ถ้าคุณผสมหมึกหรือทาสีในน้ำ แล้วมองดูน้ำนี้ภายใต้กล้องจุลทรรศน์ คุณจะเห็นการเคลื่อนไหวอย่างรวดเร็วของเขม่าหรือสีที่เล็กที่สุดในทิศทางต่างๆ อะไรกระตุ้นการเคลื่อนไหวเช่นนี้
ใครค้นพบและเมื่อไหร่
ในปี พ.ศ. 2370 นักชีววิทยาชาวอังกฤษ โรเบิร์ต บราวน์ ได้สังเกตหยดน้ำผ่านกล้องจุลทรรศน์ ซึ่งบังเอิญได้รับละอองเกสรจำนวนเล็กน้อย เขาเห็นว่าละอองเรณูที่เล็กที่สุดกำลังเต้นรำ เคลื่อนไหวอย่างวุ่นวายในของเหลว ดังนั้นการเคลื่อนที่ของบราวเนียนที่ตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์คนนี้จึงถูกค้นพบ - การเคลื่อนที่ของอนุภาคที่เล็กที่สุดที่ละลายในของเหลวหรือก๊าซ หลังจากสังเกตละอองเกสรประเภทต่างๆ ในชุดสะสมของเขา นักชีววิทยาก็ละลายแร่ธาตุที่เป็นผงลงในน้ำ
ด้วยเหตุนี้ บราวน์จึงเชื่อมั่นว่าการเคลื่อนไหวที่วุ่นวายดังกล่าวไม่ได้เกิดจากตัวของเหลวเอง และไม่ได้เกิดจากอิทธิพลภายนอกที่มีต่อของเหลว แต่เกิดจากการเคลื่อนที่ภายในของอนุภาคที่เล็กที่สุดโดยตรง อนุภาคนี้ เมื่อเปรียบเทียบกับการเคลื่อนไหวที่สังเกตได้ เรียกว่า "อนุภาคสีน้ำตาล"
การพัฒนาทฤษฎี ผู้ติดตาม
ต่อมา การค้นพบของบราวน์ได้รับการยืนยัน ขยายและระบุ โดยอิงตามทฤษฎีจลนพลศาสตร์ระดับโมเลกุล โดย A. Einstein และ M. Smoluchowski และนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Perrin อีก 20 ปีต่อมา ต้องขอบคุณการปรับปรุงกล้องจุลทรรศน์ในกระบวนการศึกษาการเคลื่อนที่แบบสุ่มของอนุภาคบราวเนียน ได้ยืนยันการมีอยู่ของโมเลกุลอย่างเหมาะสม การสังเกตการเคลื่อนที่แบบบราวเนียนทำให้เพอร์รินคำนวณจำนวนโมเลกุลใน 1 โมลของก๊าซใดๆ และได้สูตรความกดอากาศ
การค้นพบการเคลื่อนที่ของอนุภาคบราวเนียนทำหน้าที่เป็นเครื่องพิสูจน์การมีอยู่ของอนุภาคที่มีขนาดเล็กกว่ามาก ซึ่งไม่สามารถมองเห็นได้ในกล้องจุลทรรศน์ - โมเลกุลของของเหลวและสารอื่นๆ เป็นโมเลกุลที่อนุภาคละอองเกสร เขม่า หรือสีเคลื่อนที่ด้วยการเคลื่อนไหวอย่างต่อเนื่อง
ความหมายและขนาด
หากคุณดูเศษซากที่ลอยอยู่ในน้ำผ่านกล้องจุลทรรศน์ คุณจะสังเกตเห็นว่าเมล็ดพืชที่มีขนาดต่างกันจะมีพฤติกรรมแตกต่างกัน อนุภาคที่ค่อนข้างใหญ่ซึ่งประสบกับแรงกระแทกจากทุกด้านเท่ากันในช่วงระยะเวลาหนึ่งจะไม่เริ่มเคลื่อนไหว และอนุภาคขนาดเล็กในช่วงเวลาเดียวกันจะได้รับแรงกระแทกข้างเดียวที่ไม่มีการชดเชย ผลักไปด้านข้างแล้วเคลื่อนที่
อนุภาคบราวเนียนที่สัมผัสกับโมเลกุลมีขนาดเท่าไหร่? ได้รับการพิสูจน์โดยประจักษ์แล้วว่าละอองเรณูของไซโตพลาสซึมมีขนาดไม่เกิน 3 ไมโครเมตร (µm) หรือ 10-6 เมตร หรือ 10-3มิลลิเมตร. อนุภาคขนาดใหญ่จะไม่มีส่วนร่วมในการเคลื่อนไหวอย่างต่อเนื่องที่ค้นพบโดยบราวน์
งั้นเรามาตอบคำถามว่า "อนุภาคบราวเนียนคืออะไร" เหล่านี้เป็นเม็ดที่เล็กที่สุดของสารที่มีขนาดไม่เกิน 3 ไมครอนซึ่งถูกระงับในของเหลวหรือก๊าซทำให้การเคลื่อนไหวที่วุ่นวายอย่างต่อเนื่องภายใต้อิทธิพลของโมเลกุลของตัวกลางที่พวกมันตั้งอยู่
ทฤษฎีจลนพลของโมเลกุล
บราวนี่เคลื่อนไหวไม่หยุด ไม่ช้าลงตามเวลา สิ่งนี้อธิบายแนวคิดของทฤษฎีจลนพลศาสตร์ระดับโมเลกุล ซึ่งบอกว่าโมเลกุลของสารใดๆ อยู่ในการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนคงที่ เมื่ออุณหภูมิของตัวกลางเพิ่มขึ้น ความเร็วของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลก็เพิ่มขึ้น ดังนั้นอนุภาคบราวเนียนซึ่งอยู่ภายใต้ผลกระทบของโมเลกุลก็จะเร่งความเร็วเช่นกัน
นอกจากอุณหภูมิของสสารแล้ว ความเร็วของการเคลื่อนที่แบบบราวเนียนยังขึ้นอยู่กับความหนืดของตัวกลางและขนาดของอนุภาคแขวนลอยด้วย การเคลื่อนที่จะถึงความเร็วสูงสุดเมื่ออุณหภูมิของสารที่อยู่รอบ ๆ อนุภาคสูง ตัวสารเองจะไม่หนืด และอนุภาคฝุ่นจะเล็กที่สุด
โมเลกุลของสารที่มีอนุภาคขนาดเล็กที่สุด เกิดการชนกันแบบสุ่ม ใช้แรงผลลัพธ์ (ทำให้เกิดการผลัก) ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในทิศทางของการเคลื่อนที่ของละอองเกสร แต่ความผันผวนดังกล่าวมีระยะเวลาสั้นมากและเกือบจะในทันทีที่ทิศทางของแรงที่ใช้เปลี่ยนแปลง ซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในทิศทางของการเคลื่อนไหว
ตัวอย่างที่ง่ายที่สุดและชัดเจนที่สุดที่ช่วยให้คุณเข้าใจว่าอนุภาคบราวเนียนคืออะไรคือการเคลื่อนที่ของอนุภาคฝุ่น ซึ่งมองเห็นได้ในแสงตะวันเฉียง ใน 99-55 ปี BC อี กวีชาวโรมันโบราณ Lucretius อธิบายสาเหตุของการเคลื่อนไหวที่ไม่แน่นอนในบทกวีปรัชญา "On the Nature of Things" อย่างแม่นยำ
ดูนี่สิ เมื่อไหร่ก็ตามที่แสงแดดส่องผ่าน
เข้าไปในที่อาศัยของเราและความมืดมิดตัดผ่านด้วยรังสีของมัน
ร่างเล็กๆ มากมายในความว่างเปล่า คุณจะเห็นริบหรี่
พุ่งกลับไปกลับมาในแสงที่ส่องประกายระยิบระยับ
เข้าใจไหมจากนี้อย่างไม่รู้จักเหน็ดเหนื่อย
จุดเริ่มต้นของสรรพสิ่งในความว่างเปล่าอันกว้างใหญ่นั้นกระสับกระส่าย
เรื่องดีๆช่วยให้เข้าใจ
สิ่งเล็กๆ กำหนดเส้นทางสำหรับความเข้าใจ
นอกจากนั้นต้องใส่ใจ
ความปั่นป่วนในร่างที่ส่องแสงระยิบระยับท่ามกลางแสงแดด
คุณรู้อะไรจากมันสำคัญและเคลื่อนไหว
เกิดอะไรขึ้นในนั้นแอบซ่อนไม่ให้เห็น
คุณจะเห็นว่าฝุ่นละอองเปลี่ยนไปมากแค่ไหน
ทางจากความสะเทือนที่ซ่อนเร้นแล้วบินกลับมาอีกครั้ง
วิ่งกลับไปกลับมาทุกทิศทาง
นานก่อนการถือกำเนิดของเทคโนโลยีการขยายภาพสมัยใหม่ Lucretius สังเกตความคล้ายคลึงของการเคลื่อนไหวที่เห็นโดย Brown ได้ข้อสรุปว่าอนุภาคที่เล็กที่สุดของสสารนั้นมีอยู่จริง บราวน์ยืนยันเรื่องนี้ด้วยการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่ง
