布朗运动

布朗运动，也叫布朗运动一种物理现象，其中一些量不断地发生微小的随机波动。它是以苏格兰植物学家的名字命名的罗伯特•布朗他是第一个研究这种波动的人(1827年)。

如果若干粒子服从布朗态运动存在于给定的介质中，并且没有随机振荡的首选方向，那么在一段时间内，粒子将倾向于均匀地分布在整个介质中。因此,如果一个而且B是两个相邻地区和时间t，一个含有两倍于B，那一刻粒子离开的概率一个进入B是粒子离开的概率的两倍大吗B进入一个．物质趋向于稳定地从高浓度区域扩散到低浓度区域的物理过程被称为扩散．扩散因此可以认为是宏观的吗表现微观层面的布朗运动因此，通过模拟布朗粒子的运动并计算其平均行为来研究扩散是可能的。用布朗运动来研究的无数扩散过程的几个例子包括污染物通过大气的扩散大气“洞”的扩散(微小的区域，在其中电荷电位是正的)通过a半导体以及钙在生物体中通过骨组织的扩散。

早期的调查

“经典布朗运动”一词描述了悬浮在大气中的微观粒子的随机运动液体或气体．布朗正在调查施肥过程山字草pulchella，然后是一种新发现的开花植物当他注意到显微镜内微观粒子的“快速振荡运动”时花粉颗粒悬浮在水下面显微镜．其他研究人员早前就注意到了这一现象，但布朗是第一个研究它的人。最初，他认为这样的运动是一个至关重要的这是植物雄性细胞特有的活动，但他随后又检查了死亡超过一个世纪的植物的花粉是否显示出同样的运动。布朗称这是一个“非常意想不到的事实，这些‘分子’在植物死亡这么长时间后仍然保持着生命力。”进一步的研究表明，同样的运动不仅可以观察到其他有机物质的颗粒，甚至可以观察到玻璃或花岗岩的碎片和烟雾颗粒。最后，无可争辩地支持了这一现象的非生命性质，他在岩石中充满液体的囊泡中证明了这一点伟大的斯芬克斯．

早期的解释由于转向热的运动对流海流流体．然而，当观察显示附近的粒子表现出完全不相关的活动时，这个简单的解释就被抛弃了。到19世纪60年代，理论物理学家开始对布朗运动感兴趣，并在寻找对其各种特征的一致解释:一个给定的粒子似乎有同样可能向任何方向运动;进一步的运动似乎与过去的运动完全无关;运动从未停止过。在1865年的一项实验中，将悬浮液密封在玻璃中一年，结果表明布朗运动仍然存在。更多的系统的1889年的调查确定，周围流体的小颗粒尺寸和低粘度导致了更快的运动。

爱因斯坦布朗运动理论

由于较高的温度也导致更快的布朗运动，1877年有人提出其原因在于“液体环境中的热分子运动”。液体或气体的分子不断地运动，相互碰撞，来回弹跳，这一观点是物理学的重要组成部分气体动力学理论由物理学家在19世纪30年代发明詹姆斯·克拉克·马克斯韦尔，路德维希玻耳兹曼,鲁道夫·克劳修斯解释热现象。根据理论，温度一种物质的量与平均值成正比动能物质的分子以此运动或振动。人们很自然地猜测，这种运动可能以某种方式传递给可以在显微镜下观察到的更大的粒子;如果这是真的，这将是第一个直接可观察到的效应证实了动力学理论。这条推理路线引导了这位德国物理学家阿尔伯特·爱因斯坦1905年，他提出了布朗运动的定量理论。波兰物理学家Marian Smoluchowski几乎在同一时间独立地对布朗运动进行了类似的研究，她使用的方法与爱因斯坦的有些不同。

爱因斯坦后来写道，他的主要目标是找到能尽可能保证宇宙存在的事实原子大小确定的。在这项工作中，他发现根据原子理论悬浮的微观粒子必须有可观察到的运动。爱因斯坦没有意识到关于布朗运动的观察早已为人熟知。推理的基础统计力学，他证明，对于这样一个微小的粒子，相对两侧的分子轰击压力之间的随机差异将导致它不断摆动来来回回。更小的粒子，粘性更小的流体，以及更高的温度都会增加人们预期能观察到的运动量。在一段时间内，粒子会倾向于从它的起点漂移，根据动力学理论，可以计算出(P)，即粒子移动一定距离(x)在任何给定方向上(它移动的总距离将大于x)在一定的时间间隔内(t)在扩散系数为(D)为已知，D等于的平方的平均值的二分之一位移在x方向。这个概率“密度”公式允许P被密谋反对x．这张图很熟悉钟形高斯“正态”曲线这通常发生在随机变量是许多独立的，统计上相同的随机变量的和，在这种情况下，许多小的推力加起来就是总的运动。这种关系的方程是

介绍超显微镜1903年，通过使可见的小胶体颗粒更容易测量其更大的活性来辅助定量研究。从1905年到1911年，人们进行了几次重要的测量。在这一时期，法国物理学家让-巴蒂斯特·佩兰他成功地验证了爱因斯坦的分析，并因此获得了诺贝尔奖诺贝尔奖1926年获得物理学奖。他的工作建立了布朗运动的物理理论，结束了布朗运动的历史怀疑关于原子和分子作为实际物理实体的存在。