Miscarea browniana

Agitaţia termică, numită şi mişcare browniană (după botanistul Robert Brown, care a descoperit-o) este o mişcare spontană, complet haotică şi dependentă de temperatura mediului, a unor particule aflate într-o suspensie coloidală sau dispersie gazoasă. Robert Brown a observat fenomenul în anul 1827, când a încercat să studieze particule de polen în câmp microscopic.

Primul care a dezvoltat o teorie a mişcării browniene, confirmată apoi experimental, a fost Albert Einstein, care în 11 mai 1905 a publicat în revista Annalen der Physik articolul „Despre mişcarea particulelor mici suspendate în lichide staţionare, conform cerinţelor teoriei cinetico-moleculare a căldurii”

El a stabilit legea care îi poartă numele şi care arată că media pătratelor deplasărilor (sau proiecţiilor sale) particulelor browniene variază direct proporţional cu timpul în care se fac deplasările, temperatura rămânând constantă.

Descoperirea mişcării brownieneBotanistul englez Robert Brown în anul 1827, preocupat cu studiul microscopic al

polenului diverselor plante, a preparat o suspensie coloidală din polen în apă. Metoda suspensiei era folosită pentru a separa particulele de polen exterm de fine în vederea studierii la microscop a unei singure particule. Brown a observat în câmpul microscopic că polenul din suspensie manifestă o mişcare complet dezordonată şi continuă. El a crezut că mişcările se datorează agitării preparatului în timpul procesului de amestecare a polenului în apă; lăsând suspensia în stare de repaus timp de mai multe luni se aştepta ca gradul de agitaţie a polenului să scadă sau să înceteze. Spre surprinderea lui, intensitatea agitaţiei particulelor n-a scăzut şi nu prezenta nicio modificare a particularităţilor sale. La început aceste mişcări erau considerate o formă de manifestare a vieţii, dar în scurt timp s-a descoperit că fenomenul observat de către Brown se manifestă şi în cazul suspensiilor de mici particule anorganice. Mai mult, s-a arătat că intensitatea mişcărilor complet dezordonate ale particulelor creşte odată cu temperatura şi scade odată cu creşterea masei particulelor din suspensie. Ulterior s-a descoperit că fenomenul este prezent şi în cazul unor particule solide, extrem de fine, dispersate într-un mediu gazos (în aer, de exemplu) Fenomenul pus în evidenţă de Brown a fost denumit mişcare browniană şi se poate defini în felul următor:Enunţ:

Se numeşte mişcare browniană, mişcarea continuă, complet dezordonată, dependentă de temperatură, a unor particule solide aflate în suspensie într-un fluid.

Există o limită superioară a masei particulelor peste care fenomenul mişcării browniene devine insesizabilă. Aceasta depinde atât de temperatură cât şi de natura fizică a fluidului în care sunt dispersate particulele. Particulele la care se poate pune în evidenţă existenţa mişcării browniene poartă numele de particule Brown.

Pornind de la descrierea mişcãrii browniene se observã cã sistemele guvernate de procese haotice nu trec niciodatã de douã ori prin aceeaşi stare; comportamentul ulterior nu poate fi anticipat niciodatã Termenul de mişcare browniană (în onoarea botanistului Robert Brown) se referă la fenomenul fizic prin care particule suspendate într-un fluid se mişcă aleatoriu. Se poate observa o asemãnare între traiectoria unei particule aflatã într-o mişcare brownianã şi schiţele proiectelor deconstructiviste. Aşa cum haosul mişcãrii browniene nu este cu adevãrat haos, ci

doar supersensibilitate la condiţiile iniţiale, nici liniile generatoare ale acestui tip de arhitecturã nu sînt arbitrare, ci depind de cauze greu observabile. “Haosul nu mai este gîndit ca o pierdere de informaţie, ci devine el însuşi o sursã de cunoaştere.” 

Constatarea lui Brown a stârnit la început mult interes şi s-a încercat să se interpreteze, să se explice. Fenomenul era în contradicţie cu următorul raţionament care părea sigur atunci: particula solidă aflată în fluid la echilibru termic este ciocnită din toate părţile de moleculele fluidului, şi cum mişcarea acestora este perfect dezordonată, impulsurile comunicate particulei trebuie să se compenseze reciproc, deci particula trebuie să se afle în repaus. În continuare    s-au făcut numeroase încercări pentru a descoperi cauza mişcării browniene. Soluţia coloidală s-a ţinut în condiţii exterioare fixe un timp îndelungat, săptămâni şi chiar luni de zile. Acum echilibru termic este stabilit, însă se constată că micşorarea browniană continuă la fel de intensă ca la început. Dar o dată atins echilibrul termic, nu există oare curenţi în fluid datorită trepidaţiilor sau altor cauze care să provoace mişcarea browniană? Cu toate acesta s-a constatat că mişcarea browniană continuă la fel de intens dacă temperatura a rămas constantă.           

Dezvoltarea teoriei cinetico-moleculare a permis explicarea acestei mişcări. Atunci când particulele solide aflate în suspensie într-un fluid sunt foarte mici, impulsurile comunicate lor de către moleculele fluidului nu se mai compensează reciproc. Particulele solide se vor mişca în fiecare moment după direcţia rezultantei forţelor care apar în urma ciocnirilor. Pentru o temperatură dată şi un solvent dat, mişcarea browniană nu se mai observă atunci când dimensiunile particulelor depăşesc anumite valori, deoarece în aceste cazuri, când masele particulelor sunt relativ mari, impulsurile comunicate lor se compensează reciproc şi mişcarea browniană încetează. Mişcarea browniană este una dintre cele mai convingătoare confirmări ale concepţiei cinetico-moleculare despre natura fenomenelor termice.

Mişcarea browniană şi viaţa cotidiană Viaţa oamenilor este plină de incertitudini, la fel ca şi multe fenomene din natură. Nimeni nu poate prevedea cu precizie ce se va întâmpla în următoarea secundă, următorul minut etc. În loc să acceptăm că viitorul este întotdeauna nesigur, au fost formulate mereu multe modele şi algoritmi pentru previziunea unor acţiuni care implică elemente nesigure. Unul dintre ele este modelul Brownian. Defapt toti oamenii pot fi comparati cu niste molecule care se misca dezordonat şi continuu.