ブラウン運動

ブラウン運動とは、液体や気体中の粒子のランダムな運動のことである。この運動は、高速で動く原子や分子が粒子に当たることによって引き起こされます。ブラウン運動は、植物学者ロバートブラウンによって1827年に発見されました。1827年、水中の花粉粒の中の空洞に閉じ込められた粒子を顕微鏡で見ていた彼は、粒子が水の中を移動していることに気づきましたが、何がこの運動を引き起こしているのかを見つけることはできませんでした。

原子と分子は長い間、物質の主要な部分として理論化されていた。アルバート・アインシュタインは1905年に論文を発表し、ブラウンが観察していた動きが、個々の水分子によって移動されている花粉の結果であることを正確に詳細に説明した。これは、科学への彼の最初の大きな貢献の一つであり、多くの科学者は、原子や分子が存在することを確信した、それはさらに実験的に1908年にジャンペランによって検証されました。ペランは1926年に「物質の不連続構造に関する彼の研究に対して」ノーベル物理学賞を受賞しました。原子爆弾の力の方向は常に変化しており、異なるタイミングで粒子は片方の面よりももう片方の面に多く当たっているため、一見ランダムな動きをしているように見えます。

ブラウニアンパターンを作るには分子の影響が多すぎるので、科学的なモデルではその全てを説明できないのです。そのため、分子集団の確率論的なモデルを用いて記述するしかありません。アインシュタインとスモルチコフスキによって作られた統計力学の2つのモデルを以下に紹介します。もう一つの純粋な確率論的モデルは確率過程モデルである。確率過程モデルには単純なものと複雑なものがあり、極端に言えば（「極限まで」）ブラウン運動（ランダムウォークやドンスカーの定理を参照）を記述することができます。

アルバート・アインシュタインやノルベルト・ウィーナーも、より数学的に正確なブラウン運動を研究していました。

歴史

ローマのルクレティウスの科学的な詩「物の性質について」（紀元前60年頃）には、第二書の113-140節に塵埃粒子のブラウン運動の記述がある。彼はこれを利用して、人々が原子の存在を確実に知ることができるようにしている。

"太陽光を建物に入れて、その影のある場所に小さな建物の光が当たるとどうなるか観察してみてください。あなたは、量の小さな粒子が量の方法で移動しているのを見るでしょう... "

ヤンIngenhouszは1785年にアルコールの上に石炭の粉塵の粒子の奇妙な動きを記述したが、これの発見は1827年に植物学者ロバート・ブラウンに与えられることが多い。ブラウンは、水中に懸濁させた植物クラークアプルシェラの花粉粒を顕微鏡で観察していたところ、花粉粒から放出された微粒子がジリジリとした動きをしているのを発見したのです。無機物の粒子を用いて実験を繰り返すことで、その起源は明らかにされていないが、この運動が生命に関連したものであることを断定することができた。

ブラウン運動の背後にある数学を最初に説明したのは、1880年に発表された最小二乗法に関する論文の中のThorvald N. Thieleでした。これに続いて、1900年にルイ・バチェリエが博士論文「投機の理論」で、株式市場とオプション市場の分析を発表しました。株式市場のブラウン運動モデルがよく使われていますが、ブノワ・マンデルブロは株価の動きへの適用性を否定しています。

アルベルト・アインシュタイン(1905年の論文の1つで)とマリアン・スモルチコフスキー(1906年)は、物理学者の注目を集め、間接的に原子と分子の存在を確認する方法として、この問題の解決策を提示しました。ブラウン運動を記述する彼らの方程式は、1908年のJean Baptiste Perrinの実験によって確認された。

Jean Baptiste Perrin の著書 Les Atomes から、顕微鏡下で見た 0.53 µm の線の粒子の動きの 3 つのトレースが表示されています。30秒ごとの連続した位置が直線で結ばれています（メッシュサイズは3.2μm）。

質問と回答

Q:ブラウン運動とは何ですか?

Q:誰がブラウン運動を発見したのですか?

Q:アルバート・アインシュタインは、ブラウン運動の理解にどのように貢献したのでしょうか?

Q:アインシュタインの理論を実験的に検証したのは誰ですか?

Q:このランダムなパターンはどのようにして起こるのですか?

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