软物质

布朗运动

/ BROW-nee-an MOH-shun /

看一粒尘埃在阳光束里浮动,或者显微镜下一颗花粉微粒。它从不肯安生;它抽搐、急窜、漫无目的地游荡,像一支永不停歇的乱舞,仿佛它是活的。可它根本不是活的——它正被某种看不见的东西踢来踢去,而这种不安分的抖动,就是布朗运动。

布朗运动指的是悬浮在流体中的微小颗粒那种不停歇的随机移动,它由流体中数不清的分子从四面八方撞向这颗颗粒所引起。这些分子小得根本看不见,却带着热的能量飞快地乱窜,在任何一瞬间,碰巧撞在颗粒某一侧的分子,总会比另一侧稍多一些。这点不平衡便给了颗粒轻轻一推;过了零点几秒,一份新的不平衡又把它朝另一个方向推去。结果就是一条抖动着、无法预测、永不安定的轨迹。

布朗运动在历史上之所以重要,是因为它曾是物质由原子和分子构成、且这些粒子永远在运动的那个一锤定音的、看得见的证据——你简直就是隔着放大镜在亲眼观看分子的热运动。一个常见的误解是,以为这颗颗粒是在自己动,或是在随某股水流走。其实它完全是被动的:每一记随机的踢推,都来自流体自身分子那看不见的撞击。

1905年,爱因斯坦算出了这种抖动的数学,精确预言了一颗悬浮颗粒随时间应当漂移多远。实验与他的预言相符,平息了一场延续数百年的争论,也说服了最后的怀疑者:原子是真实存在的。

爱因斯坦1905年对布朗运动的分析,把抖动的微粒变成了原子存在的证据。

这颗颗粒并不会沿直线漂走——平均而言它哪儿也没去;可它偏离的距离会随时间稳步增大,这正是真正的随机游走(而非定向运动)的标志。

又称
Brownian movement布朗运动