Πώς εξήγησε ο Αϊνστάιν η Brownian Motion χρησιμοποιώντας τη θεωρία των κινούμενων σωματιδίων;
1. Το πρόβλημα:
* Η κίνηση Brownian είναι η τυχαία, ακανόνιστη κίνηση μικροσκοπικών σωματιδίων που αιωρούνται σε ένα υγρό (όπως οι κόκκοι γύρης στο νερό).
* Οι επιστήμονες τότε δεν μπορούσαν να εξηγήσουν αυτή τη φαινομενικά διαρκή κίνηση. Ορισμένες θεωρίες που πρότειναν ότι οφειλόταν σε ρεύματα στο υγρό, αλλά αυτό δεν αντιπροσώπευε πλήρως τις παρατηρήσεις.
2. Η υπόθεση του Αϊνστάιν:
* Η τυχαία κίνηση των σωματιδίων προκαλείται από συγκρούσεις με μεμονωμένα μόρια του υγρού.
* Πρότεινε ότι παρόλο που τα μόρια είναι πολύ μικρά για να δουν, η συνεχής κίνηση τους δημιουργεί έναν «βομβαρδισμό» μικροσκοπικών δυνάμεων στα μεγαλύτερα σωματίδια, προκαλώντας τους να τσιμπήσουν τυχαία.
3. Μαθηματική περιγραφή:
* Οι μαθηματικές εξισώσεις που προέρχονται από το Αϊνστάιν για να περιγράψουν την κίνηση των σωματιδίων με βάση αυτή την ιδέα. Υπολόγισε τα εξής:
* Η μέση μετατόπιση ενός σωματιδίου με την πάροδο του χρόνου.
* Ο συντελεστής διάχυσης, ο οποίος σχετίζεται με το πόσο γρήγορα τα σωματίδια εξαπλώνονται.
4. Πειραματική επαλήθευση:
* Αυτές οι εξισώσεις παρείχαν προβλέψεις που θα μπορούσαν να δοκιμαστούν πειραματικά. Το 1908, ο Jean Perrin διεξήγαγε πειράματα που επιβεβαίωσαν τις προβλέψεις του Αϊνστάιν, παρέχοντας ισχυρές ενδείξεις για την πραγματικότητα των ατόμων και των μορίων.
5. Βασικά σημεία:
* τυχαία: Ο Αϊνστάιν δεν εξήγησε μόνο την πρόταση, αλλά και την τυχαία της. Αυτό είναι απαραίτητο επειδή αντικατοπτρίζει την τυχαία φύση της μοριακής κίνησης.
* Ποσοτική: Το έργο του παρείχε ποσοτικές προβλέψεις που θα μπορούσαν να δοκιμαστούν, καθιστώντας την πιο αυστηρή εξήγηση από τις προηγούμενες προσπάθειες.
* Impact: Η εξήγηση του Αϊνστάιν για την Brownian Motion ήταν ένα σημαντικό θρίαμβο για την ατομική θεωρία και έθεσε τα θεμέλια για την ανάπτυξη στατιστικών μηχανικών.
Στην ουσία, ο Αϊνστάιν γεφυρώνει το χάσμα μεταξύ του μακροσκοπικού κόσμου που μπορούμε να δούμε και στον μικροσκοπικό κόσμο των ατόμων και των μορίων, αποδεικνύοντας ότι ακόμη και τα μικρότερα σωματίδια έχουν σημαντική επίδραση στον κόσμο μας.
