Brauna kustība
Brauna kustība ir daļiņu nejauša kustība šķidrumā vai gāzē. Šo kustību izraisa ātri kustīgi atomi vai molekulas, kas ietriecas daļiņās. Brauna kustību 1827. gadā atklāja botāniķis Roberts Brauns. Viņš 1827. gadā, caur mikroskopu aplūkojot ūdenī putekšņu graudu iekšienē esošās daļiņas, pamanīja, ka tās pārvietojas ūdenī, taču viņš nespēja noskaidrot, kas izraisa šo kustību.
Par galvenajām matērijas sastāvdaļām jau ilgu laiku teorētiski tika uzskatīti atomi un molekulas. Alberts Einšteins 1905. gadā publicēja darbu, kurā precīzi izskaidroja, kā Brauna novērotā kustība radās tāpēc, ka putekšņus kustināja atsevišķas ūdens molekulas. Tas bija viens no viņa pirmajiem lielajiem ieguldījumiem zinātnē un pārliecināja daudzus zinātniekus par atomu un molekulu pastāvēšanu. 1908. gadā to eksperimentāli apstiprināja Žans Perēns. Perēns 1926. gadā saņēma Nobela prēmiju fizikā "par darbu, kas veltīts vielas diskontinuālajai struktūrai". Atomu bombardēšanas spēka virziens nepārtraukti mainās, un dažādos laikos daļiņa vienā pusē tiek skartā vairāk nekā otrā, kas rada šķietami nejaušo kustības raksturu.
Browna modeli veido pārāk daudz molekulāro ietekmju, tāpēc neviens zinātnisks modelis nevar ņemt vērā visas šīs ietekmes. Tāpēc tā aprakstīšanai var izmantot tikai varbūtējus molekulāro populāciju modeļus. Turpmāk aprakstīti divi šādi statistiskās mehānikas modeļi, kurus izveidoja Einšteins un Smoļuhovskis. Cits, tīri varbūtisks modeļu veids ir stohastisko procesu modeļi. Pastāv gan vienkāršāki, gan sarežģītāki stohastiskie procesi, kas galējībās ("novesti līdz robežai") var aprakstīt Brauna kustību (sk. nejaušās pastaigas un Donskera teorēmu).
Arī Alberts Einšteins un Norberts Vīners pētīja Browna kustību, taču ar lielāku matemātisku precizitāti.
Vēsture
Romiešu dzejnieka Lukrēcija zinātniskajā poēmā "Par lietu dabu" (ap 60. gadu p.m.ē.) II grāmatas 113.-140. pantā ir aprakstīta putekļu daļiņu Brauna kustība. Viņš to izmanto, lai palīdzētu cilvēkiem pārliecināties par atomu eksistenci:
"Novērojiet, kas notiek, kad ēkā ielaiž saules gaismu un ēnainās vietās iedegas neliela ēkas gaisma. Jūs redzēsiet daudz sīku daļiņu, kas kustas dažādos virzienos..."
Lai gan 1785. gadā Jans Ingenhouss aprakstīja dīvaino ogļu putekļu daļiņu kustību spirta virspusē, par tās atklājēju bieži tiek uzskatīts botāniķis Roberts Brauns 1827. gadā. Brauns ar mikroskopu pētīja ūdenī suspendētus auga Clarkia pulchella putekšņu graudus, kad viņš novēroja, ka putekšņu graudu izmestās sīkas daļiņas veic nervozu kustību. Atkārtojot eksperimentu ar neorganiskas vielas daļiņām, viņš varēja izslēgt, ka šī kustība ir saistīta ar dzīvību, lai gan tās izcelsme vēl nebija zināma.
Pirmais, kurš aprakstīja Browna kustības matemātiku, bija Torvalds N. Tīle (Thorvald N. Thiele) 1880. gadā publicētajā darbā par mazāko kvadrātu metodi. Tam sekoja Luijs Bašeljē (Louis Bachelier) 1900. gadā savā doktora disertācijā "Spekulāciju teorija", kurā viņš sniedza akciju un opciju tirgus analīzi. Bieži tiek izmantots akciju tirgus Brauna kustības modelis, taču Benuā Mandelbro noliedza tā piemērojamību akciju cenu kustībai.
Alberts Einšteins (vienā no saviem 1905. gada darbiem) un Marians Smoļuhovskis (1906. gadā) pievērsa fiziķu uzmanību šīs problēmas risinājumam un piedāvāja to kā veidu, kā netieši apstiprināt atomu un molekulu pastāvēšanu. Viņu Brauna kustību aprakstošos vienādojumus pārbaudīja Žana Baptista Perēna (Jean Baptiste Perrin) 1908. gadā veiktais eksperimentālais darbs.
No Žana Baptista Perēna grāmatas Les Atomes (Žana Baptista Perēna grāmata Les Atomes) ir parādītas trīs trajektorijas, kurās redzama zem mikroskopa redzamo daļiņu kustība 0,53 µm līnijā. Secīgas pozīcijas ik pēc 30 sekundēm savieno taisnas līnijas (acs izmērs ir 3,2 µm).
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir brūnā kustība?
A: Brauna kustība ir daļiņu nejauša kustība šķidrumā vai gāzē, ko izraisa ātri kustīgi atomi vai molekulas, kas saduras ar daļiņām.
J: Kas atklāja Brauna kustību?
A: Brauna kustību 1827. gadā atklāja botāniķis Roberts Brauns.
J: Kā Alberts Einšteins palīdzēja izprast Browna kustību?
A: 1905. gadā Alberts Einšteins publicēja darbu, kurā paskaidroja, kā Roberta Brauna novēroto kustību izraisīja atsevišķas ūdens molekulas, kas trāpīja daļiņām. Tas palīdzēja pārliecināt daudzus zinātniekus, ka pastāv atomi un molekulas.
J: Kas eksperimentāli pārbaudīja Einšteina teoriju?
A: Žans Perēns 1908. gadā eksperimentāli pārbaudīja Einšteina teoriju un par darbu par vielas struktūru saņēma Nobela prēmiju fizikā.
J: Kā rodas šis nejaušības modelis?
A: Atomu bombardēšanas spēka virziens pastāvīgi mainās, tāpēc daļiņas dažādās pusēs tiek skartas dažādos laikos un rodas šķietami nejauši kustības modeļi.
J: Kādi modeļi tiek izmantoti, lai to aprakstītu? A: Lai to aprakstītu, tiek izmantoti varbūtējie molekulāro populāciju modeļi, piemēram, Einšteina un Smoļuhovska modeļi, kā arī stohastisko procesu modeļi.
J: Kas vēl pētīja Browna kustību ar lielāku matemātisku precizitāti? A: Norberts Vīners arī pētīja Browna kustību ar lielāku matemātisko precizitāti.
