什么是布朗运动（什么可以做布朗运动）

久客联盟 • 2023-08-21 pm3:39:00 • 投稿 • 阅读 300

什么是布朗运动？爱因斯坦科学奇迹年的创举之一：布朗运动。

什么是布朗运动（什么可以做布朗运动）

如果你曾经看过灰尘在阳光下飞舞，那么你所看到的就是布朗运动。这是微粒悬浮在空气或水等流体中的无规则运动。虽然这种效应至少在古希腊以来就已被知晓，但它是以植物学家罗伯特·布朗（Robert Brown）的名字命名，他在1827年第一次详细描述了这种运动。他证明了这并非由生物体所导致，但仍无法确定其原因。

虽然有曾怀疑布朗运动是由原子对微粒的碰撞所引起的，但直到1905年爱因斯坦发表论文《对布朗运动理论的研究》（Investigations on the theory of Brownian Movement）之后，最终才被得以确认。

虽然物质都是由原子构成在现在是个常识，但这个想法长期以来都被视为争议。在1800年代初，化学家约翰·道尔顿（John Dalton）提出物质是由不可分的球形粒子即原子组成，这些原子以各种形式出现就被称为元素。道尔顿主要是为了解释不同类型的物质（元素）之间的化学反应似乎以特定的比率发生。原子模型非常好地解释了这一过程，但理论中的原子非常小，以至于我们没有观察到它们的希望。

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到了1800年代末，物理学家路德维希·玻尔兹曼把这个想法拓展成气体分子运动论，他提出，诸如温度和压力等气体的性质是由于原子和分子的运动与相互作用的结果。这提供了一种理论方法来连接热力学和牛顿的功与能量概念。

在整个1800年代，科学家被划分为“原子论者”如道尔顿和玻尔兹曼，和他们的对手如恩斯特·马赫（爱因斯坦称他为相对论的先驱）。争论的核心是原子无法测量。你可以随心所欲推测它们的存在，但是原子假说是无法测试的。这时，爱因斯坦对布朗运动的研究论文就横空出世了。

爱因斯坦并不是第一个提出原子碰撞来解决布朗运动，但他的论文之所以有着如此重大的意义，是因为它把原子的物理性质和宏观可以测量的东西联系在一起。爱因斯坦的论文着重研究了流体的一种性质——被称为扩散。例如，把食用色素滴在水里，它就会逐渐散开，这是由于色素与水分子不断发生碰撞。由于分子碰撞是随机的，所以色素就会无规运动产生随机图案。你可以这样来看，色素先走一步，然后沿随机方向再走一步，如此反复。平均来说，色素的位置保持不变，但偶然会向外滑移。因此，随着时间的推移，色素就会扩散。

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