布朗运动——物质分子运动
组成物质的分子永不停息地运动着。分子很小,肉眼不能直接看到,就是在光学显微镜下也看不到它们。那么, 怎样知道分子在永不停息地运动呢?
在科学上,物质分子永不停息地运动,是由实验来证明的。1827年,英国植物学家布朗,在用显微镜观察水中悬浮的花粉时,发现花粉颗粒在不停地做无规则运动。取一滴稀释了的墨汁在显微镜下观察, 同样看到小炭粒在不停地游动着, 一会儿向东,一会儿向西,每个小炭粒运动的路线是一条不规则的折线。由于这种现象是布朗发现的,所以把这种运动叫布朗运动。
布朗运动说明,悬浮在水中的微粒被水分子包围着,不断受到水分子的撞击, 如同水面上漂浮着一块冰,一群鱼在冰块周围游来游去,不断撞击着冰块一样。某个时刻向左的力量大些,冰块就向左运动;下一时刻向右的力量大些, 冰块又向右运动;向前的力量大些,冰块又向前运动, ……就这样,冰块一会儿前、后,一会儿左、右地运动着。
从显微镜中看到的小颗粒好比冰块, 水分子好比鱼群。冰块的运动是鱼群运动引起的,小颗粒做无规则运动,正是水分子无规则的运动推动的。
科学观察表明: 布朗运动是绝不会停止的。不管在白天或黑夜,也不管在夏天还是冬天,在显微镜下观察水中的悬浮微粒,随时都可以看到布朗运动。由此证明,物质分子的运动是永不停息的。
组成物质的分子永不停息地运动着。分子很小,肉眼不能直接看到,就是在光学显微镜下也看不到它们。那么, 怎样知道分子在永不停息地运动呢?
布朗运动是一种正态分布的独立增量随机过程。它是随机分析中基本概念之一。
布朗(Brown)在1827年,用显微镜观察到浮悬在水中的花粉,不停地在作纷乱的无定向的运动,这就是所谓的布朗运动(Brown movement)。
爱因斯坦1905年7月发表的论文《关于热的分子运动论所要求的静止液体中悬浮小粒子的运动》,被认为是第二篇“对世界产生革命性影响”的论文。在论文中,爱因斯坦为“特定大小原子的存在”提供了证明。
在19世纪至20世纪初,原子是否存在是有争议的。爱因斯坦在这篇论文中,创立了支配“布朗运动”的数学定律,推进了“布朗运动”和原子存在的观点。他预测了给定体积的液体中分子的数量和质量,以及这些分子如何快速运动。这种飘忽不定的运动被称作“布朗运动”,以罗伯特.布朗在19世纪初对水中花粉粒不规则的“之”字型运动的观察而命名。爱因斯坦认为,水分子的运动足够剧烈,从而能够推动悬浮的颗粒,使得颗粒的飘舞在显微镜下能够观察得到。该文是对现代统计力学的一项重大贡献,其导出的方法可用于模拟空气污染物的行为或股票市场涨落走势。2003年,利用类似于制造微芯片的技术,美国普林斯顿大学的C.Sturm及其合作者制造了布朗棘轮,它看上去有点像大拇指甲大小的弹球盘机。在几次测试中,Sturm进行了分离实验,他将水和两种不同病毒的DNA混合物通过棘轮,结果很可靠地把较重的病毒基因组与较轻的分离开来。利用这一爱因斯坦式的技术,能够节省分离大DNA片段所需用的时间,较之当前所用的方法,可省时2/3,而且更廉价且设备更便携。