Brauna kustība ir daļiņu nejauša kustība šķidrumā to sadursmes ar citiem atomiem vai molekulām dēļ. Brauna kustība ir pazīstama arī kā pedeze, kas cēlies no grieķu valodas vārda "lēciens". Pat ja daļiņa var būt liela salīdzinājumā ar Atomiem un molekulām apkārtējā vidē, to trieciena dēļ var pārvietot ar daudziem sīkiem, ātri pārvietojamiem masas. Brauna kustību var uzskatīt par daļiņas makroskopisku (redzamu) attēlu, ko ietekmē daudzi mikroskopiski nejauši efekti.
Brauna kustība savu vārdu ir ieguvusi no skotu botāniķa Roberta Brauna, kurš novēroja, ka ziedputekšņu graudi nejauši pārvietojas ūdenī. Viņš aprakstīja kustību 1827. gadā, bet nespēja to izskaidrot. Kamēr pedesis savu vārdu ir saņēmis no Brauna, viņš nebija pirmais, kurš to aprakstīja. Romiešu dzejnieks Lukrecijs apraksta putekļu daļiņu kustību ap 60 BC gadu, ko viņš izmantoja kā atomu pierādījumus.
Transporta parādība palika neizskaidrojama līdz 1905. gadam, kad Alberts Einšteins publicēja darbu, kurā izskaidroja, ka ziedputekšņus pārvieto šķidrumā esošās ūdens molekulas. Tāpat kā Lucretius, Einšteina skaidrojums kalpoja kā netiešs atomu un molekulu esamības pierādījums. 20. gadsimta mijā šādu niecīgu matērijas vienību esamība bija tikai teorija. 1908. gadā Žans Perrins eksperimentāli pārbaudīja Einšteina hipotēzi, kas Perrinam nopelnīja 1926. gada Nobela prēmiju fizikā "par viņa darbu pie matērijas nepārtrauktās struktūras".
Brauna kustības matemātiskais apraksts ir salīdzinoši vienkāršs varbūtības aprēķins, kam ir nozīme ne tikai fizikā un ķīmijā, bet arī citu statistisko parādību raksturošanai. Pirmais, kurš ierosināja Brauna kustības matemātisko modeli, bija Thorvald N. Thiele rakstā par mazāko kvadrātu metode kas tika publicēts 1880. gadā. Mūsdienu modelis ir Wiener process, kas nosaukts par godu Norbert Wiener, kurš aprakstīja nepārtraukta laika stohastiska procesa funkciju. Brauna kustība tiek uzskatīta par Gausa procesu un Markova procesu ar nepārtrauktu ceļu, kas notiek nepārtrauktā laikā.
Kas ir Brauna kustība?
Tā kā atomu un molekulu kustība šķidrumā un gāzē ir nejauša, laika gaitā lielākas daļiņas vienmērīgi izkliedēsies visā barotnē. Ja ir divi blakus esošie matēriju reģioni un A apgabals satur divreiz vairāk daļiņu nekā B reģions, varbūtība, ka daļiņa atstās A reģionu, lai iekļūtu B apgabalā, ir divreiz lielāka nekā varbūtība, ka daļiņa atstās B reģionu, lai ieietu A. Difūzija, daļiņu kustība no reģiona no augstākas uz zemāku koncentrāciju, var tikt uzskatīta par Brauna kustības makroskopisko piemēru.
Jebkurš faktors, kas ietekmē daļiņu kustību šķidrumā, ietekmē Brauna kustības ātrumu. Piemēram, paaugstināta temperatūra, palielināts daļiņu skaits, mazs daļiņu lielums un mazs viskozitāte palielināt kustības ātrumu.
Brauna kustības piemēri
Lielākā daļa Brauna kustības piemēru ir transporta procesi, kurus ietekmē lielākas straumes, taču tiem ir arī pedeze.
Piemēri:
- Ziedputekšņu graudu kustība uz negāzēta ūdens
- Putekļu kustību pārvietošanās telpā (lai arī to lielā mērā ietekmē gaisa straumes)
- Piesārņotāju difūzija gaisā
- Kalcija difūzija caur kauliem
- Elektrisko lādiņu "caurumu" kustība pusvadītājos
Brauna kustības nozīme
Sākotnējais Brauna kustības definēšanas un aprakstīšanas svarīgums bija tāds, ka tā atbalstīja mūsdienu atomu teoriju.
Mūsdienās matemātiskos modeļus, kas apraksta Brauna kustību, izmanto matemātikā, ekonomikā, inženierzinātnēs, fizikā, bioloģijā, ķīmijā un daudzās citās disciplīnās.
Brauna kustība pret motilitāti
Var būt grūti atšķirt kustību Brauna kustības dēļ un kustību citu efektu dēļ. Iekšā bioloģijapiemēram, novērotājam jāspēj pateikt, vai paraugs pārvietojas, jo tas ir kustīgs (kas patstāvīgi var kustēties, iespējams, ciliaku vai flagella dēļ) vai tāpēc, ka uz to attiecas Brownian kustība. Parasti procesus var atšķirt, jo Brauna kustība šķiet saraustīta, nejauša vai līdzīga vibrācijai. Patiesa kustīgums bieži parādās kā ceļš, citādi kustība sagriežas vai pagriežas noteiktā virzienā. Mikrobioloģijā kustīgumu var apstiprināt, ja pusšķidrā barotnē inokulēts paraugs migrē prom no dūriena līnijas.
Avots
"Žans Baptiste Perrīna - fakti." NobelPrize.org, Nobel Media AB 2019, 2019. gada 6. jūlijs.