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布朗运动(Brownian motion)

2020-07-08



十七世纪,科学家开始研究热的本质,并尝试用分子运动观点解释热学现象,但当时「热质说」相当盛行,因此分子运动论发展非常缓慢。直到后来,确定「热是一种能量」后,分子运动论又发展起来,科学家们利用分子运动论解释气体、液体、固体的性质,皆有完善的结论。

西元 1827 年,英国植物学家罗伯特.布朗(Robert Brown)在研究植物授粉的过程中,利用显微镜观察悬浮于水中由花粉所迸裂出之微粒时,发现微粒会呈现不规则状的运动,因而称它「布朗运动」(Brownian motion)。

布朗运动说明了分子不停的在以不规则的方式在运动,称之为「热运动」。但以当时的理论,不论是由生物的主动性作描述,或是以尚未成熟的热力学观点,皆无法完善的定量解释「布朗运动」。

直到 1905 年,爱因斯坦(Albert Einstein)以原子的观点出发,利用统计的方式以及数学上「机率」的概念,分析了此现象与微粒浓度、微粒大小、液体黏滞性、温度之间的关係。他的观点建立在液体中的微粒,其扩散过程是由粒子在液体中的渗透压(osmotic pressure)分布及粒子相对迁移律(mobility)而决定。因而推导出温度越高或是液体黏滞性越小则扩散速率越快,布朗运动越明显。

1908 年,法国物理学家斐林(Jean Baptiste Perrin)以爱因斯坦的理论为基础,作了一连串的实验,并于 1910 年完全验证并支持了爱因斯坦的「布朗运动」理论预测,因此斐林获得了 1926 年的诺贝尔物理奖。

参考资料:

1. http://en.wikipedia.org/wiki/Brownian_motion
2. 庞宁宁,漫谈布朗运动,物理双月刊,廿八卷一期,2006 年2 月

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