Johdanto Brownian Motioniin

Brownin liike on nesteessä olevien hiukkasten satunnaista liikettä johtuen törmäyksestä muiden atomien tai molekyylien kanssa. Brownian liike tunnetaan myös nimellä pedesis, joka tulee kreikan sanasta "hyppy". Vaikka hiukkas voi olla suuri verrattuna hiukkasen kokoon atomien ja molekyylien ympäröivässä väliaineessa, se voi liikkua iskun avulla monilla pienillä, nopeasti liikkuvilla massoja. Brownian liikettä voidaan pitää makroskooppisena (näkyvänä) kuvan hiukkasesta, johon vaikuttavat monet mikroskooppiset satunnaisvaikutukset.

Brownian motion on saanut nimensä skotlantilaiselta kasvitieteilijältä Robert Brownilta, joka havaitsi siitepölyjyvien liikkuvan satunnaisesti vedessä. Hän kuvasi liikettä vuonna 1827, mutta ei pystynyt selittämään sitä. Vaikka pedesis sai nimensä Brownilta, hän ei ollut ensimmäinen henkilö, joka kuvasi sitä. Roomalainen runoilija Lucretius kuvailee pölyhiukkasten liikettä ympäri 60 eKr., Jota hän käytti todisteena atomeista.

Kuljetusilmiö pysyi selittämättömänä vuoteen 1905 saakka, jolloin

Brownin liikkeen matemaattinen kuvaus on suhteellisen yksinkertainen todennäköisyyslaskelma, jolla on merkitystä paitsi fysiikassa ja kemiassa, myös kuvaamaan muita tilastollisia ilmiöitä. Ensimmäinen henkilö, joka ehdotti matemaattista mallia Brownin liikkeelle, oli Thorvald N. Thiele paperilla pienimmän neliösumman menetelmä joka julkaistiin vuonna 1880. Moderni malli on Wiener-prosessi, joka on nimetty Norbert Wienerin kunniaksi. Hän kuvasi jatkuvan ajan stokastisen prosessin toimintaa. Brownin liikettä pidetään Gaussin prosessina ja Markovin prosessina, jonka polku tapahtuu jatkuvana ajanjaksona.

Koska atomien ja molekyylien liikkeet nesteessä ja kaasussa ovat satunnaisia, ajan kuluessa suuret hiukkaset jakautuvat tasaisesti väliaineeseen. Jos aineella on kaksi vierekkäistä aluetta ja alue A sisältää kaksi kertaa enemmän hiukkasia kuin alue B, todennäköisyys että hiukkanen jättää alueen A päästäkseen alueeseen B on kaksi kertaa suurempi kuin todennäköisyys, että hiukkanen poistuu alueelta B tulemaan A. diffuusiohiukkasten liikettä korkeammasta pitoisuudesta alueelta voidaan pitää makroskooppisena esimerkkinä Brownin liikkeestä.

Mikä tahansa tekijä, joka vaikuttaa hiukkasten liikkeeseen nesteessä, vaikuttaa Brownin liikkeen nopeuteen. Esimerkiksi kohonnut lämpötila, lisääntynyt hiukkasten lukumäärä, pieni hiukkaskoko ja pieni viskositeetti lisää liikkeenopeutta.

Suurin osa esimerkkejä Brownin liikkeistä on kuljetusprosesseja, joihin suuremmat virrat vaikuttavat, mutta joilla on myös pedeesi.

Esimerkkejä ovat:

• Siitepölyjyvien liike liikkumattomalla vedellä
• Pölykuvioiden liikkuminen huoneessa (tosin ilmavirrat vaikuttavat suurelta osin)
• Saasteiden leviäminen ilmassa
• Kalsiumin diffuusio luiden läpi
• Puolijohteiden sähkövarauksen "reikien" liikkeet

Brownin liikkeen määrittelemisen ja kuvaamisen alkuperäinen merkitys oli, että se tuki nykyaikaista atomiteoriaa.

Nykyään Brownin liikettä kuvaavia matemaattisia malleja käytetään matematiikassa, taloustieteessä, tekniikassa, fysiikassa, biologiassa, kemiassa ja monissa muissa tieteenaloissa.

Voi olla vaikea erottaa Brownian liikkeestä johtuvan liikkeen ja muiden vaikutusten aiheuttaman liikkeen välillä. Sisään biologiaesimerkiksi tarkkailijan on kyettävä kertomaan, liikkuuko näyte, koska se on liikkuva (kykenee liikkumaan yksinään, ehkä silikan tai silmän aiheuttama) tai koska se on Brownin alainen liikettä. Yleensä on mahdollista erottaa prosessit toisistaan, koska Brownin liike näyttää nykäisltä, satunnaiselta tai värähtelyn kaltaiselta. Todellinen liikkuvuus näkyy usein polkuna, tai muuten liike kiertyy tai kääntyy tiettyyn suuntaan. Mikrobiologiassa liikkuvuus voidaan varmistaa, jos puolikiinteään väliaineeseen siirrostettu näyte siirtyy pois pistoviivasta.

"Jean Baptiste Perrin - tosiasiat." NobelPrize.org, Nobel Media AB 2019, 6. heinäkuuta 2019.