透視布朗運動－藍色情懷

透視布朗運動

作者╱蔡宙 ( Charles Q. Choi )
譯者╱宋宜真

Going through the Brownian Motions
By Charles Q. Choi

布朗運動

布朗運動是指在液體或氣體中，懸浮粒子因為分子的隨機運動而受到碰撞，進行的不規則運動。例如煙的粒子在空氣中受到空氣分子隨機碰撞，便會產生這種無規則的運動。

Robert Brown（1773-1858）

愛因斯坦除了提出相對論外，也解釋過布朗運動。他認為，這種液體中微小懸浮粒子的運動，是由於周圍液體分子不規則的碰撞所致。但理論物理學家認為，或許布朗運動並非如愛因斯坦所言，是那麼完全的不規則。現在實驗物理學家也證實了這項說法。

粒子的立體空間進行布朗運動的示意圖。

In addition to relativity, Albert Einstein explained Brownian motion, the dance of minute particles when suspended in fluids, by showing that impacts with surrounding molecules could create this random jittering. Theorists have argued that Brownian motion may not be completely random, as Einstein predicted, and now experimentalists have confirmed it.

花粉具備足夠大小，幾乎無法觀測到布朗運動。

他們在水中，以雷射在微秒的時間尺度和奈米的空間尺度下，追蹤了微米大小的塑膠和玻璃顆粒。他們的結果證實，將標準理論做些修改，就能夠描述布朗運動：液體的慣性能夠讓懸浮粒子的運動軌跡，比原先所預期的結果更為精確。美國德州大學奧斯丁分校的生物物理學家佛羅林（Ernst-Ludwig Florin）說，這項發現對於活細胞動力學和奈米尺度的結構組織，都能夠提供基礎上的理解。詳情請見2005年10月11日的《物理評論通訊》。

花粉粒之布朗運動

They tracked micron-size plastic and glass spheres in water with lasers at microsecond intervals and nanometer-length scales. Their results validate a corrected form of the standard theory describing Brownian motion, wherein the inertia of the fluid makes the trajectories of the particles more predictable for much longer than previously expected. The findings, published October 11 online by Physical Review Letters, are fundamental to understanding the dynamics of a living cell and building structures at the nanoscale, says biophysicist Ernst-Ludwig Florin of the University of Texas at Austin.

【布朗馬達】

布朗棘輪

布朗馬達的運作方式是由熱分子不規則運動時撞擊葉片，給予葉片動能，雖然熱分子運動是不規則的，且對各方向的平均動能而言為零，理論上無法驅動葉片轉動，但經過機構的設計，例如棘輪，控制葉片只有逆時針方向的轉動，當熱分子以順時針方向撞擊時，由於棘輪的關係將無法推動葉片；反之，若以逆時針方向撞擊葉片，則葉片將被驅動。

【布朗運動的意義】

儘管布朗運動本身並不是分子的運動，但由於它的形成原因是由於分子的撞擊所致，所以它能反映分子的運動特徵，這就是布朗運動的意義所在。具體地講：

（1）布朗運動的永不停息，說明分子的運動是永不停息的。

（2）布朗運動路線的無規則，說明分子的運動是無規則的。

（3）溫度越高，布朗運動越劇烈，說明分子的規則運動的劇烈程度也與溫度有關。在宏觀上與溫度有關的現象稱為熱現象。

布朗運動和種種特徵充分地表明：分子作永不停息的無規則的運動——熱運動。