Брауново движение
Брауновото движение е случайно движение на частици в течност или газ. Движението се причинява от бързо движещи се атоми или молекули, които се удрят в частиците. Брауновото движение е открито през 1827 г. от ботаника Робърт Браун. През 1827 г., докато гледал през микроскоп частици, попаднали в кухини във вътрешността на поленови зърна във вода, той забелязал, че частиците се движат във водата, но не успял да открие какво причинява това движение.
Отдавна атомите и молекулите се смятат за основни части на материята. През 1905 г. Алберт Айнщайн публикува статия, в която подробно обяснява как наблюдаваното от Браун движение е резултат от движението на прашеца от отделни водни молекули. Това е един от първите му големи приноси към науката и убеждава много учени, че атомите и молекулите съществуват. През 1908 г. Жан Перен потвърждава това експериментално. През 1926 г. Перин получава Нобелова награда за физика "за работата си върху прекъснатия строеж на материята". Посоката на силата на атомното бомбардиране непрекъснато се променя и в различни моменти частицата е удряна повече от едната страна, отколкото от другата, което води до привидно случайния характер на движението.
Има твърде много молекулярни въздействия, които създават Брауновия модел, така че нито един научен модел не може да отчете всички тях. Ето защо за описанието му могат да се използват само вероятностни модели на молекулярните популации. Два такива модела на статистическата механика, направени от Айнщайн и Смолуховски, са представени по-долу. Друг, чисто вероятностен вид модели, са моделите на стохастични процеси. Съществуват както по-прости, така и по-сложни стохастични процеси, които в краен случай ("доведени до границата") могат да описват Брауновото движение (вж. случайната разходка и теоремата на Донскер).
Алберт Айнщайн и Норберт Винер също изучават Брауновото движение с по-голяма математическа прецизност.
История
В научната поема на римлянина Лукреций "За природата на нещата" (около 60 г. пр.н.е.) в стихове 113-140 от книга II е описано брауновото движение на праховите частици. Той използва това, за да помогне на хората да се уверят в съществуването на атомите:
"Наблюдавайте какво се случва, когато в една сграда се пусне слънчева светлина и се освети малка сграда на сенчестите ѝ места. Ще видите множество малки частици, които се движат по множество начини..."
Въпреки че Ян Ингенхоуз описва странното движение на частици въглищен прах по повърхността на алкохола през 1785 г., откритието често се приписва на ботаника Робърт Браун през 1827 г. Браун изучава под микроскоп прашецови зърна на растението Clarkia pulchella, окачени във вода, когато забелязва миниатюрни частици, изхвърлени от прашецовите зърна, да извършват трескаво движение. Като повтаря експеримента с частици неорганична материя, той успява да изключи, че движението е свързано с живота, въпреки че произходът му все още не е известен.
Първият човек, който описва математиката на Брауновото движение, е Торвалд Н. Тиле в статия за метода на най-малките квадрати, публикувана през 1880 г. Той е последван от Луи Башелие през 1900 г. в докторската си дисертация "Теория на спекулацията", в която представя анализ на пазарите на акции и опции. Често се използва моделът на Брауновото движение на фондовия пазар, но Беноа Манделброт отрича неговата приложимост към движението на цените на акциите.
Алберт Айнщайн (в една от статиите си от 1905 г.) и Мариан Смолуховски (1906 г.) представят решението на проблема на вниманието на физиците и го представят като начин за косвено потвърждаване на съществуването на атоми и молекули. Техните уравнения, описващи Брауновото движение, са проверени чрез експерименталната работа на Жан Батист Перен през 1908 г.
От книгата на Жан Батист Перен "Атоми" са показани три трасировки на движението на частици с размер 0,53 µm, както се вижда под микроскоп. Последователните позиции на всеки 30 секунди са съединени с прави линии (размерът на окото е 3,2 µm).
Въпроси и отговори
В: Какво представлява Брауновото движение?
О: Брауновото движение е случайното движение на частици в течност или газ, причинено от бързо движещи се атоми или молекули, които се удрят в частиците.
В: Кой е открил Брауновото движение?
О: Брауновото движение е открито през 1827 г. от ботаника Робърт Браун.
В: С какво Алберт Айнщайн допринася за разбирането на Брауновото движение?
О: През 1905 г. Алберт Айнщайн публикува статия, в която обяснява как движението, наблюдавано от Робърт Браун, е причинено от отделни водни молекули, които се удрят в частиците. Това помогна да се убедят много учени, че съществуват атоми и молекули.
Въпрос: Кой проверява теорията на Айнщайн експериментално?
О: Жан Перен проверява експериментално теорията на Айнщайн през 1908 г. и получава Нобелова награда за физика за работата си върху структурата на материята.
Въпрос: Как се появява този случаен модел?
О: Посоката на силата на атомната бомбардировка постоянно се променя, което води до това, че различните страни на частицата се удрят по различно време и предизвикват привидно случайни модели на движение.
Въпрос: Какви модели се използват, за да се опише това? О: За описанието му се използват вероятностни модели на молекулярни популации, като тези на Айнщайн и Смолуховски, както и модели на стохастични процеси.
В: Кой друг е изследвал Брауновото движение с по-голяма математическа прецизност? О: Норберт Винер също е изучавал Брауновото движение с по-голяма математическа прецизност.
