Uvod u Brownovo kretanje

Brownovo kretanje je nasumično kretanje čestica u tekućini zbog njihovih sudara s drugim atomima ili molekulama. Brownovo kretanje je također poznato kao pedesis, što dolazi od grčke riječi za "skakanje". Iako čestica može biti velika u odnosu na veličinu atoma i molekula u okolnom mediju, može se kretati udarcem s mnogim sićušnim, brzo pokretnim masa. Brownovo kretanje može se smatrati makroskopskom (vidljivom) slikom čestice pod utjecajem mnogih mikroskopskih slučajnih efekata.

Brownovo kretanje dobilo je ime po škotskom botaniku Robertu Brownu, koji je promatrao zrnce peludi kako se nasumično kreću u vodi. Opisao je taj pokret 1827., ali ga nije mogao objasniti. Dok pedesis svoje ime nosi od Brown, on nije prva osoba koja ga je opisala. Rimski pjesnik Lucretius opisuje gibanje čestica prašine oko 60. godine prije Krista, koje je koristio kao dokaz o atomima.

Prometni fenomen ostao je neobjašnjiv do 1905. kada Albert Einstein objavio je rad u kojem je objasnio da pelud pomiču molekule vode u tekućini. Kao i kod Lukrecija, Einsteinovo je objašnjenje poslužilo kao neizravni dokaz postojanja atoma i molekula. Na prijelazu 20. stoljeća postojanje tako sićušnih jedinica materije bila je samo teorija. Godine 1908. Jean Perrin eksperimentalno je potvrdio Einsteinovu hipotezu, koja je Perrinu 1926. godine pripala Nobelovu nagradu za fiziku, "za svoj rad na diskontinuiranoj strukturi materije".

Matematički opis Brownijevog kretanja relativno je jednostavan proračun vjerojatnosti, koji je važan ne samo u fizici i kemiji, već i za opisivanje drugih statističkih pojava. Prvi koji je predložio matematički model za Brownovo kretanje bio je Thorvald N. Kradljivac u radu na metoda najmanje kvadrata koja je objavljena 1880. godine. Moderan model je postupak Wiener, nazvan u čast Norberta Wienera, koji je opisao funkciju stohastičkog procesa u kontinuitetu. Brownovo kretanje smatra se Gaussovim procesom i Markovim procesom koji se neprekidno odvija u neprekidnom vremenu.

Zbog toga što su pokreti atoma i molekula u tekućini i plinu slučajni, s vremenom će se veće čestice ravnomjerno raspršiti po mediju. Ako postoje dvije susjedne regije materije i regija A sadrži dvostruko više čestica od regije B, vjerojatnost da će čestica će napustiti područje A da uđe u regiju B dvostruko je veća od vjerojatnosti da će čestica napustiti područje B da uđe A. difuzijapomicanje čestica iz područja veće u nižu koncentraciju može se smatrati makroskopskim primjerom Brownovskog pokreta.

Svaki faktor koji utječe na kretanje čestica u tekućini utječe na brzinu Brownovog gibanja. Na primjer, povećana temperatura, povećani broj čestica, male veličine čestica i niska viskoznost povećati brzinu kretanja.

Većina primjera Brownovog kretanja su prometni procesi na koje utječu veće struje, ali također pokazuju i pijedes.

Primjeri uključuju:

• Kretanje polena zrna na mirnoj vodi
• Kretanje moljaca prašine u sobi (iako u velikoj mjeri pod utjecajem zračnih struja)
• Rasprostranjenost zagađivača u zraku
• Difuzija kalcija kroz kosti
• Kretanje "rupa" električnog naboja u poluvodičima

Početna važnost definiranja i opisivanja Brownijeva kretanja bila je u tome što je podržao modernu atomsku teoriju.

Danas se matematički modeli koji opisuju Brownovo kretanje koriste u matematici, ekonomiji, inženjerstvu, fizici, biologiji, kemiji i niz drugih disciplina.

Može biti teško razlikovati pokret zbog Brownovskog pokreta i kretanja zbog drugih učinaka. U biologijana primjer, promatrač mora biti u stanju reći da li se uzorak pomiče jer je mobilan (sposobno kretati se samostalno, možda zbog cilija ili flagela) ili zato što je podložan Brownianu pokret. Obično je moguće razlikovati procese jer se Brownovo kretanje pojavljuje drhtavo, slučajno ili poput vibracije. Prava se pokretnost često pojavljuje kao staza, ili se pak kretanje okreće u određenom smjeru. U mikrobiologiji pokretljivost se može potvrditi ako uzorak inokuliran u polukruti medij migrira daleko od ubodne linije.

"Jean Baptiste Perrin - činjenice." NobelPrize.org, Nobel Media AB 2019, 6. srpnja 2019. godine.