რობერტ ბრაუნის აღმოჩენა. ბრაუნის მოძრაობა ბრაუნის მოძრაობა და ატომურ-მოლეკულური თეორია

რა არის ბრაუნის მოძრაობა?

ახლა თქვენ გაეცნობით მოლეკულების თერმული მოძრაობის ყველაზე აშკარა მტკიცებულებებს (მოლეკულური კინეტიკური თეორიის მეორე ძირითადი პოზიცია). აუცილებლად სცადეთ დაათვალიეროთ მიკროსკოპით და ნახოთ როგორ მოძრაობენ ეგრეთ წოდებული ბრაუნის ნაწილაკები.

ადრე გაიგეთ რა არის დიფუზია, ანუ აირების, სითხეების და მყარი ნივთიერებების შერევა უშუალო კონტაქტში. ეს ფენომენი აიხსნება მოლეკულების შემთხვევითი მოძრაობით და ერთი ნივთიერების მოლეკულების შეღწევით სხვა ნივთიერების მოლეკულებს შორის სივრცეში. ამით შეიძლება აიხსნას, მაგალითად, ის ფაქტი, რომ წყლისა და ალკოჰოლის ნარევის მოცულობა ნაკლებია მისი შემადგენელი კომპონენტების მოცულობაზე. მაგრამ მოლეკულების მოძრაობის ყველაზე აშკარა მტკიცებულება შეიძლება მიღებულ იქნას წყალში შეჩერებული ნებისმიერი მყარი ნივთიერების უმცირესი ნაწილაკების მიკროსკოპით დაკვირვებით. ეს ნაწილაკები განიცდიან შემთხვევით მოძრაობას, რომელსაც ე.წ ბრაუნიანი.

ეს არის სითხეში (ან გაზში) შეჩერებული ნაწილაკების თერმული მოძრაობა.

ბრაუნის მოძრაობაზე დაკვირვება

ინგლისელმა ბოტანიკოსმა რ.ბრაუნმა (1773-1858) პირველად დააფიქსირა ეს ფენომენი 1827 წელს, მიკროსკოპით გამოიკვლია წყალში შეჩერებული ხავსის სპორები. მოგვიანებით მან შეხედა სხვა პატარა ნაწილაკებს, მათ შორის ეგვიპტის პირამიდების ქვის ნაჭრებს. დღესდღეობით ბრაუნის მოძრაობის დასაკვირვებლად იყენებენ წყალში უხსნად რეზინის საღებავის ნაწილაკებს. ეს ნაწილაკები მოძრაობენ შემთხვევით. ჩვენთვის ყველაზე საოცარი და უჩვეულო ის არის, რომ ეს მოძრაობა არასოდეს ჩერდება. ჩვენ მიჩვეულები ვართ, რომ ნებისმიერი მოძრავი სხეული ადრე თუ გვიან ჩერდება. ბრაუნი თავდაპირველად ფიქრობდა, რომ ხავსის სპორები სიცოცხლის ნიშანს აჩვენებდნენ.

თერმული მოძრაობა და ის ვერ ჩერდება. ტემპერატურის მატებასთან ერთად იზრდება მისი ინტენსივობა. ნახაზი 8.3 გვიჩვენებს ბრაუნის ნაწილაკების მოძრაობის დიაგრამას. წერტილებით მონიშნული ნაწილაკების პოზიციები განისაზღვრება რეგულარული ინტერვალებით 30 წმ. ეს წერტილები დაკავშირებულია სწორი ხაზებით. სინამდვილეში, ნაწილაკების ტრაექტორია გაცილებით რთულია.

ბრაუნის მოძრაობა შეიძლება შეინიშნოს გაზშიც. ეს გამოწვეულია ჰაერში შეჩერებული მტვრის ან კვამლის ნაწილაკებით.

გერმანელი ფიზიკოსი რ. პოლი (1884-1976) ფერადად აღწერს ბრაუნის მოძრაობას: „რამდენიმე ფენომენს შეუძლია დამკვირვებლის მოხიბვლა ისე, როგორც ბრაუნის მოძრაობა. აქ დამკვირვებელს საშუალება ეძლევა კულისებში დაათვალიეროს რა ხდება ბუნებაში. მის წინაშე იხსნება ახალი სამყარო - დიდი რაოდენობით ნაწილაკების უწყვეტი აურზაური. უმცირესი ნაწილაკები სწრაფად დაფრინავენ მიკროსკოპის ხედვის ველში, თითქმის მყისიერად ცვლის მოძრაობის მიმართულებას. უფრო დიდი ნაწილაკები უფრო ნელა მოძრაობენ, მაგრამ ასევე მუდმივად იცვლებიან მოძრაობის მიმართულებას. მსხვილი ნაწილაკები პრაქტიკულად ადგილზეა დამსხვრეული. მათი ამობურცვები ნათლად აჩვენებს ნაწილაკების ბრუნვას მათი ღერძის გარშემო, რომელიც მუდმივად იცვლის მიმართულებას სივრცეში. სისტემის ან წესრიგის კვალი არსად არის. ბრმა შანსის დომინირება - ეს არის ძლიერი, აბსოლუტური შთაბეჭდილება, რომელიც ამ სურათს ტოვებს დამკვირვებელზე.

ამჟამად კონცეფცია ბრაუნის მოძრაობაგამოიყენება უფრო ფართო გაგებით. მაგალითად, ბრაუნის მოძრაობა არის მგრძნობიარე საზომი ხელსაწყოების ნემსების ვიბრაცია, რაც ხდება ხელსაწყოს ნაწილების ატომების და გარემოს თერმული მოძრაობის გამო.

ბრაუნის მოძრაობის ახსნა

ბრაუნის მოძრაობა შეიძლება აიხსნას მხოლოდ მოლეკულური კინეტიკური თეორიის საფუძველზე. ნაწილაკების ბრაუნის მოძრაობის მიზეზი არის ის, რომ თხევადი მოლეკულების ზემოქმედება ნაწილაკზე არ ანადგურებს ერთმანეთს.. ნახაზი 8.4 სქემატურად გვიჩვენებს ბრაუნის ერთი ნაწილაკის პოზიციას და მასთან ყველაზე ახლოს მოლეკულებს. როდესაც მოლეკულები შემთხვევით მოძრაობენ, იმპულსები, რომლებსაც ისინი გადასცემენ ბრაუნის ნაწილაკს, მაგალითად, მარცხნივ და მარჯვნივ, არ არის ერთნაირი. მაშასადამე, ბრაუნის ნაწილაკზე თხევადი მოლეკულების წნევის ძალა არ არის ნულოვანი. ეს ძალა იწვევს ნაწილაკების მოძრაობის ცვლილებას.

საშუალო წნევას აქვს გარკვეული მნიშვნელობა როგორც გაზში, ასევე სითხეში. მაგრამ ყოველთვის არის მცირე შემთხვევითი გადახრები ამ საშუალოდან. რაც უფრო მცირეა სხეულის ზედაპირის ფართობი, მით უფრო შესამჩნევია ამ მხარეზე მოქმედი წნევის ძალის შედარებითი ცვლილებები. მაგალითად, თუ ფართობს აქვს მოლეკულის რამდენიმე დიამეტრის რიგის ზომა, მაშინ მასზე მოქმედი წნევის ძალა მკვეთრად იცვლება ნულიდან გარკვეულ მნიშვნელობამდე, როდესაც მოლეკულა მოხვდება ამ არეალში.

ბრაუნის მოძრაობის მოლეკულური კინეტიკური თეორია შეიქმნა 1905 წელს ა.აინშტაინის (1879-1955) მიერ.

ბრაუნის მოძრაობის თეორიის აგებამ და მისმა ექსპერიმენტულმა დადასტურებამ ფრანგმა ფიზიკოსმა ჟ.პერენმა საბოლოოდ დაასრულა მოლეკულური კინეტიკური თეორიის გამარჯვება.

პერინის ექსპერიმენტები

პერინის ექსპერიმენტების იდეა შემდეგია. ცნობილია, რომ ატმოსფეროში გაზის მოლეკულების კონცენტრაცია სიმაღლესთან ერთად მცირდება. თერმული მოძრაობა რომ არ ყოფილიყო, მაშინ ყველა მოლეკულა დაეცემა დედამიწაზე და ატმოსფერო გაქრებოდა. ამასთან, თუ დედამიწისკენ მიზიდულობა არ არსებობდა, მაშინ თერმული მოძრაობის გამო მოლეკულები დატოვებდნენ დედამიწას, რადგან გაზს შეუძლია შეუზღუდავი გაფართოება. ამ დაპირისპირებული ფაქტორების მოქმედების შედეგად დგინდება მოლეკულების გარკვეული განაწილება სიმაღლეში, როგორც ზემოთ აღინიშნა, ანუ მოლეკულების კონცენტრაცია სიმაღლესთან ერთად საკმაოდ სწრაფად იკლებს. უფრო მეტიც, რაც უფრო დიდია მოლეკულების მასა, მით უფრო სწრაფად მცირდება მათი კონცენტრაცია სიმაღლესთან ერთად.

ბრაუნის ნაწილაკები მონაწილეობენ თერმულ მოძრაობაში. ვინაიდან მათი ურთიერთქმედება უმნიშვნელოდ მცირეა, ამ ნაწილაკების შეგროვება გაზში ან სითხეში შეიძლება ჩაითვალოს ძალიან მძიმე მოლეკულების იდეალურ გაზად. შესაბამისად, ბრაუნის ნაწილაკების კონცენტრაცია გაზში ან სითხეში დედამიწის გრავიტაციულ ველში უნდა შემცირდეს იმავე კანონის მიხედვით, როგორც აირის მოლეკულების კონცენტრაცია. ეს კანონი ცნობილია.

პერინი, მაღალი გამადიდებელი მიკროსკოპის გამოყენებით ველის არაღრმა სიღრმით (ველის არაღრმა სიღრმე), დააკვირდა ბრაუნის ნაწილაკებს სითხის ძალიან თხელ ფენებში. სხვადასხვა სიმაღლეზე ნაწილაკების კონცენტრაციის გამოთვლით მან აღმოაჩინა, რომ ეს კონცენტრაცია სიმაღლესთან ერთად მცირდება იმავე კანონის მიხედვით, როგორც აირის მოლეკულების კონცენტრაცია. განსხვავება ისაა, რომ ბრაუნის ნაწილაკების დიდი მასის გამო კლება ძალიან სწრაფად ხდება.

უფრო მეტიც, ბრაუნის ნაწილაკების სხვადასხვა სიმაღლეზე დათვლამ პერინს საშუალება მისცა დაედგინა ავოგადროს მუდმივი სრულიად ახალი მეთოდის გამოყენებით. ამ მუდმივის მნიშვნელობა ცნობილს დაემთხვა.

ყველა ეს ფაქტი მიუთითებს ბრაუნის მოძრაობის თეორიის სისწორეზე და, შესაბამისად, რომ ბრაუნის ნაწილაკები მონაწილეობენ მოლეკულების თერმულ მოძრაობაში.

თქვენ აშკარად ნახეთ თერმული მოძრაობის არსებობა; დაინახა ქაოტური მოძრაობა. მოლეკულები მოძრაობენ კიდევ უფრო შემთხვევით, ვიდრე ბრაუნის ნაწილაკები.

ფენომენის არსი

ახლა შევეცადოთ გავიგოთ ბრაუნის მოძრაობის ფენომენის არსი. და ეს იმიტომ ხდება, რომ ყველა აბსოლუტურად სითხე და აირი შედგება ატომებისგან ან მოლეკულებისგან. მაგრამ ჩვენ ასევე ვიცით, რომ ეს პატარა ნაწილაკები, რომლებიც უწყვეტ ქაოტურ მოძრაობაში არიან, მუდმივად უბიძგებენ ბრაუნის ნაწილაკს სხვადასხვა მიმართულებით.

მაგრამ საინტერესო ის არის, რომ მეცნიერებმა დაამტკიცეს, რომ უფრო დიდი ზომის ნაწილაკები, რომლებიც 5 მიკრონს აღემატება, უმოძრაო რჩებიან და თითქმის არ მონაწილეობენ ბრაუნის მოძრაობაში, რაც არ შეიძლება ითქვას პატარა ნაწილაკებზე. 3 მიკრონზე ნაკლები ზომის ნაწილაკებს შეუძლიათ გადაადგილება, ბრუნვის შესრულება ან რთული ტრაექტორიების დაწერა.

როდესაც დიდი სხეული ჩაეფლო გარემოში, დიდი რაოდენობით წარმოქმნილი დარტყმები, როგორც ჩანს, აღწევს საშუალო დონეს და ინარჩუნებს მუდმივ წნევას. ამ შემთხვევაში, არქიმედეს თეორია მოქმედებს, რადგან დიდი სხეული, რომელიც გარშემორტყმულია ყველა მხრიდან გარემოთი, აბალანსებს წნევას და დარჩენილი ამწევი ძალა საშუალებას აძლევს ამ სხეულს ცურვის ან ჩაძირვის საშუალებას.

მაგრამ თუ სხეულს აქვს ისეთი ზომები, როგორიცაა ბრაუნის ნაწილაკი, ანუ სრულიად შეუმჩნეველი, მაშინ შესამჩნევი ხდება წნევის გადახრები, რაც ხელს უწყობს შემთხვევითი ძალის შექმნას, რაც იწვევს ამ ნაწილაკების ვიბრაციას. შეიძლება დავასკვნათ, რომ გარემოში ბრაუნის ნაწილაკები სუსპენზიაშია, განსხვავებით დიდი ნაწილაკებისგან, რომლებიც იძირება ან ცურავს.

ბრაუნის მოძრაობის მნიშვნელობა

შევეცადოთ გაერკვნენ, აქვს თუ არა ბრაუნის მოძრაობას რაიმე მნიშვნელობა ბუნებრივ გარემოში:

პირველ რიგში, ბრაუნის მოძრაობა მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ნიადაგიდან მცენარის კვებაში;
მეორეც, ადამიანისა და ცხოველის ორგანიზმებში საკვები ნივთიერებების შეწოვა ხდება საჭმლის მომნელებელი ორგანოების კედლების მეშვეობით ბრაუნის მოძრაობის გამო;
მესამე, კანის სუნთქვის განხორციელებისას;
და ბოლოს, ბრაუნის მოძრაობა მნიშვნელოვანია ჰაერსა და წყალში მავნე ნივთიერებების განაწილებაში.

Საშინაო დავალება

ყურადღებით წაიკითხეთ კითხვები და გაეცით მათ წერილობით პასუხები:

1. გაიხსენეთ რას ჰქვია დიფუზია?
2. რა კავშირია მოლეკულების დიფუზიასა და თერმულ მოძრაობას შორის?
3. ბრაუნის მოძრაობის განსაზღვრა.
4. როგორ ფიქრობთ, ბრაუნის მოძრაობა თერმულია და ამართლებთ თქვენს პასუხს?
5. შეიცვლება თუ არა ბრაუნის მოძრაობის ბუნება გაცხელებისას? თუ იცვლება, ზუსტად როგორ?
6. რა მოწყობილობა გამოიყენება ბრაუნის მოძრაობის შესასწავლად?
7. იცვლება თუ არა ბრაუნის მოძრაობის ნიმუში ტემპერატურის მატებასთან ერთად და ზუსტად როგორ?
8. იქნება თუ არა ცვლილებები ბრაუნის მოძრაობაში, თუ წყლის ემულსია ჩანაცვლდება გლიცერინით?

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, ფიზიკა მე-10 კლასი

დღეს ჩვენ უფრო დეტალურად განვიხილავთ მნიშვნელოვან თემას - განვსაზღვრავთ მატერიის მცირე ნაწილების ბრაუნის მოძრაობას სითხეში ან აირში.

რუკა და კოორდინატები

ზოგიერთი სკოლის მოსწავლე, რომელიც იტანჯება მოსაწყენი გაკვეთილებით, არ ესმის, რატომ სწავლობს ფიზიკას. იმავდროულად, სწორედ ამ მეცნიერებამ შეძლო ოდესღაც ამერიკის აღმოჩენა!

დავიწყოთ შორიდან. ხმელთაშუა ზღვის უძველეს ცივილიზაციებს, გარკვეული გაგებით, გაუმართლათ: ისინი განვითარდნენ დახურული შიდა წყლის ნაპირებზე. ხმელთაშუა ზღვას ასე ეძახიან, რადგან იგი ყველა მხრიდან ხმელეთით არის გარშემორტყმული. და უძველეს მოგზაურებს შეეძლოთ საკმაოდ შორს გაემგზავრებინათ თავიანთი ექსპედიციით, ნაპირების მხედველობის დაკარგვის გარეშე. მიწის მონახაზები დაეხმარა ნავიგაციას. და პირველი რუკები შედგენილი იყო აღწერით და არა გეოგრაფიულად. ამ შედარებით ხანმოკლე მოგზაურობის წყალობით, ბერძნები, ფინიკიელები და ეგვიპტელები გემების აშენებაში ძალიან კარგად გახდნენ. და სადაც არის საუკეთესო აღჭურვილობა, არსებობს სურვილი, გადალახოს თქვენი სამყაროს საზღვრები.

ამიტომ, ერთ მშვენიერ დღეს ევროპულმა ძალებმა გადაწყვიტეს ოკეანეში შესვლა. კონტინენტებს შორის გაუთავებელ სივრცეებში ცურვისას მეზღვაურები მრავალი თვის განმავლობაში ხედავდნენ მხოლოდ წყალს და მათ როგორმე გზა უნდა ეპოვათ. ზუსტი საათებისა და მაღალი ხარისხის კომპასის გამოგონებამ ხელი შეუწყო კოორდინატების განსაზღვრას.

საათი და კომპასი

პატარა ხელის ქრონომეტრების გამოგონება დიდად დაეხმარა მეზღვაურებს. ზუსტად იმის დასადგენად, თუ სად იყვნენ ისინი, მათ სჭირდებოდათ ჰქონოდათ მარტივი ინსტრუმენტი, რომელიც გაზომავდა მზის სიმაღლეს ჰორიზონტზე მაღლა და იცოდნენ, როდის იყო ზუსტად შუადღე. კომპასის წყალობით გემის კაპიტანებმა იცოდნენ სად მიდიოდნენ. საათიც და მაგნიტური ნემსის თვისებებიც შეისწავლეს და შექმნეს ფიზიკოსებმა. ამის წყალობით მთელი მსოფლიო გაიხსნა ევროპელებისთვის.

ახალი კონტინენტები იყო ტერა ინკოგნიტა, შეუსწავლელი მიწები. მათზე უცნაური მცენარეები გაიზარდა და უცნაური ცხოველები აღმოაჩინეს.

მცენარეები და ფიზიკა

ცივილიზებული სამყაროს ყველა ნატურალისტი ჩქარობდა ამ ახალი უცნაური ეკოლოგიური სისტემების შესასწავლად. და რა თქმა უნდა, ისინი ცდილობდნენ მათგან სარგებლობის მიღებას.

რობერტ ბრაუნი ინგლისელი ბოტანიკოსი იყო. მან იმოგზაურა ავსტრალიასა და ტასმანიაში, აგროვებდა მცენარეების კოლექციებს. უკვე სახლში, ინგლისში, მძიმედ მუშაობდა მოტანილი მასალის აღწერასა და კლასიფიკაციაზე. და ეს მეცნიერი იყო ძალიან ზედმიწევნითი. ერთ დღეს, როდესაც აკვირდებოდა მტვრის მოძრაობას მცენარის წვენში, მან შენიშნა: პატარა ნაწილაკები გამუდმებით აკეთებენ ქაოტურ ზიგზაგ მოძრაობებს. ეს არის აირებსა და სითხეებში მცირე ელემენტების ბრაუნის მოძრაობის განმარტება. აღმოჩენის წყალობით, საოცარმა ბოტანიკოსმა დაწერა თავისი სახელი ფიზიკის ისტორიაში!

ბრაუნი და გუი

ევროპულ მეცნიერებაში მიღებულია ეფექტების ან ფენომენის დასახელება იმ ადამიანის სახელით, ვინც აღმოაჩინა იგი. მაგრამ ხშირად ეს ხდება შემთხვევით. მაგრამ ადამიანი, რომელიც აღწერს, აღმოაჩენს ან უფრო დეტალურად იკვლევს ფიზიკურ კანონს, აღმოჩნდება ჩრდილში. ეს მოხდა ფრანგ ლუი ჟორჟ გუისთან. სწორედ მან მისცა ბრაუნის მოძრაობის განმარტება (მე-7 კლასს ნამდვილად არ ესმის ამის შესახებ ფიზიკაში ამ თემის შესწავლისას).

გუის კვლევა და ბრაუნის მოძრაობის თვისებები

ფრანგი ექსპერიმენტატორი ლუი ჟორჟ გუი აკვირდებოდა სხვადასხვა ტიპის ნაწილაკების მოძრაობას რამდენიმე სითხეში, მათ შორის ხსნარებში. იმდროინდელ მეცნიერებას უკვე შეეძლო ზუსტად დაედგინა მატერიის ნაჭრების ზომა მიკრომეტრის მეათედამდე. როდესაც იკვლევდა რა არის ბრაუნის მოძრაობა (სწორედ გუიმ მისცა ამ ფენომენის განმარტება ფიზიკაში), მეცნიერმა გააცნობიერა: ნაწილაკების მოძრაობის ინტენსივობა იზრდება, თუ ისინი მოთავსდებიან ნაკლებად ბლანტ გარემოში. როგორც ფართო სპექტრის ექსპერიმენტატორი, მან შეაჩერა სხვადასხვა სიძლიერის მსუბუქი და ელექტრომაგნიტური ველები. მეცნიერმა აღმოაჩინა, რომ ეს ფაქტორები არანაირად არ მოქმედებს ნაწილაკების ქაოტურ ზიგზაგის ნახტომებზე. გუიმ ცალსახად აჩვენა რას ამტკიცებს ბრაუნის მოძრაობა: სითხის ან აირის მოლეკულების თერმული მოძრაობა.

გუნდი და მასა

ახლა უფრო დეტალურად აღვწეროთ მატერიის მცირე ნაჭრების ზიგზაგის გადახტომის მექანიზმი სითხეში.

ნებისმიერი ნივთიერება შედგება ატომებისგან ან მოლეკულებისგან. სამყაროს ეს ელემენტები ძალიან მცირეა; ვერც ერთი ოპტიკური მიკროსკოპი ვერ ხედავს მათ. სითხეში ისინი მუდმივად ირხევიან და მოძრაობენ. როდესაც რომელიმე ხილული ნაწილაკი შედის ხსნარში, მისი მასა ათასჯერ აღემატება ერთ ატომს. თხევადი მოლეკულების ბრაუნის მოძრაობა ხდება ქაოტურად. მაგრამ მიუხედავად ამისა, ყველა ატომი ან მოლეკულა არის ერთობლიობა, ისინი დაკავშირებულია ერთმანეთთან, როგორც ადამიანები, რომლებიც ერთმანეთს უერთდებიან. ამიტომ, ზოგჯერ ისეც ხდება, რომ ნაწილაკის ერთ მხარეს სითხის ატომები ისე მოძრაობენ, რომ მასზე „დაჭერენ“, ხოლო ნაწილაკების მეორე მხარეს ნაკლებად მკვრივი გარემო იქმნება. ამიტომ, მტვრის ნაწილაკი მოძრაობს ხსნარის სივრცეში. სხვაგან, სითხის მოლეკულების კოლექტიური მოძრაობა შემთხვევით გავლენას ახდენს უფრო მასიური კომპონენტის მეორე მხარეს. სწორედ ასე ხდება ნაწილაკების ბრაუნის მოძრაობა.

დრო და აინშტაინი

თუ ნივთიერებას აქვს არანულოვანი ტემპერატურა, მისი ატომები განიცდიან თერმულ ვიბრაციას. ამიტომ, თუნდაც ძალიან ცივ ან ზეგაცივებულ სითხეში, ბრაუნის მოძრაობა არსებობს. პატარა შეჩერებული ნაწილაკების ეს ქაოტური ნახტომები არასოდეს ჩერდება.

ალბერტ აინშტაინი ალბათ მეოცე საუკუნის ყველაზე ცნობილი მეცნიერია. ვინც ოდნავ მაინც არის დაინტერესებული ფიზიკით, იცის ფორმულა E = mc 2. ბევრს შეიძლება ახსოვდეს ფოტოელექტრული ეფექტი, რისთვისაც მას ნობელის პრემია მიანიჭეს და ფარდობითობის სპეციალური თეორია. მაგრამ ცოტამ თუ იცის, რომ აინშტაინმა ბრაუნის მოძრაობის ფორმულა შეიმუშავა.

მოლეკულური კინეტიკური თეორიის საფუძველზე, მეცნიერმა გამოიტანა სითხეში შეჩერებული ნაწილაკების დიფუზიის კოეფიციენტი. და ეს მოხდა 1905 წელს. ფორმულა ასე გამოიყურება:

D = (R * T) / (6 * N A * a * π * ξ),

სადაც D არის სასურველი კოეფიციენტი, R არის უნივერსალური გაზის მუდმივი, T არის აბსოლუტური ტემპერატურა (გამოხატული კელვინში), N A არის ავოგადროს მუდმივი (შეესაბამება ნივთიერების ერთ მოლს, ან დაახლოებით 10 23 მოლეკულას), a არის სავარაუდო საშუალო ნაწილაკების რადიუსი, ξ არის სითხის ან ხსნარის დინამიური სიბლანტე.

და უკვე 1908 წელს ფრანგმა ფიზიკოსმა ჟან პერენმა და მისმა სტუდენტებმა ექსპერიმენტულად დაამტკიცეს აინშტაინის გამოთვლების სისწორე.

ერთი ნაწილაკი მეომრის ველში

ზემოთ ჩვენ აღვწერეთ გარემოს კოლექტიური გავლენა ბევრ ნაწილაკზე. მაგრამ სითხეში ერთმა უცხო ელემენტმაც კი შეიძლება გამოიწვიოს გარკვეული შაბლონები და დამოკიდებულებები. მაგალითად, თუ ბრაუნის ნაწილაკს დიდი ხნის განმავლობაში აკვირდებით, შეგიძლიათ ჩაწეროთ მისი ყველა მოძრაობა. და ამ ქაოსიდან წარმოიქმნება ჰარმონიული სისტემა. ბრაუნის ნაწილაკების საშუალო მოძრაობა ნებისმიერი მიმართულებით დროის პროპორციულია.

სითხეში ნაწილაკზე ჩატარებული ექსპერიმენტების დროს დაიხვეწა შემდეგი რაოდენობა:

• ბოლცმანის მუდმივი;
• ავოგადროს ნომერი.

ხაზოვანი მოძრაობის გარდა დამახასიათებელია ქაოტური ბრუნვაც. და საშუალო კუთხური გადაადგილება ასევე პროპორციულია დაკვირვების დროისა.

ზომები და ფორმები

ასეთი მსჯელობის შემდეგ შეიძლება გაჩნდეს ლოგიკური კითხვა: რატომ არ შეინიშნება ეს ეფექტი დიდი სხეულებისთვის? იმის გამო, რომ როდესაც სითხეში ჩაძირული ობიექტის მოცულობა აღემატება გარკვეულ მნიშვნელობას, მაშინ მოლეკულების ყველა ეს შემთხვევითი კოლექტიური „ბიძგი“ გადაიქცევა მუდმივ წნევაში, როგორც მათი საშუალოდ. გენერალი არქიმედეს კი უკვე სხეულზე მოქმედებს. ამრიგად, რკინის დიდი ნაჭერი იძირება და ლითონის მტვერი წყალში ცურავს.

ნაწილაკების ზომა, რომლის მაგალითიც ვლინდება თხევადი მოლეკულების რყევა, არ უნდა აღემატებოდეს 5 მიკრომეტრს. რაც შეეხება დიდ ობიექტებს, ეს ეფექტი არ იქნება შესამჩნევი.

შოტლანდიელმა ბოტანიკოსმა რობერტ ბრაუნმა (ზოგჯერ მისი გვარი გადაიწერება როგორც ბრაუნი) სიცოცხლის განმავლობაში, როგორც საუკეთესო მცენარეთა ექსპერტმა, მიიღო ტიტული "ბოტანიკოსთა პრინცი". მან ბევრი შესანიშნავი აღმოჩენა გააკეთა. 1805 წელს, ავსტრალიაში ოთხწლიანი ექსპედიციის შემდეგ, მან ინგლისში მეცნიერებისთვის უცნობი 4000-მდე სახეობის ავსტრალიური მცენარე ჩამოიტანა და მრავალი წელი გაატარა მათ შესწავლაში. აღწერილია ინდონეზიიდან და ცენტრალური აფრიკიდან ჩამოტანილი მცენარეები. მან შეისწავლა მცენარეთა ფიზიოლოგია და პირველად დეტალურად აღწერა მცენარეული უჯრედის ბირთვი. პეტერბურგის მეცნიერებათა აკადემიამ საპატიო წევრად აქცია. მაგრამ მეცნიერის სახელი ახლა ფართოდ არის ცნობილი არა ამ სამუშაოების გამო.

1827 წელს ბრაუნმა ჩაატარა კვლევა მცენარეთა მტვრის შესახებ. მას განსაკუთრებით აინტერესებდა, როგორ მონაწილეობს მტვერი განაყოფიერების პროცესში. ერთხელ მან მიკროსკოპით დახედა ჩრდილოეთ ამერიკის მცენარის მტვრის უჯრედებს. კლარკია პულჩელა(საკმაოდ კლარკია) წაგრძელებული ციტოპლაზმური მარცვლები შეჩერებულია წყალში. უცებ ბრაუნმა დაინახა, რომ უმცირესი მყარი მარცვლები, რომლებიც ძლივს ჩანდა წყლის წვეთში, გამუდმებით კანკალებდნენ და მოძრაობდნენ ადგილიდან ადგილზე. მან აღმოაჩინა, რომ ეს მოძრაობები, მისი სიტყვებით, „არ არის დაკავშირებული არც სითხეში ნაკადებთან და არც მის თანდათანობით აორთქლებასთან, არამედ თანდაყოლილია თავად ნაწილაკებში“.

ბრაუნის დაკვირვება სხვა მეცნიერებმაც დაადასტურეს. უმცირესი ნაწილაკები ისე იქცეოდნენ, თითქოს ცოცხლები იყვნენ, ხოლო ნაწილაკების „ცეკვა“ აჩქარდა ტემპერატურის მატებასთან და ნაწილაკების ზომის შემცირებით და აშკარად შენელდა წყლის უფრო ბლანტი გარემოთი ჩანაცვლებისას. ეს საოცარი ფენომენი არასოდეს შეჩერებულა: მისი დაკვირვება რამდენ ხანს გსურდა. თავდაპირველად, ბრაუნმა ისიც კი იფიქრა, რომ ცოცხალი არსებები რეალურად მოხვდნენ მიკროსკოპის ველში, მით უმეტეს, რომ მტვერი არის მცენარეების მამრობითი რეპროდუქციული უჯრედები, მაგრამ ასევე იყო ნაწილაკები მკვდარი მცენარეებიდან, თუნდაც ჰერბარიუმებში ასი წლით ადრე გამხმარებისგან. შემდეგ ბრაუნმა იფიქრა, იყო თუ არა ეს „ცოცხალი არსებების ელემენტარული მოლეკულები“, რაზეც ისაუბრა ცნობილმა ფრანგმა ბუფონმა (1707–1788), 36 ტომიანი წიგნის ავტორი. Ბუნებრივი ისტორია. ეს ვარაუდი გაქრა, როდესაც ბრაუნმა დაიწყო აშკარად უსულო საგნების გამოკვლევა; თავდაპირველად ეს იყო ნახშირის ძალიან მცირე ნაწილაკები, ასევე ჭვარტლი და მტვერი ლონდონის ჰაერიდან, შემდეგ წვრილად დაფქული არაორგანული ნივთიერებები: მინა, მრავალი სხვადასხვა მინერალი. "აქტიური მოლეკულები" ყველგან იყო: "ყოველ მინერალში", წერდა ბრაუნი, "რომლის დაფხვრაც მოვახერხე ისე, რომ შეიძლება გარკვეული დროით შეჩერდეს წყალში, ვიპოვე ეს მოლეკულები დიდი თუ ნაკლები რაოდენობით. ."

უნდა ითქვას, რომ ბრაუნს არ ჰქონდა არცერთი უახლესი მიკროსკოპი. თავის სტატიაში ის კონკრეტულად ხაზს უსვამს იმას, რომ ჰქონდა ჩვეულებრივი ორმხრივამოზნექილი ლინზები, რომლებსაც რამდენიმე წელი იყენებდა. და ის განაგრძობს: „მთელი კვლევის განმავლობაში მე ვაგრძელებდი იმავე ლინზების გამოყენებას, რომლითაც დავიწყე მუშაობა, რათა მეტი სანდოობა მიმეცა ჩემს განცხადებებს და რაც შეიძლება ხელმისაწვდომი გამხდარიყო ჩვეულებრივი დაკვირვებისთვის“.

ახლა, რომ გავიმეოროთ ბრაუნის დაკვირვება, საკმარისია გქონდეთ არც თუ ისე ძლიერი მიკროსკოპი და გამოვიყენოთ კვამლის გამოსაკვლევად გაშავებულ ყუთში, რომელიც განათებულია გვერდითი ხვრელიდან ინტენსიური სინათლის სხივით. აირში ფენომენი ბევრად უფრო მკაფიოდ ვლინდება, ვიდრე სითხეში: ნაცრის ან ჭვარტლის მცირე ნაჭრები (კვამლის წყაროდან გამომდინარე) ჩანს, აფანტავს შუქს და განუწყვეტლივ ხტუნავს წინ და უკან.

როგორც ხშირად ხდება მეცნიერებაში, მრავალი წლის შემდეგ ისტორიკოსებმა აღმოაჩინეს, რომ ჯერ კიდევ 1670 წელს, მიკროსკოპის გამომგონებელმა, ჰოლანდიელმა ანტონი ლეუვენჰუკმა, აშკარად დააფიქსირა მსგავსი ფენომენი, მაგრამ მიკროსკოპების იშვიათობა და არასრულყოფილება, იმ დროს მოლეკულური მეცნიერების ემბრიონული მდგომარეობა. არ მიიპყრო ყურადღება ლეუვენჰუკის დაკვირვებამ, ამიტომ აღმოჩენა სამართლიანად მიეწერება ბრაუნს, რომელმაც პირველმა შეისწავლა და დეტალურად აღწერა.

ბრაუნის მოძრაობა და ატომურ-მოლეკულური თეორია.

ბრაუნის მიერ დაკვირვებული ფენომენი სწრაფად გახდა ფართოდ ცნობილი. მან თავად აჩვენა თავისი ექსპერიმენტები მრავალ კოლეგას (ბრაუნი ჩამოთვლის ორ ათეულ სახელს). მაგრამ არც თავად ბრაუნს და არც ბევრ სხვა მეცნიერს მრავალი წლის განმავლობაში არ შეეძლო აეხსნა ეს იდუმალი ფენომენი, რომელსაც "ბრაუნის მოძრაობა" ეწოდა. ნაწილაკების მოძრაობები სრულიად შემთხვევითი იყო: მათი პოზიციების ესკიზები, რომლებიც გაკეთებულია დროის სხვადასხვა მომენტში (მაგალითად, ყოველ წუთში) ერთი შეხედვით არ აძლევდა შესაძლებლობას რაიმე ნიმუშის პოვნა ამ მოძრაობებში.

ბრაუნის მოძრაობის ახსნა (როგორც ამ ფენომენს უწოდეს) უხილავი მოლეკულების მოძრაობით იქნა მოცემული მხოლოდ მე-19 საუკუნის ბოლო მეოთხედში, მაგრამ მაშინვე არ იქნა მიღებული ყველა მეცნიერის მიერ. 1863 წელს, აღწერითი გეომეტრიის მასწავლებელმა კარლსრუედან (გერმანია), ლუდვიგ კრისტიან ვინერმა (1826–1896), ვარაუდობდა, რომ ეს ფენომენი დაკავშირებულია უხილავი ატომების რხევად მოძრაობასთან. ეს იყო ბრაუნის მოძრაობის პირველი, თუმცა ძალიან შორს თანამედროვე ახსნა ატომებისა და მოლეკულების თვისებებით. მნიშვნელოვანია, რომ ვინერმა დაინახა შესაძლებლობა, გამოეყენებინა ეს ფენომენი მატერიის სტრუქტურის საიდუმლოებებში შესაღწევად. ის იყო პირველი, ვინც სცადა გაეზომა ბრაუნის ნაწილაკების მოძრაობის სიჩქარე და მისი დამოკიდებულება მათ ზომაზე. საინტერესოა, რომ 1921 წ აშშ-ს მეცნიერებათა ეროვნული აკადემიის მოხსენებებიგამოქვეყნდა ნაშრომი სხვა ვინერის - ნორბერტის, კიბერნეტიკის ცნობილი დამფუძნებლის ბრაუნის მოძრაობაზე.

L.K. Wiener-ის იდეები მიიღო და განავითარა არაერთმა მეცნიერმა - ზიგმუნდ ექსნერმა ავსტრიაში (და 33 წლის შემდეგ - მისი ვაჟი ფელიქსი), ჯოვანი კანტონი იტალიაში, კარლ ვილჰელმ ნეგელი გერმანიაში, ლუი ჟორჟ გუი საფრანგეთში, სამი ბელგიელი მღვდელი. - იეზუიტები კარბონელი, დელსო და ტირიონი და სხვები. ამ მეცნიერთა შორის იყო მოგვიანებით ცნობილი ინგლისელი ფიზიკოსი და ქიმიკოსი უილიამ რამზი. თანდათან გაირკვა, რომ მატერიის უმცირეს მარცვლებს ყველა მხრიდან ურტყამდა კიდევ უფრო პატარა ნაწილაკები, რომლებიც უკვე აღარ ჩანდა მიკროსკოპით - ისევე როგორც ტალღები, რომლებიც შორეულ ნავს ქანაობს, ნაპირიდან არ ჩანს, ხოლო ნავის მოძრაობა. თავად საკმაოდ ნათლად ჩანს. როგორც ისინი წერდნენ 1877 წლის ერთ-ერთ სტატიაში, „...დიდი რიცხვების კანონი აღარ ამცირებს შეჯახების ეფექტს საშუალო ერთგვაროვან წნევამდე; მათი შედეგი აღარ იქნება ნულის ტოლი, მაგრამ მუდმივად იცვლის მიმართულებას და მის მიმართულებას. მასშტაბები.”

ხარისხობრივად, სურათი საკმაოდ დამაჯერებელი და თუნდაც ვიზუალური იყო. პატარა ყლორტი ან ბუზი უნდა მოძრაობდეს დაახლოებით ერთნაირად, უბიძგებს (ან გამოათრევს) სხვადასხვა მიმართულებით მრავალი ჭიანჭველა. ეს პატარა ნაწილაკები რეალურად იყო მეცნიერთა ლექსიკაში, მაგრამ არავის უნახავს ისინი. მათ მოლეკულებს უწოდებდნენ; ლათინურიდან თარგმნილი ეს სიტყვა ნიშნავს "მცირე მასას". გასაოცარია, რომ ზუსტად ასე ახსნა მსგავსი ფენომენი რომაელი ფილოსოფოსი ტიტუს ლუკრეციუს კარუსი (დაახლოებით ძვ. წ. 99–55) თავის ცნობილ პოემაში. საგნების ბუნების შესახებ. მასში ის უწოდებს თვალისთვის უხილავ უმცირეს ნაწილაკებს საგნების „პირველ პრინციპებს“.

საგნების პრინციპები ჯერ თავისთავად მოძრაობს,
მათ შემდეგ არის სხეულები მათი უმცირესი კომბინაციიდან,
მიუახლოვდით, თითქოსდა, ძალით პირველ პრინციპებთან,
მათგან დამალული, შოკის მიღებით, ისინი იწყებენ ბრძოლას,
თავად გადაადგილდებიან, შემდეგ კი ხელს უწყობენ უფრო დიდ სხეულებს.
ასე რომ, თავიდან დაწყებული, მოძრაობა ნელ-ნელა
ის ეხება ჩვენს გრძნობებს და ასევე ხილული ხდება
ჩვენთვის და მტვრის ლაქებში, რომლებიც მზის შუქზე მოძრაობენ,
მიუხედავად იმისა, რომ კანკალი, საიდანაც ის ხდება, შეუმჩნეველია...

შემდგომში აღმოჩნდა, რომ ლუკრეციუსი ცდებოდა: შეუძლებელია ბრაუნის მოძრაობის დაკვირვება შეუიარაღებელი თვალით და მტვრის ნაწილაკები მზის სხივში, რომელიც შეაღწია ბნელ ოთახში „ცეკვა“ ჰაერის მორევის მოძრაობების გამო. მაგრამ გარეგნულად ორივე ფენომენს აქვს გარკვეული მსგავსება. და მხოლოდ მე-19 საუკუნეში. ბევრი მეცნიერისთვის ცხადი გახდა, რომ ბრაუნის ნაწილაკების მოძრაობა გამოწვეულია გარემოს მოლეკულების შემთხვევითი ზემოქმედებით. მოძრავი მოლეკულები ეჯახება მტვრის ნაწილაკებს და სხვა მყარ ნაწილაკებს, რომლებიც წყალშია. რაც უფრო მაღალია ტემპერატურა, მით უფრო სწრაფია მოძრაობა. თუ მაგ. „იგრძენი“ ისინი - დაახლოებით ისეთივე, როგორც თეფშის ზომის ხის ნაჭერი არ „იგრძნობს“ მრავალი ჭიანჭველების ძალისხმევას, რომლებიც მას სხვადასხვა მიმართულებით გაიყვანენ ან უბიძგებენ. თუ მტვრის ნაწილაკი შედარებით მცირეა, ის მოძრაობს ამა თუ იმ მიმართულებით მიმდებარე მოლეკულების ზემოქმედების ქვეშ.

ბრაუნის ნაწილაკებს აქვთ 0,1–1 მკმ რიგის ზომა, ე.ი. მილიმეტრის მეათასედიდან მეათათასედამდე, რის გამოც ბრაუნმა შეძლო მათი მოძრაობის გარჩევა, რადგან ის უყურებდა ციტოპლაზმურ მარცვლებს და არა თავად მტვერს (რაზეც ხშირად შეცდომით წერენ). პრობლემა ის არის, რომ მტვრის უჯრედები ძალიან დიდია. ამრიგად, მდელოს ბალახის მტვერში, რომელსაც ქარი ატარებს და იწვევს ადამიანებში ალერგიულ დაავადებებს (თივის ცხელება), უჯრედის ზომა ჩვეულებრივ 20 - 50 მიკრონის ფარგლებშია, ე.ი. ისინი ძალიან დიდია ბრაუნის მოძრაობაზე დასაკვირვებლად. ასევე მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ ბრაუნის ნაწილაკების ინდივიდუალური მოძრაობები ხდება ძალიან ხშირად და ძალიან მცირე დისტანციებზე, ასე რომ შეუძლებელია მათი დანახვა, მაგრამ მიკროსკოპის ქვეშ ჩანს მოძრაობები, რომლებიც მოხდა გარკვეული პერიოდის განმავლობაში.

როგორც ჩანს, ბრაუნის მოძრაობის არსებობის ფაქტი ცალსახად ამტკიცებდა მატერიის მოლეკულურ სტრუქტურას, მაგრამ მე-20 საუკუნის დასაწყისშიც კი. იყვნენ მეცნიერები, მათ შორის ფიზიკოსები და ქიმიკოსები, რომლებსაც არ სჯეროდათ მოლეკულების არსებობის. ატომურ-მოლეკულურმა თეორიამ მხოლოდ ნელა და გაჭირვებით მოიპოვა აღიარება. ამრიგად, წამყვანი ფრანგი ორგანული ქიმიკოსი მარსელინ ბერტელო (1827–1907) წერდა: ”მოლეკულის კონცეფცია, ჩვენი ცოდნის თვალსაზრისით, გაურკვეველია, ხოლო სხვა კონცეფცია - ატომი - წმინდა ჰიპოთეტურია”. ცნობილმა ფრანგმა ქიმიკოსმა ა.სენ-კლერ დევილმა (1818–1881) კიდევ უფრო მკაფიოდ ისაუბრა: „არ ვიღებ ავოგადროს კანონს, არც ატომს და არც მოლეკულას, რადგან უარს ვამბობ იმის დაჯერებაზე, რასაც ვერც ვხედავ და ვერც ვაკვირდები. ” და გერმანელი ფიზიკოსი ვილჰელმ ოსტვალდი (1853–1932), ნობელის პრემიის ლაურეატი, ფიზიკური ქიმიის ერთ-ერთი ფუძემდებელი, ჯერ კიდევ მე-20 საუკუნის დასაწყისში. მტკიცედ უარყო ატომების არსებობა. მან მოახერხა სამტომიანი ქიმიის სახელმძღვანელოს დაწერა, რომელშიც სიტყვა "ატომი" არც კი არის ნახსენები. 1904 წლის 19 აპრილს სამეფო ინსტიტუტში დიდი მოხსენებით ინგლისის ქიმიური საზოგადოების წევრებთან საუბრისას, ოსტვალდი ცდილობდა დაემტკიცებინა, რომ ატომები არ არსებობს და „რასაც ჩვენ მატერიას ვუწოდებთ არის მხოლოდ ენერგიათა კრებული, რომლებიც ერთად შეგროვებულია მოცემულობაში. ადგილი.”

მაგრამ იმ ფიზიკოსებსაც კი, რომლებმაც მიიღეს მოლეკულური თეორია, ვერ დაიჯერებდნენ, რომ ატომურ-მოლეკულური თეორიის მართებულობა დადასტურდა ასე მარტივი გზით, ამიტომ ფენომენის ასახსნელად სხვადასხვა ალტერნატიული მიზეზი იქნა წამოყენებული. და ეს არის სრულიად მეცნიერების სულისკვეთებით: სანამ ფენომენის მიზეზი ცალსახად არ იქნება იდენტიფიცირებული, შესაძლებელია (და აუცილებელიც კი) ვივარაუდოთ სხვადასხვა ჰიპოთეზა, რომლებიც, თუ ეს შესაძლებელია, უნდა შემოწმდეს ექსპერიმენტულად ან თეორიულად. ასე რომ, ჯერ კიდევ 1905 წელს ბროკჰაუზისა და ეფრონის ენციკლოპედიურ ლექსიკონში გამოქვეყნდა სანქტ-პეტერბურგის ფიზიკის პროფესორის ნ.ა.გეზეჰუსის, ცნობილი აკადემიკოს A.F.Ioffe-ის მასწავლებლის მოკლე სტატია. გესეჰუსი წერდა, რომ ზოგიერთი მეცნიერის აზრით, ბრაუნის მოძრაობა გამოწვეულია „სინათლის ან სითბოს სხივებით, რომლებიც გადის სითხეში“ და იშლება „უბრალო დინებად სითხეში, რომელსაც საერთო არაფერი აქვს მოლეკულების მოძრაობასთან“ და ეს ნაკადებია. შეიძლება გამოწვეული იყოს „აორთქლების, დიფუზიის და სხვა მიზეზების გამო“. ყოველივე ამის შემდეგ, უკვე ცნობილი იყო, რომ ჰაერში მტვრის ნაწილაკების ძალიან მსგავსი მოძრაობა გამოწვეულია სწორედ მორევის ნაკადებით. მაგრამ გესეჰუსის მიერ მიცემული ახსნა ადვილად შეიძლება ექსპერიმენტულად უარყოფილიყო: თუ ძლიერი მიკროსკოპის საშუალებით დააკვირდებით ერთმანეთთან ძალიან ახლოს მდებარე ორ ბრაუნის ნაწილაკს, მათი მოძრაობები სრულიად დამოუკიდებელი აღმოჩნდება. თუ ეს მოძრაობები გამოწვეული იყო სითხეში რაიმე ნაკადით, მაშინ ასეთი მეზობელი ნაწილაკები ერთობლივად მოძრაობდნენ.

ბრაუნის მოძრაობის თეორია.

მე-20 საუკუნის დასაწყისში. მეცნიერთა უმეტესობას ესმოდა ბრაუნის მოძრაობის მოლეკულური ბუნება. მაგრამ ყველა ახსნა დარჩა წმინდა ხარისხობრივად; ვერც ერთი რაოდენობრივი თეორია ვერ გაუძლებდა ექსპერიმენტულ ტესტირებას. გარდა ამისა, თავად ექსპერიმენტის შედეგები გაურკვეველი იყო: ფანტასტიკური ფანტასტიკური სპექტაკლი აჩქარებული ნაწილაკების ჰიპნოზირებას ახდენდა ექსპერიმენტატორებს და მათ არ იცოდნენ, თუ რა მახასიათებლების გაზომვა იყო საჭირო ფენომენისთვის.

მიუხედავად აშკარა სრული აშლილობისა, მაინც შესაძლებელი იყო ბრაუნის ნაწილაკების შემთხვევითი მოძრაობების აღწერა მათემატიკური ურთიერთობით. პირველად ბრაუნის მოძრაობის მკაცრი ახსნა 1904 წელს მისცა პოლონელმა ფიზიკოსმა მარიან სმოლუჩოვსკიმ (1872–1917), რომელიც იმ წლებში მუშაობდა ლვოვის უნივერსიტეტში. ამავდროულად, ამ ფენომენის თეორია შეიმუშავა ალბერტ აინშტაინმა (1879–1955), მაშინდელი ნაკლებად ცნობილი მე-2 კლასის ექსპერტი შვეიცარიის ქალაქ ბერნის საპატენტო ოფისში. მისი სტატია, რომელიც გამოქვეყნდა 1905 წლის მაისში გერმანულ ჟურნალში Annalen der Physik, იყო სათაური. მოსვენებულ სითხეში შეჩერებული ნაწილაკების მოძრაობაზე, რაც საჭიროა სითბოს მოლეკულური კინეტიკური თეორიით. ამ სახელით აინშტაინს სურდა ეჩვენებინა, რომ მატერიის სტრუქტურის მოლეკულური კინეტიკური თეორია აუცილებლად გულისხმობს სითხეებში უმცირესი მყარი ნაწილაკების შემთხვევითი მოძრაობის არსებობას.

საინტერესოა, რომ ამ სტატიის დასაწყისშივე აინშტაინი წერს, რომ იცნობს თავად ფენომენს, თუმცა ზედაპირულად: „შესაძლებელია, რომ აღნიშნული მოძრაობები ე.წ. ბრაუნის მოლეკულური მოძრაობის იდენტური იყოს, მაგრამ მონაცემები ხელმისაწვდომია. ჩემთვის ეს უკანასკნელი იმდენად არაზუსტია, რომ მე ვერ ჩამოვაყალიბე ეს არის გარკვეული აზრი“. და ათწლეულების შემდეგ, უკვე გვიან ცხოვრებაში, აინშტაინმა დაწერა რაღაც განსხვავებული თავის მემუარებში - რომ მან საერთოდ არ იცოდა ბრაუნის მოძრაობის შესახებ და რეალურად "აღმოაჩინა" იგი წმინდა თეორიულად: "არ იცოდა, რომ "ბრაუნის მოძრაობის" დაკვირვებები დიდი ხანია. როგორც ცნობილია, მე აღმოვაჩინე, რომ ატომური თეორია იწვევს მიკროსკოპული შეჩერებული ნაწილაკების დაკვირვებადი მოძრაობის არსებობას." როგორც ეს შეიძლება იყოს, აინშტაინის თეორიული სტატია დასრულდა ექსპერიმენტატორებთან პირდაპირი მოწოდებით, რათა შეემოწმებინათ მისი დასკვნები ექსპერიმენტულად: "თუ რომელიმე მკვლევარი შეძლებს მალე უპასუხოს. აქ წამოჭრილი კითხვები კითხვებია!" – ამთავრებს სტატიას ასეთი უჩვეულო ძახილით.

აინშტაინის ვნებიან მიმართვაზე პასუხი არ დააყოვნა.

სმოლუჩოვსკი-აინშტაინის თეორიის მიხედვით, ბრაუნის ნაწილაკების კვადრატული გადაადგილების საშუალო მნიშვნელობა ( ს 2) დროისთვის ტტემპერატურის პირდაპირპროპორციულია თდა უკუპროპორციულია თხევადი სიბლანტის h, ნაწილაკების ზომა რდა ავოგადროს მუდმივი

ნ A: ს 2 = 2RTt/ 6სთ rN A,

სად რ- გაზის მუდმივი. ასე რომ, თუ 1 წუთში 1 მკმ დიამეტრის ნაწილაკი მოძრაობს 10 მკმ-ით, მაშინ 9 წუთში - 10 = 30 მკმ-ით, 25 წუთში - 10 = 50 მკმ-ით და ა.შ. მსგავს პირობებში, 0,25 მკმ დიამეტრის მქონე ნაწილაკი დროის ერთსა და იმავე პერიოდებში (1, 9 და 25 წთ) გადაადგილდება შესაბამისად 20, 60 და 100 მკმ-ით, ვინაიდან = 2. მნიშვნელოვანია, რომ ზემოაღნიშნული ფორმულა მოიცავს ავოგადროს მუდმივი, რომელიც ამდენად, შეიძლება განისაზღვროს ბრაუნის ნაწილაკების მოძრაობის რაოდენობრივი გაზომვებით, რაც გააკეთა ფრანგმა ფიზიკოსმა ჟან ბატისტ პერენმა (1870–1942).

1908 წელს პერინმა დაიწყო რაოდენობრივი დაკვირვება ბრაუნის ნაწილაკების მოძრაობაზე მიკროსკოპის ქვეშ. მან გამოიყენა 1902 წელს გამოგონილი ულტრამიკროსკოპი, რამაც შესაძლებელი გახადა უმცირესი ნაწილაკების აღმოჩენა მძლავრი გვერდითი განათების საშუალებით მათზე სინათლის გაფანტვით. პერინმა მიიღო თითქმის სფერული ფორმის და დაახლოებით იგივე ზომის პაწაწინა ბურთულები რეზინისგან, ზოგიერთი ტროპიკული ხის შედედებული წვენისგან (იგი ასევე გამოიყენება როგორც ყვითელი აკვარელის საღებავი). ეს პატარა მძივები შეჩერებულია გლიცეროლში, რომელიც შეიცავს 12% წყალს; ბლანტი სითხე ხელს უშლიდა მასში შიდა ნაკადების გაჩენას, რაც სურათს დაბინდავდა. წამზომით შეიარაღებული პერინი აღნიშნავდა და შემდეგ ხაზს უსვამდა (რა თქმა უნდა, დიდად გადიდებული მასშტაბით) გრაფიკულ ფურცელზე ნაწილაკების პოზიციას რეგულარული ინტერვალებით, მაგალითად, ყოველ ნახევარ წუთში. მიღებული წერტილების სწორ ხაზებთან შეერთებით, მან მიიღო რთული ტრაექტორიები, ზოგიერთი მათგანი ნაჩვენებია ფიგურაში (ისინი აღებულია პერინის წიგნიდან. ატომებიგამოქვეყნდა 1920 წელს პარიზში). ნაწილაკების ასეთი ქაოტური, უწესრიგო მოძრაობა იწვევს იმ ფაქტს, რომ ისინი სივრცეში მოძრაობენ საკმაოდ ნელა: სეგმენტების ჯამი გაცილებით მეტია, ვიდრე ნაწილაკების გადაადგილება პირველი წერტილიდან ბოლომდე.

ბრაუნის სამი ნაწილაკის თანმიმდევრული პოზიციები ყოველ 30 წამში - რეზინის ბურთულები დაახლოებით 1 მიკრონი ზომით. ერთი უჯრედი შეესაბამება 3 მკმ მანძილზე. თუ პერინს შეეძლო ბრაუნის ნაწილაკების პოზიციის დადგენა არა 30, არამედ 3 წამის შემდეგ, მაშინ სწორი ხაზები თითოეულ მეზობელ წერტილებს შორის გადაიქცევა იმავე რთულ ზიგზაგ გატეხილ ხაზად, მხოლოდ უფრო მცირე მასშტაბით.

თეორიული ფორმულისა და მისი შედეგების გამოყენებით პერინმა მიიღო ავოგადროს რიცხვის მნიშვნელობა, რომელიც იმ დროისთვის საკმაოდ ზუსტი იყო: 6.8 . 10 23 . პერინმა ასევე გამოიყენა მიკროსკოპი ბრაუნის ნაწილაკების ვერტიკალური განაწილების შესასწავლად ( სმ. ავოგადროს კანონი) და აჩვენა, რომ გრავიტაციის მოქმედების მიუხედავად, ისინი ხსნარში შეჩერებულნი რჩებიან. პერინს ეკუთვნის სხვა მნიშვნელოვანი ნამუშევრებიც. 1895 წელს მან დაამტკიცა, რომ კათოდური სხივები უარყოფითი ელექტრული მუხტებია (ელექტრონები) და 1901 წელს მან პირველად შემოგვთავაზა ატომის პლანეტარული მოდელი. 1926 წელს მიენიჭა ნობელის პრემია ფიზიკაში.

პერინის მიერ მიღებულმა შედეგებმა დაადასტურა აინშტაინის თეორიული დასკვნები. ძლიერი შთაბეჭდილება მოახდინა. როგორც ამერიკელი ფიზიკოსი ა. პაისი წერდა მრავალი წლის შემდეგ, „არ წყვეტთ გაოცებას ასეთი მარტივი გზით მიღებული ამ შედეგით: საკმარისია მოამზადოთ ბურთების სუსპენზია, რომლის ზომა ზომასთან შედარებით დიდია. მარტივი მოლეკულებისგან, აიღე წამზომი და მიკროსკოპი და შეგიძლია დაადგინო ავოგადროს მუდმივი!” შეიძლება ასევე გაგიკვირდეთ: ბრაუნის მოძრაობის შესახებ ახალი ექსპერიმენტების აღწერა დროდადრო ჯერ კიდევ ჩნდება სამეცნიერო ჟურნალებში (Nature, Science, Journal of Chemical Education)! პერინის შედეგების გამოქვეყნების შემდეგ, ოსტვალდმა, ატომიზმის ყოფილმა მოწინააღმდეგემ, აღიარა, რომ „ბრაუნის მოძრაობის დამთხვევა კინეტიკური ჰიპოთეზის მოთხოვნებთან... ახლა ყველაზე ფრთხილ მეცნიერს უფლებას აძლევს ისაუბროს ატომური თეორიის ექსპერიმენტულ დადასტურებაზე. მატერიის. ამრიგად, ატომური თეორია ამაღლდა მეცნიერული, კარგად დასაბუთებული თეორიის რანგში“. მას ეხმიანება ფრანგი მათემატიკოსი და ფიზიკოსი ანრი პუანკარე: „პერენის მიერ ატომების რაოდენობის ბრწყინვალე განსაზღვრამ დაასრულა ატომიზმის ტრიუმფი... ქიმიკოსთა ატომი ახლა რეალობად იქცა“.

ბრაუნის მოძრაობა და დიფუზია.

ბრაუნის ნაწილაკების მოძრაობა გარეგნულად ძალიან ჰგავს ცალკეული მოლეკულების მოძრაობას მათი თერმული მოძრაობის შედეგად. ამ მოძრაობას დიფუზია ეწოდება. ჯერ კიდევ სმოლუჩოვსკის და აინშტაინის მუშაობამდე, მოლეკულური მოძრაობის კანონები დამყარდა მატერიის აირისებრი მდგომარეობის უმარტივეს შემთხვევაში. აღმოჩნდა, რომ აირებში მოლეკულები ძალიან სწრაფად მოძრაობენ - ტყვიის სიჩქარით, მაგრამ მათ არ შეუძლიათ შორს ფრენა, რადგან ისინი ძალიან ხშირად ეჯახებიან სხვა მოლეკულებს. მაგალითად, ჰაერში ჟანგბადის და აზოტის მოლეკულები, რომლებიც მოძრაობენ დაახლოებით 500 მ/წმ საშუალო სიჩქარით, ყოველ წამში მილიარდზე მეტ შეჯახებას განიცდიან. მაშასადამე, მოლეკულის გზა, თუ შესაძლებელი იქნებოდა მისი გაყოლება, რთული გატეხილი ხაზი იქნებოდა. ბრაუნის ნაწილაკები ასევე აღწერენ მსგავს ტრაექტორიას, თუ მათი პოზიცია აღირიცხება გარკვეული დროის ინტერვალებით. ორივე დიფუზია და ბრაუნის მოძრაობა არის მოლეკულების ქაოტური თერმული მოძრაობის შედეგი და, შესაბამისად, აღწერილია მსგავსი მათემატიკური ურთიერთობებით. განსხვავება ისაა, რომ აირებში მოლეკულები მოძრაობენ სწორი ხაზით მანამ, სანამ სხვა მოლეკულებს არ შეეჯახებიან, რის შემდეგაც ისინი მიმართულებას იცვლიან. ბრაუნის ნაწილაკი, მოლეკულისგან განსხვავებით, არ ასრულებს არანაირ „თავისუფალ ფრენებს“, მაგრამ განიცდის ძალიან ხშირ მცირე და არარეგულარულ „რხევებს“, რის შედეგადაც იგი ქაოტურად ინაცვლებს ერთი მიმართულებით ან სხვა მიმართულებით. გამოთვლებმა აჩვენა, რომ 0,1 მკმ ზომის ნაწილაკისთვის, ერთი მოძრაობა ხდება წამის სამ მილიარდი ნაწილით მხოლოდ 0,5 ნმ მანძილზე (1 ნმ = 0,001 მკმ). როგორც ერთ-ერთი ავტორი სწორად ამბობს, ეს მოგაგონებთ ლუდის ცარიელი ქილის გადაადგილებას მოედანზე, სადაც ხალხის ბრბოა შეკრებილი.

დიფუზიის დაკვირვება ბევრად უფრო ადვილია, ვიდრე ბრაუნის მოძრაობა, რადგან მას არ სჭირდება მიკროსკოპი: მოძრაობები შეინიშნება არა ცალკეულ ნაწილაკებზე, არამედ მათ უზარმაზარ მასებზე, თქვენ უბრალოდ უნდა დარწმუნდეთ, რომ დიფუზია არ არის გადანაწილებული კონვექციით - მატერიის შერევით. მორევის ნაკადების შედეგი (ასეთი ნაკადები ადვილად შესამჩნევია, ფერადი ხსნარის წვეთი, როგორიცაა მელანი, ჩადეთ ჭიქა ცხელ წყალში).

დიფუზია მოსახერხებელია სქელ გელებში დაკვირვებისთვის. ასეთი გელის მომზადება შესაძლებელია, მაგალითად, პენიცილინის ქილაში, მასში 4–5% ჟელატინის ხსნარის მომზადებით. ჟელატინი ჯერ რამდენიმე საათის განმავლობაში უნდა ადიდებდეს, შემდეგ კი სრულად იხსნება მორევით, ქილა ცხელ წყალში ჩაშვებით. გაციების შემდეგ მიიღება უნაყოფო გელი გამჭვირვალე, ოდნავ მოღრუბლული მასის სახით. თუ ბასრი პინცეტის გამოყენებით ამ მასის ცენტრში ფრთხილად ჩასვით კალიუმის პერმანგანატის პატარა კრისტალი („კალიუმის პერმანგანატი“), კრისტალი ჩამოკიდებული დარჩება იმ ადგილას, სადაც ის დარჩა, რადგან გელი ხელს უშლის მის დაცემას. რამდენიმე წუთში იისფერი ბურთი კრისტალის გარშემო დაიწყებს ზრდას; დროთა განმავლობაში ის უფრო და უფრო დიდი ხდება, სანამ ქილის კედლები არ ამახინჯებს მის ფორმას. იგივე შედეგის მიღება შესაძლებელია სპილენძის სულფატის კრისტალის გამოყენებით, მხოლოდ ამ შემთხვევაში ბურთი აღმოჩნდება არა მეწამული, არამედ ლურჯი.

გასაგებია, რატომ აღმოჩნდა ბურთი: MnO 4 – იონები წარმოიქმნება კრისტალის დაშლისას, შედიან ხსნარში (გელი ძირითადად წყალია) და დიფუზიის შედეგად თანაბრად მოძრაობენ ყველა მიმართულებით, ხოლო გრავიტაცია პრაქტიკულად არ მოქმედებს დიფუზიის სიჩქარე. სითხეში დიფუზია ძალიან ნელია: ბურთის რამდენიმე სანტიმეტრით გაზრდას მრავალი საათი დასჭირდება. აირებში დიფუზია ბევრად უფრო სწრაფია, მაგრამ მაინც, ჰაერი რომ არ შერეულიყო, ოთახში საათობით გავრცელდებოდა პარფიუმის ან ამიაკის სუნი.

ბრაუნის მოძრაობის თეორია: შემთხვევითი სიარული.

სმოლუჩოვსკი-აინშტაინის თეორია ხსნის როგორც დიფუზიის, ისე ბრაუნის მოძრაობის კანონებს. ჩვენ შეგვიძლია განვიხილოთ ეს შაბლონები დიფუზიის მაგალითის გამოყენებით. თუ მოლეკულის სიჩქარე არის u, მაშინ, სწორი ხაზით გადაადგილება, დროში ტგაივლის მანძილს ლ = ut, მაგრამ სხვა მოლეკულებთან შეჯახების გამო ეს მოლეკულა არ მოძრაობს სწორი ხაზით, არამედ განუწყვეტლივ იცვლის მოძრაობის მიმართულებას. თუ შესაძლებელი იქნებოდა მოლეკულის გზის დახატვა, ის ფუნდამენტურად არაფრით განსხვავდებოდა პერინის მიერ მიღებული ნახატებისაგან. ამ ფიგურებიდან ირკვევა, რომ ქაოტური მოძრაობის გამო მოლეკულა გადაადგილებულია მანძილით ს, მნიშვნელოვნად ნაკლებია ვიდრე ლ. ეს რაოდენობები დაკავშირებულია ურთიერთობით ს= , სადაც l არის მანძილი, რომელსაც მოლეკულა გადის ერთი შეჯახებიდან მეორეზე, საშუალო თავისუფალი გზა. გაზომვებმა აჩვენა, რომ ჰაერის მოლეკულებისთვის ნორმალური ატმოსფერული წნევის დროს l ~ 0,1 μm, რაც ნიშნავს, რომ 500 მ/წმ სიჩქარით აზოტის ან ჟანგბადის მოლეკულა მანძილს გაივლის 10000 წამში (სამ საათზე ნაკლები). ლ= 5000 კმ და გადაინაცვლებს საწყისი პოზიციიდან მხოლოდ ს= 0,7 მ (70 სმ), რის გამოც ნივთიერებები ასე ნელა მოძრაობენ დიფუზიის გამო, თუნდაც აირებში.

დიფუზიის შედეგად მოლეკულის გზას (ან ბრაუნის ნაწილაკების გზას) შემთხვევითი სიარული ეწოდება. მახვილგონივრული ფიზიკოსები ამ გამოთქმას ხელახლა ინტერპრეტირებდნენ, როგორც მთვრალის სიარულს - „მთვრალის გზას“. მართლაც, ნაწილაკების მოძრაობა ერთი პოზიციიდან მეორეში (ან მოლეკულის გზა, რომელიც ბევრ შეჯახებას განიცდის) წააგავს მთვრალი ადამიანის მოძრაობას. ეს ანალოგია ასევე საშუალებას აძლევს ადამიანს საკმაოდ მარტივად გამოიტანოს ასეთი პროცესის ძირითადი განტოლება, რომელიც დაფუძნებულია ერთგანზომილებიანი მოძრაობის მაგალითზე, რომლის განზოგადება ადვილია სამგანზომილებიანად.

დავუშვათ, დახვეწილი მეზღვაური გვიან ღამით გამოვიდა ტავერნიდან და გაემართა ქუჩის გასწვრივ. გაიარა გზა l უახლოეს ფარანამდე, დაისვენა და წავიდა... ან უფრო შორს, შემდეგ ფარანამდე, ან უკან, ტავერნისკენ - ბოლოს და ბოლოს, მას არ ახსოვს, საიდან მოვიდა. საკითხავია, დატოვებს თუ არა ის ოდესმე ყაბაყს, თუ უბრალოდ დახეტიალდება მის ირგვლივ, ახლა მოშორდება, ახლა უახლოვდება? (პრობლემის სხვა ვერსიაში ნათქვამია, რომ ქუჩის ორივე ბოლოში არის ჭუჭყიანი თხრილები, სადაც მთავრდება შუქნიშანი და სვამს კითხვას, შეძლებს თუ არა მეზღვაური თავიდან აიცილოს ერთ-ერთ მათგანში ჩავარდნა.) ინტუიციურად, როგორც ჩანს, მეორე პასუხი სწორია. მაგრამ ეს არასწორია: გამოდის, რომ მეზღვაური თანდათან უფრო და უფრო შორდება ნულოვან წერტილს, თუმცა ბევრად უფრო ნელა, ვიდრე მხოლოდ ერთი მიმართულებით დადიოდა. აი, როგორ დავამტკიცოთ ეს.

როდესაც პირველად გაივლის უახლოეს ნათურას (მარჯვნივ ან მარცხნივ), მეზღვაური იქნება მანძილზე ს 1 = ± ლ საწყისი წერტილიდან. ვინაიდან ჩვენ გვაინტერესებს მხოლოდ მისი მანძილი ამ წერტილიდან, მაგრამ არა მისი მიმართულება, ჩვენ ამ გამოთქმის კვადრატში მოქცევით მოვიშორებთ ნიშნებს: ს 1 2 = ლ 2. გარკვეული დროის შემდეგ, მეზღვაურმა უკვე დაასრულა ნ"მოხეტიალე", იქნება დისტანციაზე

ს ნ= თავიდანვე. და ისევ ფეხით (ერთი მიმართულებით) უახლოეს ფარანამდე, შორს ს ნ+1 = ს ნ± l, ან გადაადგილების კვადრატის გამოყენებით, ს 2 ნ+1 = ს 2 ნ± 2 ს ნლ + ლ 2. თუ მეზღვაური ბევრჯერ გაიმეორებს ამ მოძრაობას (დან ნადრე ნ+ 1), შემდეგ საშუალოდ გაანგარიშების შედეგად (იგი გადის თანაბარი ალბათობით ნე ნაბიჯი მარჯვნივ ან მარცხნივ), ვადა ± 2 ს ნგავაუქმებ, ამიტომ s 2 ნ+1 = s2 ნ+ l 2> (კუთხის ფრჩხილები მიუთითებს საშუალო მნიშვნელობაზე) L = 3600 მ = 3,6 კმ, ხოლო გადაადგილება ნულოვანი წერტილიდან ამავე დროს ტოლი იქნება მხოლოდ ს= = 190 მ.სამ საათში გაივლის ლ= 10,8 კმ და გადაიწევს ს= 330 მ და ა.შ.

მუშაობა u l მიღებულ ფორმულაში შეიძლება შევადაროთ დიფუზიის კოეფიციენტს, რომელიც, როგორც ირლანდიელმა ფიზიკოსმა და მათემატიკოსმა ჯორჯ გაბრიელ სტოკსმა (1819–1903) აჩვენა, დამოკიდებულია ნაწილაკების ზომაზე და გარემოს სიბლანტეზე. მსგავსი მოსაზრებებიდან გამომდინარე, აინშტაინმა გამოიტანა თავისი განტოლება.

ბრაუნის მოძრაობის თეორია რეალურ ცხოვრებაში.

შემთხვევითი სიარულის თეორიას აქვს მნიშვნელოვანი პრაქტიკული გამოყენება. ისინი ამბობენ, რომ ღირშესანიშნაობების არარსებობის შემთხვევაში (მზე, ვარსკვლავები, გზატკეცილის ან რკინიგზის ხმაური და ა. ორიგინალური ადგილი. სინამდვილეში, ის არ დადის წრეებში, მაგრამ დაახლოებით იგივე გზით მოძრაობს მოლეკულები ან ბრაუნის ნაწილაკები. მას შეუძლია დაუბრუნდეს საწყის ადგილს, მაგრამ მხოლოდ შემთხვევით. მაგრამ ის ბევრჯერ კვეთს თავის გზას. ისინი ასევე ამბობენ, რომ ქარბუქში გაყინული ადამიანები იპოვეს უახლოესი საცხოვრებელიდან ან გზიდან "რამდენიმე კილომეტრში", მაგრამ რეალურად ადამიანს არ ჰქონდა ამ კილომეტრის გავლის შანსი და აი რატომ.

იმისთვის, რომ გამოვთვალოთ რამდენს გადაინაცვლებს ადამიანი შემთხვევითი სიარულის შედეგად, უნდა იცოდეთ l-ის მნიშვნელობა, ე.ი. მანძილი, რომელსაც ადამიანს შეუძლია სწორი ხაზის გავლა ყოველგვარი ღირშესანიშნაობების გარეშე. ეს მნიშვნელობა გაზომა გეოლოგიურ და მინერალოგიურ მეცნიერებათა დოქტორმა B.S. Gorobets-მა სტუდენტი მოხალისეების დახმარებით. მან, რა თქმა უნდა, არ დატოვა ისინი უღრან ტყეში ან თოვლით დაფარულ მინდორზე, ყველაფერი უფრო მარტივი იყო - სტუდენტი მოათავსეს ცარიელი სტადიონის ცენტრში, თვალებმოჭუტული და სთხოვეს ფეხით გაევლო ფეხბურთის მოედნის ბოლოში. სრული სიჩუმე (ბგერით ორიენტაციის გამორიცხვის მიზნით). გაირკვა, რომ საშუალოდ სტუდენტი სწორ ხაზზე მხოლოდ დაახლოებით 20 მეტრს დადიოდა (იდეალური სწორი ხაზიდან გადახრა არ აღემატებოდა 5°-ს), შემდეგ კი თავდაპირველი მიმართულებიდან უფრო და უფრო დაიწყო გადახრა. ბოლოს კიდემდე შორს გაჩერდა.

მოდით, ახლა ადამიანმა იაროს (უფრო სწორად, იხეტიალოს) ტყეში 2 კილომეტრი საათში სიჩქარით (გზისთვის ეს ძალიან ნელია, მაგრამ უღრანი ტყისთვის ძალიან სწრაფია), მაშინ თუ l-ის მნიშვნელობა არის 20. მეტრს, შემდეგ საათში დაფარავს 2 კმ-ს, მაგრამ გადავა მხოლოდ 200 მ, ორ საათში - დაახლოებით 280 მ, სამ საათში - 350 მ, 4 საათში - 400 მ და ა.შ. და სწორი ხაზით მოძრაობს ქ. ასეთი სიჩქარით ადამიანი 4 საათში გაივლის 8 კილომეტრს, ამიტომ საველე სამუშაოების უსაფრთხოების ინსტრუქციებში შემდეგი წესია: თუ ღირშესანიშნაობები დაიკარგება, თქვენ უნდა დარჩეთ ადგილზე, მოაწყოთ თავშესაფარი და დაელოდოთ დასასრულს. ცუდი ამინდის (შეიძლება მზე ამოვიდეს) ან დახმარებისთვის. ტყეში ღირშესანიშნაობები - ხეები ან ბუჩქები - დაგეხმარებათ სწორი ხაზით გადაადგილებაში და ყოველ ჯერზე თქვენ უნდა მიჰყვეთ ორ ასეთ ღირშესანიშნაობას - ერთი წინ, მეორე უკან. მაგრამ, რა თქმა უნდა, უმჯობესია თან წაიღოთ კომპასი...

ილია ლენსონი

ლიტერატურა:

მარიო ლიოზი. ფიზიკის ისტორია. მ., მირი, 1970 წ
კერკერ მ. ბრაუნის მოძრაობები და მოლეკულური რეალობა 1900 წლამდე. ჟურნალი ქიმიური განათლების, 1974, ტ. 51, No12
Leenson I.A. Ქიმიური რეაქციები. მ., ასტრელი, 2002 წ


ბრაუნის აღმოჩენა.

შოტლანდიელმა ბოტანიკოსმა რობერტ ბრაუნმა (ზოგჯერ მისი გვარი გადაიწერება როგორც ბრაუნი) სიცოცხლის განმავლობაში, როგორც საუკეთესო მცენარეთა ექსპერტმა, მიიღო ტიტული "ბოტანიკოსთა პრინცი". მან ბევრი შესანიშნავი აღმოჩენა გააკეთა. 1805 წელს, ავსტრალიაში ოთხწლიანი ექსპედიციის შემდეგ, მან ინგლისში მეცნიერებისთვის უცნობი 4000-მდე სახეობის ავსტრალიური მცენარე ჩამოიტანა და მრავალი წელი გაატარა მათ შესწავლაში. აღწერილია ინდონეზიიდან და ცენტრალური აფრიკიდან ჩამოტანილი მცენარეები. მან შეისწავლა მცენარეთა ფიზიოლოგია და პირველად დეტალურად აღწერა მცენარეული უჯრედის ბირთვი. პეტერბურგის მეცნიერებათა აკადემიამ საპატიო წევრად აქცია. მაგრამ მეცნიერის სახელი ახლა ფართოდ არის ცნობილი არა ამ სამუშაოების გამო.

1827 წელს ბრაუნმა ჩაატარა კვლევა მცენარეთა მტვრის შესახებ. მას განსაკუთრებით აინტერესებდა, როგორ მონაწილეობს მტვერი განაყოფიერების პროცესში. ერთხელ, მიკროსკოპის ქვეშ, მან გამოიკვლია ჩრდილოეთ ამერიკის მცენარის Clarkia pulchella-ს მტვრის უჯრედებიდან წყალში შეჩერებული წაგრძელებული ციტოპლაზმური მარცვლები. უცებ ბრაუნმა დაინახა, რომ უმცირესი მყარი მარცვლები, რომლებიც ძლივს ჩანდა წყლის წვეთში, გამუდმებით კანკალებდნენ და მოძრაობდნენ ადგილიდან ადგილზე. მან აღმოაჩინა, რომ ეს მოძრაობები, მისი სიტყვებით, „არ არის დაკავშირებული არც სითხეში ნაკადებთან და არც მის თანდათანობით აორთქლებასთან, არამედ თანდაყოლილია თავად ნაწილაკებში“.

ბრაუნის დაკვირვება სხვა მეცნიერებმაც დაადასტურეს. უმცირესი ნაწილაკები ისე იქცეოდნენ, თითქოს ცოცხლები იყვნენ, ხოლო ნაწილაკების „ცეკვა“ აჩქარდა ტემპერატურის მატებასთან და ნაწილაკების ზომის შემცირებით და აშკარად შენელდა წყლის უფრო ბლანტი გარემოთი ჩანაცვლებისას. ეს საოცარი ფენომენი არასოდეს შეჩერებულა: მისი დაკვირვება რამდენ ხანს გსურდა. თავდაპირველად, ბრაუნმა ისიც კი იფიქრა, რომ ცოცხალი არსებები რეალურად მოხვდნენ მიკროსკოპის ველში, მით უმეტეს, რომ მტვერი არის მცენარეების მამრობითი რეპროდუქციული უჯრედები, მაგრამ ასევე იყო ნაწილაკები მკვდარი მცენარეებიდან, თუნდაც ჰერბარიუმებში ასი წლით ადრე გამხმარებისგან. შემდეგ ბრაუნმა დაფიქრდა, იყო თუ არა ეს „ცოცხალი არსებების ელემენტარული მოლეკულები“, რომლებზეც ისაუბრა ცნობილმა ფრანგმა ნატურალისტმა ჟორჟ ბუფონმა (1707–1788), 36 ტომიანი ბუნებრივი ისტორიის ავტორი. ეს ვარაუდი გაქრა, როდესაც ბრაუნმა დაიწყო აშკარად უსულო საგნების გამოკვლევა; თავდაპირველად ეს იყო ნახშირის ძალიან მცირე ნაწილაკები, ასევე ჭვარტლი და მტვერი ლონდონის ჰაერიდან, შემდეგ წვრილად დაფქული არაორგანული ნივთიერებები: მინა, მრავალი სხვადასხვა მინერალი. "აქტიური მოლეკულები" ყველგან იყო: "ყოველ მინერალში", წერდა ბრაუნი, "რომლის დაფხვრაც მოვახერხე ისე, რომ შეიძლება გარკვეული დროით შეჩერდეს წყალში, ვიპოვე ეს მოლეკულები დიდი თუ ნაკლები რაოდენობით. ."

უნდა ითქვას, რომ ბრაუნს არ ჰქონდა არცერთი უახლესი მიკროსკოპი. თავის სტატიაში ის კონკრეტულად ხაზს უსვამს იმას, რომ ჰქონდა ჩვეულებრივი ორმხრივამოზნექილი ლინზები, რომლებსაც რამდენიმე წელი იყენებდა. და ის განაგრძობს: „მთელი კვლევის განმავლობაში მე ვაგრძელებდი იმავე ლინზების გამოყენებას, რომლითაც დავიწყე მუშაობა, რათა მეტი სანდოობა მიმეცა ჩემს განცხადებებს და რაც შეიძლება ხელმისაწვდომი გამხდარიყო ჩვეულებრივი დაკვირვებისთვის“.

ახლა, რომ გავიმეოროთ ბრაუნის დაკვირვება, საკმარისია გქონდეთ არც თუ ისე ძლიერი მიკროსკოპი და გამოვიყენოთ კვამლის გამოსაკვლევად გაშავებულ ყუთში, რომელიც განათებულია გვერდითი ხვრელიდან ინტენსიური სინათლის სხივით. აირში ფენომენი ბევრად უფრო მკაფიოდ ვლინდება, ვიდრე სითხეში: ნაცრის ან ჭვარტლის მცირე ნაჭრები (კვამლის წყაროდან გამომდინარე) ჩანს, აფანტავს შუქს და განუწყვეტლივ ხტუნავს წინ და უკან.

როგორც ხშირად ხდება მეცნიერებაში, მრავალი წლის შემდეგ ისტორიკოსებმა აღმოაჩინეს, რომ ჯერ კიდევ 1670 წელს, მიკროსკოპის გამომგონებელმა, ჰოლანდიელმა ანტონი ლეუვენჰუკმა, აშკარად დააფიქსირა მსგავსი ფენომენი, მაგრამ მიკროსკოპების იშვიათობა და არასრულყოფილება, იმ დროს მოლეკულური მეცნიერების ემბრიონული მდგომარეობა. არ მიიპყრო ყურადღება ლეუვენჰუკის დაკვირვებამ, ამიტომ აღმოჩენა სამართლიანად მიეწერება ბრაუნს, რომელმაც პირველმა შეისწავლა და დეტალურად აღწერა.

ბრაუნის მოძრაობა და ატომურ-მოლეკულური თეორია.

ბრაუნის მიერ დაკვირვებული ფენომენი სწრაფად გახდა ფართოდ ცნობილი. მან თავად აჩვენა თავისი ექსპერიმენტები მრავალ კოლეგას (ბრაუნი ჩამოთვლის ორ ათეულ სახელს). მაგრამ არც თავად ბრაუნს და არც ბევრ სხვა მეცნიერს მრავალი წლის განმავლობაში არ შეეძლო აეხსნა ეს იდუმალი ფენომენი, რომელსაც "ბრაუნის მოძრაობა" ეწოდა. ნაწილაკების მოძრაობები სრულიად შემთხვევითი იყო: მათი პოზიციების ესკიზები, რომლებიც გაკეთებულია დროის სხვადასხვა მომენტში (მაგალითად, ყოველ წუთში) ერთი შეხედვით არ აძლევდა შესაძლებლობას რაიმე ნიმუშის პოვნა ამ მოძრაობებში.

ბრაუნის მოძრაობის ახსნა (როგორც ამ ფენომენს უწოდეს) უხილავი მოლეკულების მოძრაობით იქნა მოცემული მხოლოდ მე-19 საუკუნის ბოლო მეოთხედში, მაგრამ მაშინვე არ იქნა მიღებული ყველა მეცნიერის მიერ. 1863 წელს, აღწერითი გეომეტრიის მასწავლებელმა კარლსრუედან (გერმანია), ლუდვიგ კრისტიან ვინერმა (1826–1896), ვარაუდობდა, რომ ეს ფენომენი დაკავშირებულია უხილავი ატომების რხევად მოძრაობასთან. ეს იყო ბრაუნის მოძრაობის პირველი, თუმცა ძალიან შორს თანამედროვე ახსნა ატომებისა და მოლეკულების თვისებებით. მნიშვნელოვანია, რომ ვინერმა დაინახა შესაძლებლობა, გამოეყენებინა ეს ფენომენი მატერიის სტრუქტურის საიდუმლოებებში შესაღწევად. ის იყო პირველი, ვინც სცადა გაეზომა ბრაუნის ნაწილაკების მოძრაობის სიჩქარე და მისი დამოკიდებულება მათ ზომაზე. საინტერესოა, რომ 1921 წელს აშშ-ს მეცნიერებათა ეროვნული აკადემიის შრომებში გამოქვეყნდა ნაშრომი სხვა ვინერის, ნორბერტის, კიბერნეტიკის ცნობილი დამფუძნებლის ბრაუნის მოძრაობის შესახებ.

L.K. Wiener-ის იდეები მიიღო და განავითარა არაერთმა მეცნიერმა - ზიგმუნდ ექსნერმა ავსტრიაში (და 33 წლის შემდეგ - მისი ვაჟი ფელიქსი), ჯოვანი კანტონი იტალიაში, კარლ ვილჰელმ ნეგელი გერმანიაში, ლუი ჟორჟ გუი საფრანგეთში, სამი ბელგიელი მღვდელი. - იეზუიტები კარბონელი, დელსო და ტირიონი და სხვები. ამ მეცნიერთა შორის იყო მოგვიანებით ცნობილი ინგლისელი ფიზიკოსი და ქიმიკოსი უილიამ რამზი. თანდათან გაირკვა, რომ მატერიის უმცირეს მარცვლებს ყველა მხრიდან ურტყამდა კიდევ უფრო პატარა ნაწილაკები, რომლებიც უკვე აღარ ჩანდა მიკროსკოპით - ისევე როგორც ტალღები, რომლებიც შორეულ ნავს ქანაობს, ნაპირიდან არ ჩანს, ხოლო ნავის მოძრაობა. თავად საკმაოდ ნათლად ჩანს. როგორც ისინი წერდნენ 1877 წლის ერთ-ერთ სტატიაში, „...დიდი რიცხვების კანონი აღარ ამცირებს შეჯახების ეფექტს საშუალო ერთგვაროვან წნევამდე; მათი შედეგი აღარ იქნება ნულის ტოლი, მაგრამ მუდმივად იცვლის მიმართულებას და მის მიმართულებას. მასშტაბები.”

ხარისხობრივად, სურათი საკმაოდ დამაჯერებელი და თუნდაც ვიზუალური იყო. პატარა ყლორტი ან ბუზი უნდა მოძრაობდეს დაახლოებით ერთნაირად, უბიძგებს (ან გამოათრევს) სხვადასხვა მიმართულებით მრავალი ჭიანჭველა. ეს პატარა ნაწილაკები რეალურად იყო მეცნიერთა ლექსიკაში, მაგრამ არავის უნახავს ისინი. მათ მოლეკულებს უწოდებდნენ; ლათინურიდან თარგმნილი ეს სიტყვა ნიშნავს "მცირე მასას". საოცარია, მაგრამ ზუსტად ასე ახსნა მსგავს ფენომენს რომაელი ფილოსოფოსი ტიტუს ლუკრეციუს კარუსი (დაახლ. ძვ. წ. 99–55) თავის ცნობილ პოემაში „ნივთების ბუნების შესახებ“. მასში ის უწოდებს თვალისთვის უხილავ უმცირეს ნაწილაკებს საგნების „პირველ პრინციპებს“.

საგნების პრინციპები ჯერ თავისთავად მოძრაობს,

მათ შემდეგ არის სხეულები მათი უმცირესი კომბინაციიდან,

მიუახლოვდით, თითქოსდა, ძალით პირველ პრინციპებთან,

მათგან დამალული, შოკის მიღებით, ისინი იწყებენ ბრძოლას,

თავად გადაადგილდებიან, შემდეგ კი ხელს უწყობენ უფრო დიდ სხეულებს.

ასე რომ, თავიდან დაწყებული, მოძრაობა ნელ-ნელა

ის ეხება ჩვენს გრძნობებს და ასევე ხილული ხდება

ჩვენთვის და მტვრის ლაქებში, რომლებიც მზის შუქზე მოძრაობენ,

მიუხედავად იმისა, რომ კანკალი, საიდანაც ის ხდება, შეუმჩნეველია...

შემდგომში აღმოჩნდა, რომ ლუკრეციუსი ცდებოდა: შეუძლებელია ბრაუნის მოძრაობის დაკვირვება შეუიარაღებელი თვალით და მტვრის ნაწილაკები მზის სხივში, რომელიც შეაღწია ბნელ ოთახში „ცეკვა“ ჰაერის მორევის მოძრაობების გამო. მაგრამ გარეგნულად ორივე ფენომენს აქვს გარკვეული მსგავსება. და მხოლოდ მე-19 საუკუნეში. ბევრი მეცნიერისთვის ცხადი გახდა, რომ ბრაუნის ნაწილაკების მოძრაობა გამოწვეულია გარემოს მოლეკულების შემთხვევითი ზემოქმედებით. მოძრავი მოლეკულები ეჯახება მტვრის ნაწილაკებს და სხვა მყარ ნაწილაკებს, რომლებიც წყალშია. რაც უფრო მაღალია ტემპერატურა, მით უფრო სწრაფია მოძრაობა. თუ მაგ. „იგრძენი“ ისინი - დაახლოებით ისეთივე, როგორც თეფშის ზომის ხის ნაჭერი არ „იგრძნობს“ მრავალი ჭიანჭველების ძალისხმევას, რომლებიც მას სხვადასხვა მიმართულებით გაიყვანენ ან უბიძგებენ. თუ მტვრის ნაწილაკი შედარებით მცირეა, ის მოძრაობს ამა თუ იმ მიმართულებით მიმდებარე მოლეკულების ზემოქმედების ქვეშ.

ბრაუნის ნაწილაკებს აქვთ 0,1–1 მკმ რიგის ზომა, ე.ი. მილიმეტრის მეათასედიდან მეათათასედამდე, რის გამოც ბრაუნმა შეძლო მათი მოძრაობის გარჩევა, რადგან ის უყურებდა ციტოპლაზმურ მარცვლებს და არა თავად მტვერს (რაზეც ხშირად შეცდომით წერენ). პრობლემა ის არის, რომ მტვრის უჯრედები ძალიან დიდია. ამრიგად, მდელოს ბალახის მტვერში, რომელსაც ქარი ატარებს და იწვევს ადამიანებში ალერგიულ დაავადებებს (თივის ცხელება), უჯრედის ზომა ჩვეულებრივ 20 - 50 მიკრონის ფარგლებშია, ე.ი. ისინი ძალიან დიდია ბრაუნის მოძრაობაზე დასაკვირვებლად. ასევე მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ ბრაუნის ნაწილაკების ინდივიდუალური მოძრაობები ხდება ძალიან ხშირად და ძალიან მცირე დისტანციებზე, ასე რომ შეუძლებელია მათი დანახვა, მაგრამ მიკროსკოპის ქვეშ ჩანს მოძრაობები, რომლებიც მოხდა გარკვეული პერიოდის განმავლობაში.

როგორც ჩანს, ბრაუნის მოძრაობის არსებობის ფაქტი ცალსახად ამტკიცებდა მატერიის მოლეკულურ სტრუქტურას, მაგრამ მე-20 საუკუნის დასაწყისშიც კი. იყვნენ მეცნიერები, მათ შორის ფიზიკოსები და ქიმიკოსები, რომლებსაც არ სჯეროდათ მოლეკულების არსებობის. ატომურ-მოლეკულურმა თეორიამ მხოლოდ ნელა და გაჭირვებით მოიპოვა აღიარება. ამრიგად, წამყვანი ფრანგი ორგანული ქიმიკოსი მარსელინ ბერტელო (1827–1907) წერდა: ”მოლეკულის კონცეფცია, ჩვენი ცოდნის თვალსაზრისით, გაურკვეველია, ხოლო სხვა კონცეფცია - ატომი - წმინდა ჰიპოთეტურია”. ცნობილმა ფრანგმა ქიმიკოსმა ა.სენ-კლერ დევილმა (1818–1881) კიდევ უფრო მკაფიოდ ისაუბრა: „არ ვიღებ ავოგადროს კანონს, არც ატომს და არც მოლეკულას, რადგან უარს ვამბობ იმის დაჯერებაზე, რასაც ვერც ვხედავ და ვერც ვაკვირდები. ” და გერმანელი ფიზიკოსი ვილჰელმ ოსტვალდი (1853–1932), ნობელის პრემიის ლაურეატი, ფიზიკური ქიმიის ერთ-ერთი ფუძემდებელი, ჯერ კიდევ მე-20 საუკუნის დასაწყისში. მტკიცედ უარყო ატომების არსებობა. მან მოახერხა სამტომიანი ქიმიის სახელმძღვანელოს დაწერა, რომელშიც სიტყვა "ატომი" არც კი არის ნახსენები. 1904 წლის 19 აპრილს სამეფო ინსტიტუტში დიდი მოხსენებით ინგლისის ქიმიური საზოგადოების წევრებთან საუბრისას, ოსტვალდი ცდილობდა დაემტკიცებინა, რომ ატომები არ არსებობს და „რასაც ჩვენ მატერიას ვუწოდებთ არის მხოლოდ ენერგიათა კრებული, რომლებიც ერთად შეგროვებულია მოცემულობაში. ადგილი.”

მაგრამ იმ ფიზიკოსებსაც კი, რომლებმაც მიიღეს მოლეკულური თეორია, ვერ დაიჯერებდნენ, რომ ატომურ-მოლეკულური თეორიის მართებულობა დადასტურდა ასე მარტივი გზით, ამიტომ ფენომენის ასახსნელად სხვადასხვა ალტერნატიული მიზეზი იქნა წამოყენებული. და ეს არის სრულიად მეცნიერების სულისკვეთებით: სანამ ფენომენის მიზეზი ცალსახად არ იქნება იდენტიფიცირებული, შესაძლებელია (და აუცილებელიც კი) ვივარაუდოთ სხვადასხვა ჰიპოთეზა, რომლებიც, თუ ეს შესაძლებელია, უნდა შემოწმდეს ექსპერიმენტულად ან თეორიულად. ამგვარად, ჯერ კიდევ 1905 წელს ბროკჰაუზისა და ეფრონის ენციკლოპედიურ ლექსიკონში გამოქვეყნდა პეტერბურგის ფიზიკის პროფესორის ნ.ა.გეზეჰუსის, ცნობილი აკადემიკოს A.F.Ioffe-ის მასწავლებლის მოკლე სტატია. გესეჰუსი წერდა, რომ ზოგიერთი მეცნიერის აზრით, ბრაუნის მოძრაობა გამოწვეულია „სინათლის ან სითბოს სხივებით, რომლებიც გადის სითხეში“ და იშლება „უბრალო დინებად სითხეში, რომელსაც საერთო არაფერი აქვს მოლეკულების მოძრაობასთან“ და ეს ნაკადებია. შეიძლება გამოწვეული იყოს „აორთქლების, დიფუზიის და სხვა მიზეზების გამო“. ყოველივე ამის შემდეგ, უკვე ცნობილი იყო, რომ ჰაერში მტვრის ნაწილაკების ძალიან მსგავსი მოძრაობა გამოწვეულია სწორედ მორევის ნაკადებით. მაგრამ გესეჰუსის მიერ მიცემული ახსნა ადვილად შეიძლება ექსპერიმენტულად უარყოფილიყო: თუ ძლიერი მიკროსკოპის საშუალებით დააკვირდებით ერთმანეთთან ძალიან ახლოს მდებარე ორ ბრაუნის ნაწილაკს, მათი მოძრაობები სრულიად დამოუკიდებელი აღმოჩნდება. თუ ეს მოძრაობები გამოწვეული იყო სითხეში რაიმე ნაკადით, მაშინ ასეთი მეზობელი ნაწილაკები ერთობლივად მოძრაობდნენ.

ბრაუნის მოძრაობის თეორია.

მე-20 საუკუნის დასაწყისში. მეცნიერთა უმეტესობას ესმოდა ბრაუნის მოძრაობის მოლეკულური ბუნება. მაგრამ ყველა ახსნა დარჩა წმინდა ხარისხობრივად; ვერც ერთი რაოდენობრივი თეორია ვერ გაუძლებდა ექსპერიმენტულ ტესტირებას. გარდა ამისა, თავად ექსპერიმენტის შედეგები გაურკვეველი იყო: ფანტასტიკური ფანტასტიკური სპექტაკლი აჩქარებული ნაწილაკების ჰიპნოზირებას ახდენდა ექსპერიმენტატორებს და მათ არ იცოდნენ, თუ რა მახასიათებლების გაზომვა იყო საჭირო ფენომენისთვის.
მიუხედავად აშკარა სრული აშლილობისა, მაინც შესაძლებელი იყო ბრაუნის ნაწილაკების შემთხვევითი მოძრაობების აღწერა მათემატიკური ურთიერთობით. პირველად ბრაუნის მოძრაობის მკაცრი ახსნა 1904 წელს მისცა პოლონელმა ფიზიკოსმა მარიან სმოლუჩოვსკიმ (1872–1917), რომელიც იმ წლებში მუშაობდა ლვოვის უნივერსიტეტში. ამავდროულად, ამ ფენომენის თეორია შეიმუშავა ალბერტ აინშტაინმა (1879–1955), მაშინდელი ნაკლებად ცნობილი მე-2 კლასის ექსპერტი შვეიცარიის ქალაქ ბერნის საპატენტო ოფისში. მისი სტატია, რომელიც გამოქვეყნდა 1905 წლის მაისში, გერმანულ ჟურნალში Annalen der Physik, ერქვა მოსვენებულ სითხეში შეჩერებული ნაწილაკების მოძრაობის შესახებ, რაც მოთხოვნილი იყო სითბოს მოლეკულური კინეტიკური თეორიით. ამ სახელით აინშტაინს სურდა ეჩვენებინა, რომ მატერიის სტრუქტურის მოლეკულური კინეტიკური თეორია აუცილებლად გულისხმობს სითხეებში უმცირესი მყარი ნაწილაკების შემთხვევითი მოძრაობის არსებობას.

საინტერესოა, რომ ამ სტატიის დასაწყისშივე აინშტაინი წერს, რომ იცნობს თავად ფენომენს, თუმცა ზედაპირულად: „შესაძლებელია, რომ აღნიშნული მოძრაობები ე.წ. ბრაუნის მოლეკულური მოძრაობის იდენტური იყოს, მაგრამ მონაცემები ხელმისაწვდომია. ჩემთვის ეს უკანასკნელი იმდენად არაზუსტია, რომ მე ვერ ჩამოვაყალიბე ეს არის გარკვეული აზრი“. და ათწლეულების შემდეგ, უკვე გვიან ცხოვრებაში, აინშტაინმა დაწერა რაღაც განსხვავებული თავის მემუარებში - რომ მან საერთოდ არ იცოდა ბრაუნის მოძრაობის შესახებ და რეალურად "აღმოაჩინა" იგი წმინდა თეორიულად: "არ იცოდა, რომ "ბრაუნის მოძრაობის" დაკვირვებები დიდი ხანია. როგორც ცნობილია, მე აღმოვაჩინე, რომ ატომური თეორია იწვევს მიკროსკოპული შეჩერებული ნაწილაკების დაკვირვებადი მოძრაობის არსებობას." როგორც ეს შეიძლება იყოს, აინშტაინის თეორიული სტატია დასრულდა ექსპერიმენტატორებთან პირდაპირი მოწოდებით, რათა შეემოწმებინათ მისი დასკვნები ექსპერიმენტულად: "თუ რომელიმე მკვლევარი შეძლებს მალე უპასუხოს. აქ წამოჭრილი კითხვები კითხვებია!" – ამთავრებს სტატიას ასეთი უჩვეულო ძახილით.

აინშტაინის ვნებიან მიმართვაზე პასუხი არ დააყოვნა.

სმოლუჩოვსკი-აინშტაინის თეორიის მიხედვით, ბრაუნის ნაწილაკების (s2) კვადრატული გადაადგილების საშუალო მნიშვნელობა t დროის განმავლობაში პირდაპირპროპორციულია T ტემპერატურისა და უკუპროპორციულია სითხის h სიბლანტის, ნაწილაკების ზომაზე r და ავოგადროს მუდმივზე.

NA: s2 = 2RTt/6phrNA,

სადაც R არის გაზის მუდმივი. ასე რომ, თუ 1 წუთში 1 მკმ დიამეტრის ნაწილაკი მოძრაობს 10 მკმ-ით, მაშინ 9 წუთში - 10 = 30 მკმ-ით, 25 წუთში - 10 = 50 მკმ-ით და ა.შ. მსგავს პირობებში, 0,25 მკმ დიამეტრის მქონე ნაწილაკი დროის ერთსა და იმავე პერიოდებში (1, 9 და 25 წთ) გადაადგილდება შესაბამისად 20, 60 და 100 მკმ-ით, ვინაიდან = 2. მნიშვნელოვანია, რომ ზემოაღნიშნული ფორმულა მოიცავს ავოგადროს მუდმივი, რომელიც ამდენად, შეიძლება განისაზღვროს ბრაუნის ნაწილაკების მოძრაობის რაოდენობრივი გაზომვებით, რაც გააკეთა ფრანგმა ფიზიკოსმა ჟან ბატისტ პერენმა (1870–1942).

1908 წელს პერინმა დაიწყო რაოდენობრივი დაკვირვება ბრაუნის ნაწილაკების მოძრაობაზე მიკროსკოპის ქვეშ. მან გამოიყენა 1902 წელს გამოგონილი ულტრამიკროსკოპი, რამაც შესაძლებელი გახადა უმცირესი ნაწილაკების აღმოჩენა მძლავრი გვერდითი განათების საშუალებით მათზე სინათლის გაფანტვით. პერინმა მიიღო თითქმის სფერული ფორმის და დაახლოებით იგივე ზომის პაწაწინა ბურთულები რეზინისგან, ზოგიერთი ტროპიკული ხის შედედებული წვენისგან (იგი ასევე გამოიყენება როგორც ყვითელი აკვარელის საღებავი). ეს პატარა მძივები შეჩერებულია გლიცეროლში, რომელიც შეიცავს 12% წყალს; ბლანტი სითხე ხელს უშლიდა მასში შიდა ნაკადების გაჩენას, რაც სურათს დაბინდავდა. წამზომით შეიარაღებული პერინი აღნიშნავდა და შემდეგ ხაზს უსვამდა (რა თქმა უნდა, დიდად გადიდებული მასშტაბით) გრაფიკულ ფურცელზე ნაწილაკების პოზიციას რეგულარული ინტერვალებით, მაგალითად, ყოველ ნახევარ წუთში. მიღებული წერტილების სწორ ხაზებთან შეერთებით მან მიიღო რთული ტრაექტორიები, რომელთაგან ზოგიერთი ნაჩვენებია ფიგურაში (ისინი აღებულია პერინის წიგნიდან 1920 წელს პარიზში გამოქვეყნებული ატომი). ნაწილაკების ასეთი ქაოტური, უწესრიგო მოძრაობა იწვევს იმ ფაქტს, რომ ისინი სივრცეში მოძრაობენ საკმაოდ ნელა: სეგმენტების ჯამი გაცილებით მეტია, ვიდრე ნაწილაკების გადაადგილება პირველი წერტილიდან ბოლომდე.

ბრაუნის სამი ნაწილაკის თანმიმდევრული პოზიციები ყოველ 30 წამში - რეზინის ბურთულები დაახლოებით 1 მიკრონი ზომით. ერთი უჯრედი შეესაბამება 3 მკმ მანძილზე.
ბრაუნის სამი ნაწილაკის თანმიმდევრული პოზიციები ყოველ 30 წამში - რეზინის ბურთულები დაახლოებით 1 მიკრონი ზომით. ერთი უჯრედი შეესაბამება 3 მკმ მანძილზე. თუ პერინს შეეძლო ბრაუნის ნაწილაკების პოზიციის დადგენა არა 30, არამედ 3 წამის შემდეგ, მაშინ სწორი ხაზები თითოეულ მეზობელ წერტილებს შორის გადაიქცევა იმავე რთულ ზიგზაგ გატეხილ ხაზად, მხოლოდ უფრო მცირე მასშტაბით.

თეორიული ფორმულისა და მისი შედეგების გამოყენებით, პერინმა მიიღო იმ დროისთვის ავოგადროს რიცხვის საკმაოდ ზუსტი მნიშვნელობა: 6.8.1023. პერინმა ასევე გამოიყენა მიკროსკოპი ბრაუნის ნაწილაკების ვერტიკალური განაწილების შესასწავლად (იხ. ავოგადროს კანონი) და აჩვენა, რომ მიუხედავად გრავიტაციის მოქმედებისა, ისინი რჩებიან შეჩერებულნი ხსნარში. პერინს ეკუთვნის სხვა მნიშვნელოვანი ნამუშევრებიც. 1895 წელს მან დაამტკიცა, რომ კათოდური სხივები უარყოფითი ელექტრული მუხტებია (ელექტრონები) და 1901 წელს მან პირველად შემოგვთავაზა ატომის პლანეტარული მოდელი. 1926 წელს მიენიჭა ნობელის პრემია ფიზიკაში.

პერინის მიერ მიღებულმა შედეგებმა დაადასტურა აინშტაინის თეორიული დასკვნები. ძლიერი შთაბეჭდილება მოახდინა. როგორც ამერიკელი ფიზიკოსი ა. პაისი წერდა მრავალი წლის შემდეგ, „არ წყვეტთ გაოცებას ასეთი მარტივი გზით მიღებული ამ შედეგით: საკმარისია მოამზადოთ ბურთების სუსპენზია, რომლის ზომა ზომასთან შედარებით დიდია. მარტივი მოლეკულებისგან, აიღე წამზომი და მიკროსკოპი და შეგიძლია დაადგინო ავოგადროს მუდმივი!” შეიძლება ასევე გაგიკვირდეთ: ბრაუნის მოძრაობის შესახებ ახალი ექსპერიმენტების აღწერა დროდადრო ჯერ კიდევ ჩნდება სამეცნიერო ჟურნალებში (Nature, Science, Journal of Chemical Education)! პერინის შედეგების გამოქვეყნების შემდეგ, ოსტვალდმა, ატომიზმის ყოფილმა მოწინააღმდეგემ, აღიარა, რომ „ბრაუნის მოძრაობის დამთხვევა კინეტიკური ჰიპოთეზის მოთხოვნებთან... ახლა ყველაზე ფრთხილ მეცნიერს უფლებას აძლევს ისაუბროს ატომური თეორიის ექსპერიმენტულ დადასტურებაზე. მატერიის. ამრიგად, ატომური თეორია ამაღლდა მეცნიერული, კარგად დასაბუთებული თეორიის რანგში“. მას ეხმიანება ფრანგი მათემატიკოსი და ფიზიკოსი ანრი პუანკარე: „პერენის მიერ ატომების რაოდენობის ბრწყინვალე განსაზღვრამ დაასრულა ატომიზმის ტრიუმფი... ქიმიკოსთა ატომი ახლა რეალობად იქცა“.

ბრაუნის მოძრაობა და დიფუზია.

ბრაუნის ნაწილაკების მოძრაობა გარეგნულად ძალიან ჰგავს ცალკეული მოლეკულების მოძრაობას მათი თერმული მოძრაობის შედეგად. ამ მოძრაობას დიფუზია ეწოდება. ჯერ კიდევ სმოლუჩოვსკის და აინშტაინის მუშაობამდე, მოლეკულური მოძრაობის კანონები დამყარდა მატერიის აირისებრი მდგომარეობის უმარტივეს შემთხვევაში. აღმოჩნდა, რომ აირებში მოლეკულები ძალიან სწრაფად მოძრაობენ - ტყვიის სიჩქარით, მაგრამ მათ არ შეუძლიათ შორს ფრენა, რადგან ისინი ძალიან ხშირად ეჯახებიან სხვა მოლეკულებს. მაგალითად, ჰაერში ჟანგბადის და აზოტის მოლეკულები, რომლებიც მოძრაობენ დაახლოებით 500 მ/წმ საშუალო სიჩქარით, ყოველ წამში მილიარდზე მეტ შეჯახებას განიცდიან. მაშასადამე, მოლეკულის გზა, თუ შესაძლებელი იქნებოდა მისი გაყოლება, რთული გატეხილი ხაზი იქნებოდა. ბრაუნის ნაწილაკები ასევე აღწერენ მსგავს ტრაექტორიას, თუ მათი პოზიცია აღირიცხება გარკვეული დროის ინტერვალებით. ორივე დიფუზია და ბრაუნის მოძრაობა არის მოლეკულების ქაოტური თერმული მოძრაობის შედეგი და, შესაბამისად, აღწერილია მსგავსი მათემატიკური ურთიერთობებით. განსხვავება ისაა, რომ აირებში მოლეკულები მოძრაობენ სწორი ხაზით მანამ, სანამ სხვა მოლეკულებს არ შეეჯახებიან, რის შემდეგაც ისინი მიმართულებას იცვლიან. ბრაუნის ნაწილაკი, მოლეკულისგან განსხვავებით, არ ასრულებს არანაირ „თავისუფალ ფრენებს“, მაგრამ განიცდის ძალიან ხშირ მცირე და არარეგულარულ „რხევებს“, რის შედეგადაც იგი ქაოტურად ინაცვლებს ერთი მიმართულებით ან სხვა მიმართულებით. გამოთვლებმა აჩვენა, რომ 0,1 მკმ ზომის ნაწილაკისთვის, ერთი მოძრაობა ხდება წამის სამ მილიარდი ნაწილით მხოლოდ 0,5 ნმ მანძილზე (1 ნმ = 0,001 მკმ). როგორც ერთ-ერთი ავტორი სწორად ამბობს, ეს მოგაგონებთ ლუდის ცარიელი ქილის გადაადგილებას მოედანზე, სადაც ხალხის ბრბოა შეკრებილი.
დიფუზიის დაკვირვება ბევრად უფრო ადვილია, ვიდრე ბრაუნის მოძრაობა, რადგან მას არ სჭირდება მიკროსკოპი: მოძრაობები შეინიშნება არა ცალკეულ ნაწილაკებზე, არამედ მათ უზარმაზარ მასებზე, თქვენ უბრალოდ უნდა დარწმუნდეთ, რომ დიფუზია არ არის გადანაწილებული კონვექციით - მატერიის შერევით. მორევის ნაკადების შედეგი (ასეთი ნაკადები ადვილად შესამჩნევია, ფერადი ხსნარის წვეთი, როგორიცაა მელანი, ჩადეთ ჭიქა ცხელ წყალში).

დიფუზია მოსახერხებელია სქელ გელებში დაკვირვებისთვის. ასეთი გელის მომზადება შესაძლებელია, მაგალითად, პენიცილინის ქილაში, მასში 4–5% ჟელატინის ხსნარის მომზადებით. ჟელატინი ჯერ რამდენიმე საათის განმავლობაში უნდა ადიდებდეს, შემდეგ კი სრულად იხსნება მორევით, ქილა ცხელ წყალში ჩაშვებით. გაციების შემდეგ მიიღება უნაყოფო გელი გამჭვირვალე, ოდნავ მოღრუბლული მასის სახით. თუ ბასრი პინცეტის გამოყენებით ამ მასის ცენტრში ფრთხილად ჩასვით კალიუმის პერმანგანატის პატარა კრისტალი („კალიუმის პერმანგანატი“), კრისტალი ჩამოკიდებული დარჩება იმ ადგილას, სადაც ის დარჩა, რადგან გელი ხელს უშლის მის დაცემას. რამდენიმე წუთში იისფერი ბურთი კრისტალის გარშემო დაიწყებს ზრდას; დროთა განმავლობაში ის უფრო და უფრო დიდი ხდება, სანამ ქილის კედლები არ ამახინჯებს მის ფორმას. იგივე შედეგის მიღება შესაძლებელია სპილენძის სულფატის კრისტალის გამოყენებით, მხოლოდ ამ შემთხვევაში ბურთი აღმოჩნდება არა მეწამული, არამედ ლურჯი.

გასაგებია, რატომ აღმოჩნდა ბურთი: ბროლის დაშლის დროს წარმოქმნილი MnO4– იონები გადადიან ხსნარში (გელი ძირითადად წყალია) და დიფუზიის შედეგად თანაბრად მოძრაობენ ყველა მიმართულებით, ხოლო გრავიტაციას პრაქტიკულად არანაირი ეფექტი არ აქვს. დიფუზიის სიჩქარეზე. სითხეში დიფუზია ძალიან ნელია: ბურთის რამდენიმე სანტიმეტრით გაზრდას მრავალი საათი დასჭირდება. აირებში დიფუზია ბევრად უფრო სწრაფია, მაგრამ მაინც, ჰაერი რომ არ შერეულიყო, ოთახში საათობით გავრცელდებოდა პარფიუმის ან ამიაკის სუნი.

ბრაუნის მოძრაობის თეორია: შემთხვევითი სიარული.

სმოლუჩოვსკი-აინშტაინის თეორია ხსნის როგორც დიფუზიის, ისე ბრაუნის მოძრაობის კანონებს. ჩვენ შეგვიძლია განვიხილოთ ეს შაბლონები დიფუზიის მაგალითის გამოყენებით. თუ მოლეკულის სიჩქარე არის u, მაშინ, სწორი ხაზით მოძრაობს, ის დაფარავს მანძილს L = ut დროში t, მაგრამ სხვა მოლეკულებთან შეჯახების გამო ეს მოლეკულა არ მოძრაობს სწორი ხაზით, მაგრამ მუდმივად იცვლება. მისი მოძრაობის მიმართულება. თუ შესაძლებელი იქნებოდა მოლეკულის გზის დახატვა, ის ფუნდამენტურად არაფრით განსხვავდებოდა პერინის მიერ მიღებული ნახატებისაგან. ასეთი ფიგურებიდან ირკვევა, რომ ქაოტური მოძრაობის გამო, მოლეკულა გადაადგილებულია s მანძილით, L-ზე მნიშვნელოვნად ნაკლები. სხვა, საშუალო უფასო გზა. გაზომვებმა აჩვენა, რომ ნორმალური ატმოსფერული წნევის დროს ჰაერის მოლეკულებისთვის l ~ 0,1 μm, რაც ნიშნავს, რომ 500 მ/წმ სიჩქარით აზოტის ან ჟანგბადის მოლეკულა გაფრინდება 10000 წამში (სამ საათზე ნაკლებ) მანძილზე L = 5000 კმ და საწყისი პოზიციიდან ცვლა არის მხოლოდ s = 0,7 მ (70 სმ), რის გამოც ნივთიერებები ასე ნელა მოძრაობენ დიფუზიის გამო, თუნდაც გაზებში.

დიფუზიის შედეგად მოლეკულის გზას (ან ბრაუნის ნაწილაკების გზას) შემთხვევითი სიარული ეწოდება. მახვილგონივრული ფიზიკოსები ამ გამოთქმას ხელახლა ინტერპრეტირებდნენ, როგორც მთვრალის სიარულს - „მთვრალის გზას“. მართლაც, ნაწილაკების მოძრაობა ერთი პოზიციიდან მეორეში (ან მოლეკულის გზა, რომელიც ბევრ შეჯახებას განიცდის) წააგავს მთვრალი ადამიანის მოძრაობას. ეს ანალოგია ასევე საშუალებას აძლევს ადამიანს საკმაოდ მარტივად გამოიტანოს ასეთი პროცესის ძირითადი განტოლება, რომელიც დაფუძნებულია ერთგანზომილებიანი მოძრაობის მაგალითზე, რომლის განზოგადება ადვილია სამგანზომილებიანად.

დავუშვათ, დახვეწილი მეზღვაური გვიან ღამით გამოვიდა ტავერნიდან და გაემართა ქუჩის გასწვრივ. გაიარა გზა l უახლოეს ფარანამდე, დაისვენა და წავიდა... ან უფრო შორს, შემდეგ ფარანამდე, ან უკან, ტავერნისკენ - ბოლოს და ბოლოს, მას არ ახსოვს, საიდან მოვიდა. საკითხავია, დატოვებს თუ არა ის ოდესმე ყაბაყს, თუ უბრალოდ დახეტიალდება მის ირგვლივ, ახლა მოშორდება, ახლა უახლოვდება? (პრობლემის სხვა ვერსიაში ნათქვამია, რომ ქუჩის ორივე ბოლოში არის ჭუჭყიანი თხრილები, სადაც მთავრდება შუქნიშანი და სვამს კითხვას, შეძლებს თუ არა მეზღვაური თავიდან აიცილოს ერთ-ერთ მათგანში ჩავარდნა.) ინტუიციურად, როგორც ჩანს, მეორე პასუხი სწორია. მაგრამ ეს არასწორია: გამოდის, რომ მეზღვაური თანდათან უფრო და უფრო შორდება ნულოვან წერტილს, თუმცა ბევრად უფრო ნელა, ვიდრე მხოლოდ ერთი მიმართულებით დადიოდა. აი, როგორ დავამტკიცოთ ეს.

პირველად რომ გაიაროს უახლოეს ფარანამდე (მარჯვნივ ან მარცხნივ), მეზღვაური აღმოჩნდება საწყისი წერტილიდან s1 = ± l მანძილზე. ვინაიდან ჩვენ გვაინტერესებს მხოლოდ მისი მანძილი ამ წერტილიდან, მაგრამ არა მისი მიმართულება, ამ გამოთქმის კვადრატში გაყვანის გზით მოვიშორებთ ნიშნებს: s12 = l2. გარკვეული პერიოდის შემდეგ, მეზღვაური, რომელმაც უკვე დაასრულა N "ხეტიალი", იქნება დისტანციაზე

SN = დასაწყისიდან. და ისევ (ერთი მიმართულებით) უახლოეს ნათურაზე გადასვლის შემდეგ, მანძილიდან sN+1 = sN ± l, ან გადაადგილების კვადრატის გამოყენებით, s2N+1 = s2N ±2sN l + l2. თუ მეზღვაური ბევრჯერ გაიმეორებს ამ მოძრაობას (N-დან N + 1-მდე), მაშინ საშუალოდ გაანგარიშების შედეგად (იგი თანაბარი ალბათობით დგამს N-ე ნაბიჯს მარჯვნივ ან მარცხნივ) ტერმინი ±2sNl შემცირდება, ასე რომ. რომ (კუთხის ფრჩხილებში მითითებულია საშუალო მნიშვნელობა).

ვინაიდან s12 = l2, მაშინ

S22 = s12 + l2 = 2l2, s32 = s22 + l2 = 3ll2 და ა.შ., ე.ი. s2N = Nl2 ან sN =l. გავლილი მთლიანი მანძილი L შეიძლება ჩაიწეროს როგორც მეზღვაურის სიჩქარისა და მოგზაურობის დროის ნამრავლი (L = ut), ასევე როგორც ხეტიალის რაოდენობისა და ფარნებს შორის მანძილის ნამრავლი (L = Nl), შესაბამისად, ut. = Nl, საიდანაც N = ut/l და ბოლოს sN = . ამრიგად, ჩვენ ვიღებთ მეზღვაურის (ასევე მოლეკულის ან ბრაუნის ნაწილაკების) გადაადგილების დამოკიდებულებას დროზე. მაგალითად, თუ ფარნებს შორის არის 10 მ და მეზღვაური დადის 1 მ/წმ სიჩქარით, მაშინ ერთ საათში მისი ჯამური გზა იქნება L = 3600 მ = 3,6 კმ, ხოლო გადაადგილება ნულოვანი წერტილიდან იგივე დრო იქნება მხოლოდ s = = 190 მ. სამ საათში გაივლის L = 10,8 კმ და გადაინაცვლებს s = 330 მ და ა.შ.

შედეგად მიღებული ფორმულა ul შეიძლება შევადაროთ დიფუზიის კოეფიციენტს, რომელიც, როგორც ირლანდიელმა ფიზიკოსმა და მათემატიკოსმა ჯორჯ გაბრიელ სტოკსმა (1819–1903) აჩვენა, დამოკიდებულია ნაწილაკების ზომაზე და გარემოს სიბლანტეზე. მსგავსი მოსაზრებებიდან გამომდინარე, აინშტაინმა გამოიტანა თავისი განტოლება.

ბრაუნის მოძრაობის თეორია რეალურ ცხოვრებაში.

შემთხვევითი სიარულის თეორიას აქვს მნიშვნელოვანი პრაქტიკული გამოყენება. ისინი ამბობენ, რომ ღირშესანიშნაობების არარსებობის შემთხვევაში (მზე, ვარსკვლავები, გზატკეცილის ან რკინიგზის ხმაური და ა. ორიგინალური ადგილი. სინამდვილეში, ის არ დადის წრეებში, მაგრამ დაახლოებით იგივე გზით მოძრაობს მოლეკულები ან ბრაუნის ნაწილაკები. მას შეუძლია დაუბრუნდეს საწყის ადგილს, მაგრამ მხოლოდ შემთხვევით. მაგრამ ის ბევრჯერ კვეთს თავის გზას. ისინი ასევე ამბობენ, რომ ქარბუქში გაყინული ადამიანები იპოვეს უახლოესი საცხოვრებელიდან ან გზიდან "რამდენიმე კილომეტრში", მაგრამ რეალურად ადამიანს არ ჰქონდა ამ კილომეტრის გავლის შანსი და აი რატომ.

იმისთვის, რომ გამოვთვალოთ რამდენს გადაინაცვლებს ადამიანი შემთხვევითი სიარულის შედეგად, უნდა იცოდეთ l-ის მნიშვნელობა, ე.ი. მანძილი, რომელსაც ადამიანს შეუძლია სწორი ხაზის გავლა ყოველგვარი ღირშესანიშნაობების გარეშე. ეს მნიშვნელობა გაზომა გეოლოგიურ და მინერალოგიურ მეცნიერებათა დოქტორმა B.S. Gorobets-მა სტუდენტი მოხალისეების დახმარებით. მან, რა თქმა უნდა, არ დატოვა ისინი უღრან ტყეში ან თოვლით დაფარულ მინდორზე, ყველაფერი უფრო მარტივი იყო - სტუდენტი მოათავსეს ცარიელი სტადიონის ცენტრში, თვალებმოჭუტული და სთხოვეს ფეხით გაევლო ფეხბურთის მოედნის ბოლოში. სრული სიჩუმე (ბგერით ორიენტაციის გამორიცხვის მიზნით). გაირკვა, რომ საშუალოდ სტუდენტი სწორ ხაზზე მხოლოდ დაახლოებით 20 მეტრს დადიოდა (იდეალური სწორი ხაზიდან გადახრა არ აღემატებოდა 5°-ს), შემდეგ კი თავდაპირველი მიმართულებიდან უფრო და უფრო დაიწყო გადახრა. ბოლოს კიდემდე შორს გაჩერდა.

მოდით, ახლა ადამიანმა იაროს (უფრო სწორად, იხეტიალოს) ტყეში 2 კილომეტრი საათში სიჩქარით (გზისთვის ეს ძალიან ნელია, მაგრამ უღრანი ტყისთვის ძალიან სწრაფია), მაშინ თუ l-ის მნიშვნელობა არის 20. მეტრს, შემდეგ საათში დაფარავს 2 კმ-ს, მაგრამ გადავა მხოლოდ 200 მ, ორ საათში - დაახლოებით 280 მ, სამ საათში - 350 მ, 4 საათში - 400 მ და ა.შ. და სწორი ხაზით მოძრაობს ქ. ასეთი სიჩქარით ადამიანი 4 საათში გაივლის 8 კილომეტრს, ამიტომ საველე სამუშაოების უსაფრთხოების ინსტრუქციებში შემდეგი წესია: თუ ღირშესანიშნაობები დაიკარგება, თქვენ უნდა დარჩეთ ადგილზე, მოაწყოთ თავშესაფარი და დაელოდოთ დასასრულს. ცუდი ამინდის (შეიძლება მზე ამოვიდეს) ან დახმარებისთვის. ტყეში ღირშესანიშნაობები - ხეები ან ბუჩქები - დაგეხმარებათ სწორი ხაზით გადაადგილებაში და ყოველ ჯერზე თქვენ უნდა მიჰყვეთ ორ ასეთ ღირშესანიშნაობას - ერთი წინ, მეორე უკან. მაგრამ, რა თქმა უნდა, უმჯობესია თან წაიღოთ კომპასი...

მცირე შეჩერებული ნაწილაკები ქაოტურად მოძრაობენ თხევადი მოლეკულების ზემოქმედების ქვეშ.

XIX საუკუნის მეორე ნახევარში სამეცნიერო წრეებში ატომების ბუნების შესახებ სერიოზული დებატები გაჩაღდა. ერთ მხარეს იყვნენ უდავო ავტორიტეტები, როგორიცაა ერნსტ მახი ( სმ.დარტყმითი ტალღები), რომლებიც ამტკიცებდნენ, რომ ატომები უბრალოდ მათემატიკური ფუნქციებია, რომლებიც წარმატებით აღწერენ დაკვირვებად ფიზიკურ მოვლენებს და არ აქვთ რეალური ფიზიკური საფუძველი. მეორეს მხრივ, ახალი ტალღის მეცნიერები - კერძოდ, ლუდვიგ ბოლცმანი ( სმ.ბოლცმანის მუდმივი) - ამტკიცებდა, რომ ატომები იყო ფიზიკური რეალობა. და არც ერთმა მხარემ არ გააცნობიერა, რომ მათი დავის დაწყებამდე უკვე ათწლეულების განმავლობაში იყო მიღებული ექსპერიმენტული შედეგები, რომლებმაც ერთხელ და სამუდამოდ გადაჭრეს საკითხი ატომების, როგორც ფიზიკური რეალობის არსებობის სასარგებლოდ - თუმცა, ისინი მიიღეს დისციპლინაში. ფიზიკის მიმდებარე ბუნების მეცნიერება ბოტანიკოსის რობერტ ბრაუნის მიერ.

ჯერ კიდევ 1827 წლის ზაფხულში, ბრაუნმა, ყვავილის მტვრის ქცევის მიკროსკოპის ქვეშ შესწავლისას (მან შეისწავლა მცენარის მტვრის წყლის სუსპენზია კლარკია პულჩელა), მოულოდნელად აღმოაჩინა, რომ ცალკეული სპორები აკეთებენ აბსოლუტურად ქაოტურ იმპულსურ მოძრაობებს. მან დანამდვილებით დაადგინა, რომ ეს მოძრაობები არანაირად არ იყო დაკავშირებული წყლის ტურბულენტობასთან და დინებასთან, ან მის აორთქლებასთან, რის შემდეგაც, ნაწილაკების მოძრაობის ბუნების აღწერაში, მან გულწრფელად აღიარა საკუთარი უძლურება აეხსნა ამის წარმოშობა. ქაოტური მოძრაობა. თუმცა, როგორც ზედმიწევნითი ექსპერიმენტატორი, ბრაუნმა დაადგინა, რომ ასეთი ქაოტური მოძრაობა დამახასიათებელია ნებისმიერი მიკროსკოპული ნაწილაკისთვის - იქნება ეს მცენარის ყვავილის მტვერი, შეჩერებული მინერალები თუ ზოგადად რაიმე დამსხვრეული ნივთიერება.

მხოლოდ 1905 წელს, ალბერტ აინშტაინის გარდა, პირველად მიხვდა, რომ ეს იდუმალი, ერთი შეხედვით, ფენომენი საუკეთესო ექსპერიმენტული დადასტურებაა მატერიის სტრუქტურის ატომური თეორიის სისწორის შესახებ. მან ეს ასე ახსნა: წყალში შეჩერებული სპორა მუდმივ „დაბომბვას“ ექვემდებარება ქაოტურად მოძრავი წყლის მოლეკულებით. საშუალოდ, მოლეკულები მასზე მოქმედებენ ყველა მხრიდან თანაბარი ინტენსივობით და დროის თანაბარი ინტერვალებით. თუმცა, რაც არ უნდა პატარა იყოს სპორა, წმინდა შემთხვევითი გადახრების გამო, ჯერ იღებს იმპულსს მოლეკულისგან, რომელიც მას ერთ მხარეს მოხვდა, შემდეგ მოლეკულის მხრიდან, რომელიც ურტყამს მეორე მხარეს და ა.შ. შედეგად. ასეთი შეჯახების საშუალოდ გამოანგარიშებისას გამოდის, რომ რაღაც მომენტში ნაწილაკი ერთი მიმართულებით „იკუნტება“, მაშინ, თუ მეორე მხარეს მას უფრო მეტი მოლეკულა „აბიძგებს“, მეორეზე და ა.შ. მათემატიკური სტატისტიკის კანონების გამოყენებით. და აირების მოლეკულური კინეტიკური თეორიით, აინშტაინმა გამოიღო განტოლება, რომელიც აღწერს ბრაუნის ნაწილაკების ფესვის საშუალო კვადრატის გადაადგილების დამოკიდებულებას მაკროსკოპულ პარამეტრებზე. (საინტერესო ფაქტი: გერმანული ჟურნალის "Annals of Physics"-ის ერთ-ერთ ტომში ( ანნალენი der Physik 1905 წელს გამოქვეყნდა აინშტაინის სამი სტატია: სტატია ბრაუნის მოძრაობის თეორიული ახსნით, სტატია ფარდობითობის სპეციალური თეორიის საფუძვლების შესახებ და ბოლოს, სტატია, რომელიც აღწერს ფოტოელექტრული ეფექტის თეორიას. სწორედ ამ უკანასკნელისთვის მიენიჭა ალბერტ აინშტაინს 1921 წელს ნობელის პრემია ფიზიკაში.)

1908 წელს ფრანგმა ფიზიკოსმა ჟან-ბატისტ პერენმა (1870-1942) ჩაატარა ექსპერიმენტების ბრწყინვალე სერია, რომელმაც დაადასტურა ბრაუნის მოძრაობის ფენომენის აინშტაინის ახსნის სისწორე. საბოლოოდ გაირკვა, რომ ბრაუნის ნაწილაკების დაკვირვებული „ქაოტური“ მოძრაობა მოლეკულური შეჯახების შედეგია. ვინაიდან „სასარგებლო მათემატიკური კონვენციები“ (მახის მიხედვით) არ შეიძლება გამოიწვიოს ფიზიკური ნაწილაკების დაკვირვებად და სრულიად რეალურ მოძრაობამდე, საბოლოოდ გაირკვა, რომ ატომების რეალობის შესახებ კამათი დასრულდა: ისინი ბუნებაში არსებობენ. როგორც „საპრიზო თამაში“, პერინმა მიიღო აინშტაინის მიერ მიღებული ფორმულა, რომელიც ფრანგს საშუალებას აძლევდა გაეანალიზებინა და შეეფასებინა ატომების და/ან მოლეკულების საშუალო რაოდენობა, რომლებიც ეჯახებიან სითხეში შეჩერებულ ნაწილაკს გარკვეული პერიოდის განმავლობაში და ამის გამოყენებით. ინდიკატორი, გამოთვალეთ სხვადასხვა სითხეების მოლური რიცხვები. ეს იდეა ეფუძნებოდა იმ ფაქტს, რომ დროის ნებისმიერ მომენტში შეჩერებული ნაწილაკების აჩქარება დამოკიდებულია გარემოს მოლეკულებთან შეჯახების რაოდენობაზე ( სმ.ნიუტონის მექანიკის კანონები) და, შესაბამისად, მოლეკულების რაოდენობაზე სითხის მოცულობის ერთეულზე. და ეს სხვა არაფერია თუ არა ავოგადროს ნომერი (სმ.ავოგადროს კანონი) არის ერთ-ერთი ფუნდამენტური მუდმივი, რომელიც განსაზღვრავს ჩვენი სამყაროს სტრუქტურას.