Из книги Ж. Перрена "Атомы"

Броуновское движение. Движение молекул ускользает от нашего непосредственного восприятия, как легкая зыбь на поверхности моря для наблюдателя, находящегося на очень далеком расстоянии. Однако, если в поле зрения того же наблюдателя видна лодка, то наблюдатель заметит, что она покачивается; это дает ему указание на то, что на море есть легкое волнение, которого он и не подозревал. Нельзя ли надеяться что какие-нибудь маленькие частички внутри жидкости доступные наблюдению в микроскоп, будут настолько малы, что мы подметим их движение, приобретаемое вследствие подталкивания, их ударами молекул?
Эти соображения привели к открытию замечательного явления, наблюдаемого под микроскопом, которое позволило нам очень глубоко заглянуть в свойства жидкого состояния.
Наблюдая жидкость как обычно, мы видим, что все части жидкости находятся в состоянии равновесия. Если в жидкость поместить предмет, имеющий большую плотность чем она, то этот предмет в ней тонет; если предмет шарообразен то он в жидкости опускается строго вертикально, и мы знаем что, опустившись на дно сосуда, он там и лежит, не обнаруживая никакого стремления подняться сам собой.
К. этим представлениям мы вполне привыкли, и, тем не менее, они, правильны до тех пор, пока мы встречаемся с размерами, к которым наши органы также привыкли. Но довольно взглянуть в микроскоп на маленькие частички, "взвешенные" в воде, и окажется, что они вовсе не падают вертикально, а движутся весьма оживленно и совершенно беспорядочно. Такая частичка идет то туда, то сюда, вертится, поднимается кверху, опускается, снова идет кверху, нисколько не стремясь к покою. Это и есть броуновское движение, называемое так в честь английского ботаника Броуна, который первый подметил такое движение в 1827 г. ...
... Особенно странная и непривычная черта явления - броуновское движение никогда не останавливается. Внутри закрытой со всех сторон кюветы (во избежание испарения) его можно наблюдать днями, месяцами, годами. Оно обнаруживается в жидких включениях, встречающихся в кварце, которым тысячи лет. Оно вечно и самопроизвольно...
Здесь мы сталкиваемся с существенным свойством того, что называют средой в состоянии равновесия: кажущийся покой есть только иллюзия, зависящая от несовершенства наших чувств,. а на самом деле существует определенный установившийся режим быстрых и беспорядочных движений.
Вот к какому заключению приводит нас молекулярная гипотеза, и как будто бы именно броуновское движение дает ей то окончательное подтверждение, которого мы ожидали. Всякая частичка материи, помещенная в жидкость, получает толчки от ее молекул, непрерывно ударяющихся о частичку;эти толчки, вообще говоря, взаимно не уравновешиваются вполне, поэтому частичка и должна неправильно двигатьсято туда, то сюда.
... Но нельзя ли... предположить, что нет никакого предела приложимости этих законов в отношении величины того комплекса атомов, который мы исследуем?
Нельзя ли предположить, что частицы, уже доступные зрению, все еще следуют этим законам; так что частичка, находящаяся в броуновском движении, может быть предметом таких же расчетов, как и молекула газа, например, в отношениидействия ударов на стенку, останавливающую ее? Одним словом, нельзя ли приложить газовые законы к эмульсиям, состоящим из видимых уже зернышек? В этом направлении я искал какого-нибудь решающего опыта ..., который мог бы дать прочную экспериментальную базу либо для нападок на кинетическую теорию, либо для ее защиты до конца. Вот один из опытов.
Способ наблюдения эмульсии. При изучении эмульсии оказывается нужным делать измерения в пределах высоты не нескольких сантиметров и даже не нескольких миллиметров, а мерить слои высотой в несколько десятых миллиметра. Я изучал таким образом эмульсию под микроскопом. Капелька эмульсии помещается в плоскуюкюветку (кюветка Цейсй глубиной 0,1 мм); при опыте она накрывается покровным стеклышком, края которого покрыты парафином, что позволяет заклеить кюветку и тем избежать испарения. Тогда возможны два расположения опыта (рис. 1).
Препарат может быть помещен вертикально, а микроскоп горизонтально; тогда сразу видно распределение эмульсии по высоте. Таким способом я наблюдал эмульсию много раз, но измерений не делал. Рисунок 2 представляет фотографию, сделанную в моей лаборатории... при таком расположении...
Препарат может быть расположен и горизонтально, а микроскоп вертикально. Объектив, употребляющийся в этом случае, должен быть большого увеличения, с малой глубиной поля зрения, и тогда в данный момент можно наблюдать зернышки в очень тонком слое, толщина которого - порядка микрона (1 мкм). Если микроскоп поднимается или опускается, то видны зернышки уже другого слоя.
Так или иначе, всегда можно констатировать, что распределение зерен, сначала как будто однородное (что происходит вследствие встряхивания препарата при его установке), перестает быть таковым, что нижние слои делаются все богаче и богаче зернышками, но это обогащение постепенно замедляется, и, наконец, устанавливается стационарный режим, при котором концентрация убывает с высотой. Рисунок 3 составлен из пяти отдельных снимков, снятых на равноотстоящих уровнях эмульсии и сложенных затем соответственным образом. Аналогия рисунков 2 и 3 с рисунком 4, показывающим распределение молекул газа, очевидна...
Закон убывания концентрации. Я исследовал, является ли это распределение зернышек таковым, как в нашей атмосфере, находящейся под действием силы тяжести, т. е. сопровождается ли поднятие на одну и ту же высоту одним и тем же разрежением, иначе, убывают ли концентрации в геометрической прогрессии.
Я проделал очень тщательно целую серию наблюдений с зернышками гуммигута, имевшими радиус 0,212 микрона... Отсчеты делались в кюветке, глубиной 100 мк, в четырех горизонтальных плоскостях, равно отстоящих друг от друга и пересекающих кюветку на уровнях:

5 мк, 35 мк, 65 мк, 95 мк.

Такие отсчеты, произведенные на указанных уровнях, позволили пересчитать в общей сложности 13000 зернышек; концентрация их оказалась пропорциональной числам:

100, 47, 22, 6, 12,

приблизительно равных числам:

100, 48, 23, 11, 1,

которые составляют геометрическую прогрессию. ...
Можно было бы провести наблюдение и над другими сериями. Во всех случаях закон разрежения, оправдывается со всей строгостью. Но даст ли он нам для молекулярных размеров те числа, которых мы ожидаем?

...Решающий опыт. Представим себе, например, зернышки такого рода, что достаточно было бы повышения на 6 мк, чтобы концентрация сделалась вдвое слабее. Для того чтобы добиться такого же разрежения в воздухе, как мы видели, нужно было бы подняться кверху

Теги: