ブラウン運動は、他の原子または分子との衝突による流体内の粒子のランダムな動きです。ブラウン運動は、ペデシス とも呼ばれます。 、「跳躍」を意味するギリシャ語に由来します。粒子は、周囲の媒体の原子や分子のサイズに比べて大きい場合がありますが、多くの小さく高速で移動する質量との衝突によって移動する可能性があります。ブラウン運動は、多くの微視的なランダム効果の影響を受けた粒子の巨視的な (目に見える) 画像と見なすことができます。
ブラウン運動の名前は、スコットランドの植物学者ロバート・ブラウンが花粉粒が水中でランダムに動くことを観察したことに由来します。彼は 1827 年に動議について説明しましたが、説明できませんでした。ペデシスはブラウンにちなんで名付けられましたが、それを説明したのは彼が最初ではありませんでした。ローマの詩人ルクレティウスは、紀元前 60 年頃の塵の粒子の動きを記述し、原子の証拠として使用しました。
輸送現象は、アルバート アインシュタインが花粉が液体中の水分子によって移動していることを説明する論文を発表した 1905 年まで説明されませんでした。ルクレティウスと同様に、アインシュタインの説明は、原子と分子の存在の間接的な証拠として役立ちました。 20 世紀の変わり目には、このような小さな物質の存在は理論に過ぎませんでした。 1908 年、ジャン ペランはアインシュタインの仮説を実験的に検証し、ペリンは「物質の不連続構造に関する研究により」1926 年のノーベル物理学賞を受賞しました。
ブラウン運動の数学的記述は比較的単純な確率計算であり、物理学や化学だけでなく、他の統計現象を記述するためにも重要です。ブラウン運動の数学モデルを最初に提案した人物は、1880 年に発行された最小二乗法に関する論文で、Thorvald N. Thiele でした。現代のモデルは Wiener プロセスであり、次の関数を記述した Norbert Wiener にちなんで名付けられました。連続時間の確率過程。ブラウン運動は、ガウス過程とマルコフ過程と見なされ、連続パスが連続時間にわたって発生します。
ブラウン運動とは?
液体や気体中の原子や分子の動きはランダムであるため、時間の経過とともに大きな粒子が媒質全体に均一に分散します。物質の 2 つの隣接領域があり、領域 A に領域 B の 2 倍の粒子が含まれている場合、粒子が領域 A を離れて領域 B に入る確率は、粒子が領域 B を出て A に入る確率の 2 倍になります。濃度の高い領域から低い領域への粒子の移動である拡散は、ブラウン運動の巨視的な例と考えることができます。
流体内の粒子の動きに影響を与える要因は、ブラウン運動の速度に影響を与えます。たとえば、温度の上昇、粒子数の増加、粒子サイズの小ささ、および粘度の低下は、運動速度を増加させます。
ブラウン運動の例
ブラウン運動のほとんどの例は、より大きな電流の影響を受ける輸送プロセスですが、ペデシスも示します。
例:
- 静水上での花粉の動き
- 室内のホコリの動き (気流の影響を大きく受けますが)
- 空気中の汚染物質の拡散
- 骨を通じたカルシウムの拡散
- 半導体における電荷の「穴」の動き
ブラウン運動の重要性
ブラウン運動の定義と記述の最初の重要性は、それが現代の原子論をサポートすることでした。
今日、ブラウン運動を記述する数学的モデルは、数学、経済学、工学、物理学、生物学、化学、およびその他の多くの分野で使用されています。
ブラウン運動と運動性
ブラウン運動による運動と他の効果による運動を区別するのは難しい場合があります。たとえば、生物学では、観察者は、標本が運動性があるため (おそらく繊毛やべん毛のためにそれ自体で動くことができる)、またはブラウン運動の影響を受けているため、標本が動いているかどうかを判断できる必要があります。通常、ブラウン運動はぎくしゃく、ランダム、または振動のように見えるため、プロセスを区別することは可能です。真の運動性は多くの場合、パスとして表示されます。そうでない場合、モーションは特定の方向にねじれたり回転したりします。微生物学では、半固体培地に接種されたサンプルが刺し線から離れて移動する場合、運動性を確認できます。
ソース
"Jean Baptiste Perrin — Facts." NobelPrize.org、ノーベル メディア AB 2019、2019 年 7 月 6 日。
