich ein Artikel, der die Theorie des photoelektrischen Effekts beschreibt. Zum letzten Mal erhielt Albert Einstein 1921 den Nobelpreis für Physik.

Im Jahr 1908 führte der französische Physiker Jean Baptiste Perrin (Jean-Baptiste Perrin, 1870-1942) eine brillante Reihe von Experimenten durch, die die Richtigkeit der Einsteinschen Erklärung des Phänomens der Brownschen Bewegung bestätigten. Es wurde schließlich klar, dass die beobachtete "chaotische" Bewegung der Brownschen Teilchen eine Folge intermolekularer Kollisionen ist. Da "brauchbare mathematische Konventionen" (nach Mach) nicht zu beobachtbaren und völlig realen Bewegungen physikalischer Teilchen führen können, wurde schließlich deutlich, dass die Debatte um die Realität der Atome vorbei ist: Sie existieren in der Natur.Als "Bonusspiel" erhielt Perrin die von Einstein abgeleitete Formel, die es dem Franzosen ermöglichte, die durchschnittliche Anzahl von Atomen und / oder Molekülen, die mit einem in einer Flüssigkeit suspendierten Teilchen kollidieren, zu analysieren und zu schätzen und über diesen Indikator die molaren Zahlen verschiedener Flüssigkeiten zu berechnen. Diese Idee basierte auf der Tatsache, dass zu jedem beliebigen Zeitpunkt die Beschleunigung eines suspendierten Teilchens von der Anzahl der Kollisionen mit mittleren Molekülen abhängt (sehen Die Gesetze der Newtonschen Mechanik) und damit die Anzahl der Moleküle pro Volumeneinheit der Flüssigkeit. Und das ist nichts anderes Avogadro-Nummer (sehen Avogadros Gesetz) ist eine der fundamentalen Konstanten, die die Struktur unserer Welt bestimmen.

Siehe auch:

1811Avogadro-Gesetz

Robert Braun
Robert Brown, 1773-1858

Schottischer Nerd. Geboren in Montrose (Montrose) im Familienpriester. Er erhielt eine medizinische Ausbildung an der Universität von Edinburgh, arbeitete als militärischer Feldchirurg. Als Joseph Banks (Joseph Banks, 1743-1820), ein herausragender Botaniker seiner Zeit, 1798 mit Joseph Banks bekannt wurde, interessierte er sich so sehr für diese Wissenschaft, dass er seine Karriere radikal änderte und Höhen in der Botanik erreichte, die sein Lehrer beneiden würde.Als Naturforscher segelte Brown an die Küste Australiens. Mit der Zeit übernahm er die Leitung der botanischen Abteilung des British Museum. Entdeckt, identifiziert, klassifiziert und untersucht die Morphologie einer Vielzahl von Pflanzen. Bekannt wurde er jedoch vor allem durch seine Entdeckung der Brownschen Bewegung.


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