м Рамзай, а в 1877 р бельгійські священики-єзуїти Карбонель, Дельс і Тірьон [3], і, нарешті, в 1888 р Гюї, ясно показали теплову природу броунівського руху [5].
«При великій площі, - писали Дельс і Карбонель, - удари молекул, що є причиною тиску, не викликають ніякого струсу підвішеного тіла, тому що вони в сукупності створюють рівномірний тиск на тіло у всіх напрямках. Але якщо площа недостатня, щоб компенсувати нерівномірність, потрібно врахувати нерівність тисків і їх безперервна зміна від точки до точки. Закон великих чисел не зводить тепер ефект зіткнень до середнього рівномірному тиску, їх рівнодіюча вже не буде дорівнює нулю, а буде безперервно змінювати свій напрямок і свою величину ».
Якщо прийняти це пояснення, то явище теплового руху рідин, постулируемое кінетичної теорією, можна сказати, є доведеним ad oculos (наочно). Подібно до того як можливо, не розрізняючи хвиль в морській далині, тим пояснить хитання човна на горизонті хвилями, точно так само, не бачачи руху молекул, можна судити про нього по руху зважених в рідині частинок.
Це пояснення броунівського руху має значення не тільки як підтвердження кінетичної теорії, воно тягне за собою також важливі теоретичні наслідки. За законом збереження енергії зміна швидкості зваженої частинки має супроводжуватися зміною температури в безпосередній околиці цієї частки: ця температура зростає, якщо швидкість частинки зменшується, і зменшується, якщо швидкість частинки збільшується. Таким чином, термічне рівновагу рідини являє собою статистичне рівновагу.
Ще більш істотне спостереження зробив в 1888 р Гюї: броунівський рух, строго кажучи, не підпорядковується другому початку термодинаміки. Справді, коли зважена частка спонтанно піднімається в рідині, то частина тепла навколишнього її середовища спонтанно перетворюється на механічну роботу, що забороняється другим початком термодинаміки. Спостереження, проте, показали, що підняття частинки відбувається тим рідше, чим важче частинка. Для часток матерії звичайних розмірів ця ймовірність подібного підняття практично дорівнює нулю.
Таким чином, другий закон термодинаміки стає законом ймовірності, а не законом необхідності. Раніше ніякий досвід не підтверджував цієї статистичної інтерпретації. Досить було заперечувати існування молекул, як це робила, наприклад, школа енергетиків, що процвітала під керівництвом Маха і Оствальда, щоб другий початок термодинаміки стало законом необхідності. Але після відкриття броунівського руху сувора інтерпретація другого початку ставала вже неможливою: був реальний досвід, який показував, що другий закон термодинаміки постійно порушується в природі, що вічний двигун другого роду не тільки не виключений, але постійно здійснюється прямо на наших очах.
Тому наприкінці минулого століття дослідження броунівського руху набуло величезну теоретичне значення і привернуло увагу багатьох фізиків-теоретиків, і зокрема Ейнштейна [3].
3. Теорія броунівського руху
Починаючи з найперших фізичних досліджень броунівського руху, робилися спроби визначити середню швидкість зважених часток. Однак отримані оцінки містили грубі помилки, оскільки траєкторія частки настільки складна, що її неможливо простежити: середня швидкість сильно змінюється за величиною і напрямком, не прагнучи ні до якого певної межі зі збільшенням тривалості часу спостереження. Неможливо визначити дотичну до траєкторії в якій-небудь точці, тому що траєкторія частки нагадує не гладку криву, а графік якоїсь функції, що не має похідної.
Горизонтальна проекція (у збільшеному вигляді) послідовних положень, займаних через кожні 30 сек трьома частками камеді діаметром трохи більше 1 мк. (Les Atomes - Nature, Volume 91, Issue 2280, pp. 473 (1913)).
3.1 Ейншнейн - перша теорія броунівського руху
У 1902 р після закінчення Федерального інституту в Цюріху Ейнштейн став експертом Швейцарського патентного бюро в Берні, в якому прослужив сім років. Для нього це були щасливі і продуктивні роки. Хоча платні ледве вистачало, робота в патентному бюро була особливо обтяжливою і залишала Ейнштейну достатньо сил і часу для теоретичних досліджень. Його перші роботи були присвячені силам взаємодії між молекулами і додатків статистичної термодинаміки. Одна з них - «Нове визначення розмірів молекул» [6] була прийнята в якості докторської дисертації цюріхськими університетом. У тому ж році Ейнштейн опублікував невелику серію робіт, які не тільки показали його силу як фізика-теоретика, але й змінили обличчя всієї фізики.
Одна з цих робіт була присвячена поясненню броунівського руху частинок, зважених в рідині [7]. Ейнштейн зв'язав рух частинок, бачимо під мікроскопом, із зіткненнями цих часток з молеку...
