Úvod do Brownian Motion

Brownov pohyb je náhodný pohyb častíc v tekutine v dôsledku ich zrážok s inými atómami alebo molekulami. Brownov pohyb je tiež známy ako pedesis, ktoré pochádza z gréckeho slova „skákanie“. Aj keď častice môžu byť v porovnaní s veľkosťou častíc veľké atómy a molekuly v okolitom médiu, môže sa pohnúť nárazom s mnohými malými, rýchlo sa pohybujúcimi masy. Brownov pohyb sa môže považovať za makroskopický (viditeľný) obraz častice ovplyvnenej mnohými mikroskopickými náhodnými účinkami.

Brownian motion sa nazýva škótsky botanik Robert Brown, ktorý vo vode pozoroval náhodný pohyb peľových zŕn. Popísal tento návrh v roku 1827, ale nedokázal ho vysvetliť. Kým Pedesis vezme jeho meno od Brown, on nebol prvý človek popisovať to. Rímsky básnik Lucretius opisuje pohyb prachových častíc okolo roku 60 ° C, ktorý použil ako dôkaz atómov.

Fenomén dopravy zostal nevysvetlený až do roku 1905, kedy Albert Einstein publikoval dokument, ktorý vysvetlil, že peľ sa pohyboval molekulami vody v tekutine. Rovnako ako v prípade Lucretiusa Einsteinovo vysvetlenie slúžilo ako nepriamy dôkaz o existencii atómov a molekúl. Na prelome 20. a 20. storočia existencia takýchto malých jednotiek hmoty bola iba teória. V roku 1908 Jean Perrin experimentálne overil Einsteinovu hypotézu, ktorá Perrinovi získala Nobelovu cenu za fyziku z roku 1926 za „prácu na diskontinuálnej štruktúre hmoty“.

Matematický opis Brownovho pohybu je relatívne jednoduchý výpočet pravdepodobnosti, dôležitý nielen vo fyzike a chémii, ale aj na popis ďalších štatistických javov. Prvou osobou, ktorá navrhla matematický model pre Brownov pohyb, bol Thorvald N. Thiele v novinách o metóda najmenších štvorcov to bolo uverejnené v roku 1880. Moderným modelom je Wienerov proces, pomenovaný na počesť Norberta Wienera, ktorý opísal funkciu nepretržitého stochastického procesu. Brownov pohyb sa považuje za gaussovský proces a Markovov proces s nepretržitou cestou, ktorá sa vyskytuje v nepretržitom čase.

Pretože pohyb atómov a molekúl v kvapaline a plyne je náhodný, v priebehu času sa väčšie častice rovnomerne rozptýlia v celom médiu. Ak existujú dve susediace oblasti hmoty a oblasť A obsahuje dvakrát toľko častíc ako oblasť B, pravdepodobnosť častica opustí oblasť A, aby vstúpila do oblasti B, je dvakrát vyššia ako pravdepodobnosť, že častica opustí oblasť B, aby vstúpila A. rozptylpohyb častíc z oblasti s vyššou až nižšou koncentráciou sa môže považovať za makroskopický príklad Brownovho pohybu.

Faktor Brownovho pohybu ovplyvňuje akýkoľvek faktor, ktorý ovplyvňuje pohyb častíc v tekutine. Napríklad zvýšená teplota, zvýšený počet častíc, malá veľkosť častíc a nízka viskozita zvýšiť rýchlosť pohybu.

Väčšina príkladov Brownovho pohybu sú transportné procesy, ktoré sú ovplyvnené väčšími prúdmi, ale zároveň vykazujú pedézu.

Príklady zahŕňajú:

• Pohyb peľových zŕn na stojatej vode
• Pohyb prachových motívov v miestnosti (hoci je do veľkej miery ovplyvnený prúdmi vzduchu)
• Difúzia znečisťujúcich látok do ovzdušia
• Difúzia vápnika cez kosti
• Pohyb „dier“ elektrického náboja v polovodičoch

Počiatočný význam definovania a popisu Brownovho pohybu bol ten, že podporoval modernú atómovú teóriu.

Dnes sa matematické modely, ktoré opisujú Brownov pohyb, používajú v matematike, ekonómii, strojárstve, fyzike, biológii, chémii a mnohých ďalších disciplínach.

Môže byť ťažké rozlišovať medzi pohybom spôsobeným Brownovým pohybom a pohybom spôsobeným inými účinkami. v biológienapríklad pozorovateľ musí byť schopný zistiť, či sa vzorka pohybuje, pretože je pohyblivý (schopná pohybu samostatne, pravdepodobne kvôli riasam alebo bičíkom) alebo preto, že je predmetom Browniana motion. Zvyčajne je možné rozlišovať medzi procesmi, pretože Brownov pohyb sa javí trhaný, náhodný alebo ako vibrácie. Skutočná pohyblivosť sa často objavuje ako cesta, inak sa pohyb krúti alebo otáča určitým smerom. V mikrobiológii možno motilitu potvrdiť, ak vzorka naočkovaná v polotuhom médiu migruje z bodky.

"Jean Baptiste Perrin - fakty." NobelPrize.org, Nobel Media AB 2019, 6. júla 2019.