Броуновское движение

А если не устроят космические дали,
Под микроскопом посмотри.
Там все открыто без вуали,
Там клетки голые в любви! (автор)

Введение

 

Robert_Brown

Знаменитое «Броуновское движение», а это движение присутствует во всех материальных телах, в какой бы среде они не находились. Явление широко известное, но, на мой взгляд, его происхождение истолковывается неверно.

Должен начать это серьезное исследование с цитаты из БСЭ: «Правильнее брауновское движение, беспорядочное движение малых (размерами в нескольких мкм и менее) частиц, взвешенных в жидкости или газе, происходящее под действием толчков со стороны молекул окружающей среды. Открыто Р. Броуном в 1827. Видимые только под микроскопом взвешенные частицы движутся независимо друг от друга и описывают сложные зигзагообразные траектории. Б. д. не ослабевает со временем и не зависит от химических свойств среды. Интенсивность Б. д. увеличивается с ростом температуры среды и с уменьшением её вязкости и размеров частиц.

Последовательное объяснение Б. д. было дано А. Эйнштейном и М. Смолуховским в 1905-06 на основе молекулярно-кинетической теории. Согласно этой теории, молекулы жидкости или газа находятся в постоянном тепловом движении, причём импульсы различных молекул неодинаковы по величине и направлению. Если поверхность частицы, помещенной в такую среду, мала, как это имеет место для броуновской частицы, то удары, испытываемые частицей со стороны окружающих её молекул, не будут точно компенсироваться. Поэтому в результате «бомбардировки» молекулами броуновская частица приходит в беспорядочное движение, меняя величину и направление своей скорости примерно 1014 раз в сек». [1] (Конец цитаты)

Для чего я привел такую длинную цитату из энциклопедии? На то имеются несколько причин: 1) чтобы показать, как трактуется броуновское движение, 2) на каком фундаменте базируется, 3) акцентировать внимание читателя на конце цитаты, где указана очень интересная и значимая цифра (1014 раз в сек). А собственно, откуда она взялась 1014 Гц? Очевидно из практических измерений. Тогда напрашивается очередной вопрос: почему именно с такой огромной частотой вибрируют частицы и вибрируют ли они вообще?

Сразу хочу сказать, что на частоте 100 триллионов Гц ни одна механическая частица не сможет поменять «величину и направление своей скорости», это смогут сделать только молекулы.

Необходимо отметить, что броуновское движение распространяется не на пыльцу растений, а на цитоплазматические зернышки, о чем зачастую ошибочно пишут. Частицы пыльцы слишком велики чтобы подчиниться броуновскому движению, например, пыльца луговых трав переносится ветром и имеет размеры от 20 до 50 мкм, а броуновскому движению подвержены частицы не более 3-х мкм.

В настоящее время физическое понятие «броуновское движение» стало прикладным в развитии математических, экономических, финансовых, статистических, научных методов моделирования для получения положительных результатов в одноименных областях. Фрактальные методы исследования в средах, связанные с шумом и хаосом, широко применяются в моделях подобных броуновскому движению. За исследование броуновских следов (самоподобий) взялись математики. В результате появились, так называемые фрактальные сети (решетки), этот процесс получил название фрактального броуновского движения [2].

Несмотря на широкую «эксплуатацию» броуновского движения, причина физического, хаотического движения частиц остается не выявленной по сей день! Почему? (Не знаю, а виноват в этом Броун!)

Начало

 

Начнем с беллетристики.

Впервые хаотическое движение мелкодисперсных частиц пыльцы растений наблюдал английский ботаник Р. Броун в 1827 году через микроскоп. Что это был за микроскоп – две двояко выпуклые линзы! Как всегда в таких ситуациях помог случай. Однажды, работая на открытой веранде, Броун рассматривал в микроскоп пыльцу нового растения, на сей раз это была пыльца плавуна. На какое-то время ботаник отлучился, а в это время пошел дождь с порывами ветра. Броун вернулся на веранду, чтобы забрать свой драгоценный инструмент и чисто машинально, очевидно, по причине своей профессиональной привычки, глянул через линзы.

Увиденное его заинтересовало, а потом поразило. В дождевой капле частицы плауна беспорядочно и хаотично двигались во всевозможных направлениях. Первое впечатление было похоже на то, что частицы живые, а чтобы не утонуть отчаянно барахтались и возможно даже кричали: «Спасите! Тонем!» Ботаник передвинул предметное стекло, посмотрел во вторую каплю, потом всмотрелся в третью и видел ту же повторяющуюся картину – беспрестанное, беспорядочное движение.

Броун открыл шкаф, достал старый гербарий с высушенными растениями, стряхнул пыльцу и продолжил наблюдение, картина не менялась – частицы по-прежнему пребывали в движении.

Невероятно! Вечное движение!

Впоследствии Броун вспоминал:

«Проверяя формы этих частиц, погруженных в воду, я наблюдал многие из них в явном движении... Эти движения были таковы, что после многих повторных наблюдений я убедился в том, что они возникают не от потоков в жидкости и не от ее постепенного испарения, а принадлежат самим частицам» [3].

После многодневных наблюдений, испробовав плавучесть пыльцы различных растений своего гербария, Броун видел одну и ту же картину – хаотичное и бесконечное движение. Помимо пыльцы он экспериментировал с частицами размолотых минералов и всякий раз наблюдал похожую картину.

Не найдя объяснения такому странному поведению частиц, он решил поделиться своим открытием с ученым миром, чем и отметился в истории. Теперь каждый школьник знает, что в природе существует «Броуновское движение».

Для проверки «вечного двигателя» требовался один инструмент – микроскоп. Во времена Броуна микроскопы были дорогие, но как говорят, истина дороже. У кого не было данного инструмента, спешили заказать и купить. В погоне за истиной ученые мужи устремили взоры в микроскопы и увеличительные стекла. Вдоволь насмотревшись на пляшущие в бесконечном танце пылинки, они, также как Броун, понять ничего не могли и, очевидно, долго после этого мучились в догадках.

Причина хаотичного движения частиц оставалась не выявленной.

Вот здесь я должен остановиться и констатировать тот факт, что «броуновское движение» частиц до сих пор не имеет должного и корректного объяснения. В то же время, во всех учебниках по физике это явление подробно описано и изучается в школьной программе с демонстрацией опыта. Базой для объяснения служит молекулярно-кинетическая теория (МКТ).

МКТ и броуновское движение

 

Броуновское движение

Рис. 1. Броуновское движение

Для начала наведем критику на МКТ и ее трактовку броуновского движения.

Молекулярно-кинетическая теория свела доказательство хаотичного движения частиц, к следующему объяснению: «Броуновское движение – это когда взвешенные в жидкости частицы всегда находятся в состоянии непрерывного, беспорядочного движения, не зависящего от внешних причин, и оказывается проявлением внутреннего движения, совершаемого под влиянием беспорядочных ударов молекул» [3].

Я поставил под сомнение подобного рода формулировки по нескольким причинам, которые будут показаны в дальнейшем.

В свое время Д. Максвелл теоретически нашел математическое выражение закона распределения молекул газа, находящегося в равновесном состоянии, по скоростям их хаотического движения.

Функция Максвелла только указывает, но не объясняет само явление незатухающего хаотического движения.

 максвелловское распределение

n – общее число молекул в некотором объеме;

ν – скорость молекул;

Δn – число молекул, находящихся в интервале скоростей ν1 и ν2.

Δν=ν1–ν2

Затем было еще много всевозможных гипотез и предположений о странной природе поведения частиц. Приложился к этой проблеме и А. Эйнштейн (собственно ему отдают пальму первенства в правильности объяснения хаотического движения). В 1905 году он защищает докторскую диссертацию по теме: «Новое определение размеров молекул» («A new Determination of Molecular Dimensions») [3].

Броуновское движение в квадрате

 

Итак, к чему пришла наука сегодня: 1) упругое столкновение молекул создает ту картину, что увидел Броун; 2) частички плауна двигают молекулы воды – по теории Эйнштейна – Смолуховского[1]. Эта теория была создана на основе статей, написанных Эйнштейном и Смолуховским в 1905 году[2].

В основу данной теории положено то, что движение частиц, наблюдаемое под микроскопом, связано со столкновениями с невидимыми, еще более мелкими частицами – молекулами, которые и толкают частицы пыльцы во всевозможных направлениях.

«Броуновские частицы, видимые в микроскоп, бомбардируются меньшими частицами, составляющими воду. Если бомбардируемые частицы достаточно малы, то возникает броуновское движение. Оно возникает потому, что эта бомбардировка неодинакова со всех сторон и не может быть уравновешена в силу своего хаотического и случайного характера. Таким образом, наблюдаемое движение есть результат движения ненаблюдаемого» [3].

Получается некий молекулярный пушинг (приталкивание).

Ценность этих работ заключается в том, что нет сомнения в реальном существовании молекул и атомов. В начале 20-го столетия эти понятия существовали в абстрактном, гипотетическом предположении.

Спустя двадцать лет было экспериментально подтверждено существование молекул. Жан Перрен получил Нобелевскую премию по физике за тончайшие наблюдения над броуновским движением, которые подтвердили предсказание Эйнштейна о существовании молекул. Но Перрен, также как Броун, не внес ясности в понимание хаотического процесса.

Об упругости молекул и их упругом столкновении поговорим в следующей статье, а сейчас проверим МКТ на основе сравнительного анализа размеров молекул воды и частиц, которые они приводят в движение.

Молекула воды по своим размерам равна 3·10-10 м (~3 Å). Размеры частиц, которые подчиняются эффекту Броуна не более 3 мкм. Найдем отношение частицы к молекуле воды. Оно будет равно

3·10-6/3·10-10=1·104 раз.

Разница в размерах равна четырем порядкам.

Во всех учебниках и не учебниках говорится о нескомпенсированном давлении (импульсе). Именно благодаря этому одна или несколько молекул могут столкнуть частицу с места.

Принимая во внимание, что линейные размеры частицы превышают размеры молекулы воды в 10000 раз, можно сообразить, что столкнуть частицу с места не сможет ни одна сверхсильная молекула. Для нормального импульса потребуется не менее 10 тысяч молекул воды. А если перевести в массу, то это соотношение будет еще более критичным. Притом, данные молекулы должны действовать синхронно, дружно и в одном направлении, чтобы создать ту самую нескомпенсированность. В этом случае они должны обладать разумом и подчиняться команде: «Эй, ухнем!» и даже в этом случае колонии молекул требуется определенная оперативность и слаженность, т.к. после удавшегося первого толчка требовалось бы подключить другую колонию ратных молекул и остановить данную частицу, а затем по новой команде включить в работу третью команду молекул, находящихся сбоку и снова толкнуть данную частицу. И так бесконечно, чтобы придать данной частице «вечное движение». Если будем дальше продолжать в указанном русле, то потребуется дойти до университетов молекулярного обучения и молекулярных ресторанов для пополнения их энергии.

Должен заметить, что сама частица имеет инертную массу, поэтому чтобы преодолеть эту инертность требуется дополнительные силы, т.к. в действительности частица меняет свое направление практически мгновенно под разными углами, (рис. 1). Я не упоминаю в рассуждениях деятельность «командира», подающего сигналы, он должен обладать еще большим разумом. В его функции входит не только подавать команды, но и мониторить окружающее пространство, т.к. частицу необходимо отправлять по градиентному вектору наименьшего давления (сопротивления) и температуры. Почему именно туда, об этом разговор впереди.

Самое интересное в данной ситуации является то, что молекулы воды сами, прежде всего, подвержены броуновскому движению, что и подтверждает диффузия. Броуновское движение в квадрате! Для хаотического движения молекул воды требуется также некоторая сила и энергия. Об этом в рассказах про броуновское движение просто умалчивается. Видимо полагая, что не следует путать броуновское движение и тепловое движение молекул. Я осмелюсь утверждать, что движение молекул подчиняются тем же законам, что и движение броуновских частиц. Об этом будет поведано в следующих публикациях.

Молекулы воды движутся хаотично, а значит «бомбардировка» частицы будет спонтанна со всех сторон и статистически уравновешена. Уповать, что на то, что удары по той или иной части частицы будут сдвинуты по времени (нескомпенсированные удары), не может соответствовать действительности. Почему? Из-за огромного количества молекул эти удары будут приходиться с разных сторон с одинаковой силой. В результате частица не будет даже дрожать, не говоря о том, что сдвинется с места. О силе удара одной молекулы уже упоминалось выше.

Для наглядности действия броуновского движения школьникам и студентам демонстрируют его на макетах с магнитными и немагнитными частицами. В интернете есть несколько видео, где показаны модели, имитирующие броуновское движение (одно из них я поместил ниже). За счет действия переменного магнитного поля, намагниченные частички беспорядочно движутся в определенном объеме и ударяют по более крупным нейтральным частицам, тем самым создают видимость модели броуновского движения. Должен сказать, что эти модели абсолютно не корректны по трем причинам: 1) малое количество магнитных частиц, 2) сила удара масштабно не выдержана, 3) не выдержан масштаб частиц (об этом уже частично упомянул выше).

Если привести картину в соответствие по всем пунктам, то мы никакого движения частиц не увидим. Для наглядности приведем в соответствие масштаб, элементарно сравним удары молекул воды с каплями дождя, бьющими по камню. Возьмем размер капли – 5 мм (5·10-3 м). Соотношение между каплей и молекулой составляет:

5·10-3 м/3·10-10 м=1,6·107 раз.

Размер броуновской частицы 3 мкм (3·10-6 м), увеличим ее в 1,6·107 раз и получим размер камня 3·10-6·1,6·107=48 м.

Косой дождь бьет по 48-ми метровому камню. Тысяча, 10000 тысяч, миллион капель воды, ударившихся с одной стороны, что они смогут сделать с огромной каменной глыбой? Только помыть! Можно уменьшить плотность до пенопласта, поместить его в маленькое озеро и все равно любой косой дождь не сдвинет с места пенопластовую глыбу такого размера. И что это за удары молекул в действительности? Это совсем не удары и тем более не «бомбардировка», а некая флуктуация, т.к. длина свободного пробега молекул в жидкости мала – меньше диаметра самих молекул, около 10-10 м [4].

Исходя из изложенного, можно сделать предварительный вывод: молекулярно-кинетическая теория никак не объясняет броуновское движение, а только запутывает.

Не верите?

Добьем эту теорию другим инструментальным опытом. Этот опыт ставят не только ученые, но его ставят регулярно домохозяйки на своей кухне. Речь пойдет о пленке масла, которое тончайшим слоем расплывается на водной поверхности.

Вначале 20-го столетия такой опыт поставил Рэлей (Джон Вильям Стратт, 1842–1919), который использовал оливковое масло, растекавшееся на поверхности воды [5]. Благодаря этой пленке ученым удалось узнать величину самих молекул.

Сразу вопрос: почему молекулы воды толкая, ударяя, «бомбардируя» себе подобные молекулы масла не могут сделать разрыв в масляной пленке? Следуя логике объяснения МКТ, масляная пленка из-за ударов молекул воды по масляным мишеням молекул должна постоянно разрываться, но такого не происходит. Почему нефтяное пятно равномерно расплывается на обширной территории и не разрывается?

Слой масла толщиной в одну молекулу, а броуновская энергия молекул воды не может их сдвинуть и перемешать, и где тут бомбометание?

По существу молекулы в жидкости, будь то вода, масло или другие вещества, не движутся – они вибрируют на довольно высокой частоте. А уже за счет этой вибрации проникают в межмолекулярные промежутки (диффузия). Поэтому говорить о каких толчках совершенно не корректно.

Тогда, за счет какой энергии перемещаются частицы в броуновском движении? Вот и я об этом же. Собственно, вопрос упирается в источник (источники) энергии. Где он таковой находится коли наука на протяжении 192 лет, со дня открытия броуновского движения, не может его обнаружить.

На некоторое время оставим этот вопрос и попробуем обратиться к атмосфере Земли, возможно, там на него будет легче ответить.

 

Назад  Главная  Вперед

[1] Есть мнение, что теория броуновского движения была создана Николаем Николаевичем Пироговым (1843-1891). К сожалению, этот факт почти неизвестен широкой общественности в силу того, что труды Пирогова были подвергнуты плагиату со стороны Смолуховского, который для утверждения своего псевдоавторства подключил А. Эйнштейна (http://bourabai.ru/physics/principe.html).

 

[2] Анализом максвелл-больцмановского распределения и флюктуации занимался русский физик, сын известного хирурга и педагога Н. И. Пирогова, Николай Николаевич Пирогов (1843-1891). Им, в частности, была получена формула для оценки колебаний числа молекул в заданном объеме газа, позже найденная польским физиком Марианом Смолуховским (1872-1917). Смолуховскому и Альберту Эйнштейну принадлежит анализ такого классического флюктуационного явления, как броуновское движение (http://physiclib.ru/books/item/f00/s00/z0000052/st078.shtml).

8 комментариев

  1. Владислав:

    Броуновский вечный двигатель-движитель, нет проблем: htpp://uploads.ru/T9XSd.png

  2. Gennady Ershov:

    «Броуновский вечный двигатель-движитель, нет проблем: htpp://uploads.ru/T9XSd.png»
    ———————
    Ваш вечный двигатель по указанному адресу не работает!

  3. Владислав:

    А почему вы считаете то, что Броуновский двигатель указанный в той мной показанной ссылке на его изображение, не работает?! Ведь само то Броуновское движение (то которое не упорядоченное в одном его каком-либо направлении) работает!!! А то есть , традиционное Броуновское движение, хоть оно и не упорядоченно в одном и том же его направлении, оно работает, и делает это тоже инвариантно, как и этот Броуновский двигатель из ссылки, но делает это инвариантно исходя из временного фактора (вы когда нибудь играли в настольные игры, где каждый из двух играющих в неё игроков, игрок — соперник, может сделать одинаковое количество его ходов в игре, но кто-то из них, начинает это делать первый, а кто-то вторым, и тогда у этого второго, когда первый исчерпал свои уже все ходы, есть возможность сделать ещё его один последний завершающий ход в игре, так вот, при Броуновском движении, микрочастицы материи от удара в них молекул или атомов диффузируемого вещества, поступают в точности похожим их образом, на это поведение игроков в этой игре, а то есть, по причине того, что каждая из них, ударяет в Броуновские частицы не в одно и тоже её время, и происходит данная инвариантность, декомпенсация, неравнозначность воздействия их сил в каждый из каких-либо отдельных отрезков времени, которая и заставляет данные Броуновские частицы постоянно «вечно» двигаться!!! — Разве сие мною описанное, не нарушает сегодняшние научные постулаты?!! Но даже если оно их и не нарушает, то тогда их не должно нарушать, и присутствие в реальности несколько другой разновидности данной инвариантности в силах воздействия диффузирующих молекул или атомов не твёрдого вещества, на Броуновские частицы — изготовленные для этого, их определённым образом в их форме и расположении относительно друг друга!!!)

  4. Владислав:

    Кстати, вечный двигатель существует, но понять это, и дать им его открыть, святой Господь Бог наш Иисус Христос, позволит, даст, только лишь достойным людям, а не безобразным злым лицемерам!!!

  5. Владислав:

    А где мои ещё здесь опубликованные комментарии?! Я не боюсь того, что какую-либо из мной рассказанных инновационных мыслей похитят, захотев их присвоить себе, лицемерные обманщики! Потому что в будущем времени, на Земле имеют граждане портативные устройства: идеальные детерминаторы событий произошедшего прошлого времени, устроенные на нано-кибернетике, и нано-синергетике!!! Всё просто: нано-сигернетикой — производят сопоставление относительно друг друга, и законов науки, погрешностей в значениях трёх измерительных показаниях: нано-время, нано-место, нано-действие произошедшее в этом нано-времени, и нано-месте, и тем самым и находят этим при помощи высокоточных нано-вычислений, абсолютно точные, без погрешностях в них, все эти три значения измерительных показаний, нано-времени, нано-месте, и нано-действии!!! А после этого, не составляет никаких проблем, используя эти измерительные показания, при помощи них, и кибернетической нано-дедукции и детерминации событий с её помощью производимых, найти как близ расположенные относительно этого измерительного показания нано-места, места, так и от них производя же подобное, найти так же и в более далеко от них расположенных местах, последовательно те все действия, которые производились на Земле и в космосе, в прошлом времени, как бы формируя прогрессивно-ускоренно, шарообразный островок, проникающий в прошлое время, и расширяющийся при этом симметрично в пространстве как более близкого прошлого, так и более далёкого прошлого времени!!! Обо всём сием, не раз я уже рассказывал в интернете!!! Желаю вам счастья!!!

  6. Gennady Ershov:

    «А почему вы считаете то, что Броуновский двигатель указанный в той мной показанной ссылке на его изображение, не работает?!»
    ———————
    Я ответил: Ваш вечный двигатель по указанному адресу не работает! Данный ответ означает, что ссылка битая!

  7. Gennady Ershov:

    «Кстати, вечный двигатель существует, но понять это, и дать им его открыть, святой Господь Бог наш Иисус Христос, позволит, даст, только лишь достойным людям, а не безобразным злым лицемерам!!!»
    —————————-
    Причем здесь «святой Господь Бог наш Иисус Христос»? Он же не Бог, он же посредник между людьми и самим Богом!

  8. Gennady Ershov:

    «А после этого, не составляет никаких проблем, используя эти измерительные показания, при помощи них, и кибернетической нано-дедукции и детерминации событий с её помощью производимых, найти как близ расположенные относительно этого измерительного показания нано-места, места, так и от них производя же подобное, найти так же и в более далеко от них расположенных местах, последовательно те все действия, которые производились на Земле и в космосе, в прошлом времени, как бы формируя прогрессивно-ускоренно, шарообразный островок, проникающий в прошлое время, и расширяющийся при этом симметрично в пространстве как более близкого прошлого, так и более далёкого прошлого времени!!! Обо всём сием, не раз я уже рассказывал в интернете!!! Желаю вам счастья!!!»
    _____________________________
    Отвечу одним словом Эллочки Щукиной (людоедки): «ЖУТЬ!»

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.


Ваш комментарий на модерации.