Věda a technika v pozadí
Brownův pohyb - mikroskop
Teorie
Brown se nejprve domníval, že pohyb zrnek je způsoben jejich životem, ale pak si celý pokus zopakoval s částečkami barviva a zjistil u nich pohyb také.
Brownův pohyb je důkazem tepelného pohybu částic. Podle kinetické teorie látek se částice v látkách neustále neuspořádaně pohybují. Částice mohou vykonávat pohyb posuvný (např. v plynu), otáčivý (např. víceatomové molekuly plynu) a kmitavý (např. v pevných látkách nebo kapalinách). U tělesa, které je v klidu, nepřevládá v daném okamžiku žádný směr, ve kterém by se pohybovala většina částic. Neustálý a neuspořádaný pohyb částic v látkách se nazývá tepelný pohyb a závisí na teplotě látky. Při absolutní nule (tj. -273,16 °C) by ustal.
Částice o rozměrech řádově mikrometrů vykonávají ve vodě trhavý, naprosto nepravidelný pohyb, který je způsoben působením molekul vody. Charakter pohybu nezávisí na chemickém složení a na vnějších podmínkách. Intenzita pohybu je tím větší, čím menší jsou rozměry částic a čím větší je teplota prostředí. Směr pohybu částic se velmi rychle mění (řádově 1012krát za s). Pozorovat všechny změny pohybu samozřejmě nemůžeme, jen když jich nastane několik v jednom směru. A čím je pohyb částic způsoben? V okolí zrnka pylu je několik molekul vody. V některém okamžiku převáží nárazy z jedné strany a zrnko se posune určitým směrem. V dalším okamžiku převáží nárazy z jiné strany a zrnko se posune zase jinam.
Pohyb částice při Brownově pohybu.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
Každá ze zakreslených úseček na obrázku prezentuje přibližně 1023 nepozorovatelných posunutí jedné částice. Navíc se Brownův pohyb děje v prostoru a tento obrázek zachycuje průmět do roviny zorného pole mikroskopu. Je to jen hrubé přiblížení skutečnosti (strana čtverce má délku 3 mm).
Statistickou teorii Brownova pohybu uveřejnil v roce 1904 Marian Smoluchowski a nezávisle na něm v roce 1905 Albert Einstein. Einstein–Smoluchowského teorii experimentálně potvrdil Jean Perrin v roce 1908, za což v roce 1926 získal Nobelovu cenu za fyziku. Jeho teoretická a experimentální analýza Brownova pohybu vedla k všeobecnému uznání částicové struktury látek širokou vědeckou obcí. Byla mezníkem v nazírání na strukturu látek. Atom již nebyl pouhou hypotézou, ale stal se reálným objektem.
Albert Einstein.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Pavel Trnka. Under Creative Commons.
Je možné přijít s řadou situací analogických podmínkám Brownova pohybu. Může jít o částice v plynném prostředí (pevné nečistoty v ovzduší, drobné kapičky kapaliny rozprášené v plynu), olejové kapičky nebo vzduchové bublinky v kapalině. Příbuzný charakter má pohyb bakterií nebo nečistot v ozvduší po sliznici v nose nebo v ústní dutině. Zdánlivě vzdálenou analogií je například proces tvorby ceny akcie na burze.
