Группе ученых из Германии и Швейцарии при помощи проведенных экспериментов, удалось установить, что броуновское движение частицы в вязкой среде характеризуется как процесс у которого есть память.
Стоит напомнить, что броуновским движением называется хаотическое движение маленьких частиц, которое определяется влиянием молекул окружающей среды, а именно жидкости или газа. Причиной этому явлению выступают флуктуации давления. Молекулы, находящиеся вокруг, совершают движение, носящее тепловой характер, в результате чего скорость частицы очень быстро начинает меняться по величине и направлению. Всем известную теорию данного процесса, в свое время сформулировал Эйнштейн и польский физик Смлоуховский. Именно эти ученые впервые показали, что среднее значение квадрата смещения броуновской частицы состоит в прямой зависимости от времени и температуры и в то же время пребывает в обратной зависимости от вязкости среды, размера частицы и постоянной Авогадро.
Одним из наиболее подходящих способов проверки формулы смог бы стать расчет постоянной Авогадро исходя из результатов наблюдения за движениями частицы. Именно это и осуществил лауреат Нобелевской премии Жан Батист Перрен, который в начале ХХ века доказал, что Эйнштейн и Смолуховский - не ошиблись в своих расчетах.
Спустя некоторое время было установлено, что традиционная теория дает объективные результаты в подавляющем большинстве важных случаев. Но тут стоит заметить, что данная теория является лишь приближенной, поскольку тепловая сила, которая оказывает влияние на маленькую частицу, в ней считается стохастической и характеризуется белым шумовым спектром. В результате сближения плотности среды и частиц, данное условие не выполняется. Причиной этого является броуновское движение частицы, и смещение других составных среды начинают существенно влиять друг на друга. Точно такой же эффект можно наблюдать на примере пловца. Пловец в результате резкой остановки начинает чувствовать, как движущаяся жидкость будет подталкивать его вперед. У процесса такого движения, по утверждениям ученых, появляется своего рода память, а тепловая сила, в свою очередь, вместо белого спектра, уже характеризуется окрашенным.
Измерить шумовой спектр и зафиксировать его отличие от белого, даже не смотря на то, что все поправки на "память" уже давно теоретически просчитаны, до недавнего времени не мог сделать никто. Физикам удалось решить эту проблему путем рассматривания сферы из меламина диаметром от 1 до 1,5 мкм., которая удерживается при помощи оптического пинцета - пучком лазерного излучения на алюмоиттриевом гранате. Кроме того, следует также уточнить, что алюмоиттриевый гранат был легированным неодимом, в растворе ацетона. В результате таких действий показатели преломления меламина и ацетона, имели существенные различия между собой. Такие большие различия позволяли увеличить эффектность захвата частицы, а это, уже позволило наблюдать за ее движением при помощи оптического микроскопа.
Вышеупомянутая установка в некотором роде напоминает коммерческие системы, которые часто используются биофизиками для в ходе процесса изучения структуры и принципа работы белковых систем. Но в данном случае, конструкция установки, была подвергнута серьезной оптимизации, главной целью которой было увеличение временного и пространственного разрешения.
Подготовлено по материалам Physicsworld.com
Комментарии: (0)