Gerakan Brown

Pengarang: Leandro Alegsa

18-05-2022

Gerak Brown adalah gerakan acak partikel dalam cairan atau gas. Gerakan ini disebabkan oleh atom atau molekul yang bergerak cepat yang menabrak partikel. Gerak Brown ditemukan pada tahun 1827 oleh ahli botani Robert Brown. Pada tahun 1827, saat melihat melalui mikroskop pada partikel yang terperangkap dalam rongga di dalam butiran serbuk sari di dalam air, ia mencatat bahwa partikel-partikel tersebut bergerak melalui air; tetapi ia tidak dapat menemukan apa yang menyebabkan gerakan ini.

Atom dan molekul telah lama diteorikan sebagai bagian utama dari materi. Albert Einstein menerbitkan sebuah makalah pada tahun 1905 yang menjelaskan secara rinci bagaimana gerakan yang diamati Brown adalah hasil dari serbuk sari yang digerakkan oleh molekul air individu. Ini adalah salah satu kontribusi besar pertamanya untuk sains, dan meyakinkan banyak ilmuwan bahwa atom dan molekul itu ada, dan selanjutnya diverifikasi secara eksperimental oleh Jean Perrin pada tahun 1908. Perrin dianugerahi Hadiah Nobel Fisika pada tahun 1926 "untuk karyanya pada struktur materi yang terputus-putus". Arah gaya pengeboman atom terus berubah, dan pada waktu yang berbeda partikel dipukul lebih banyak di satu sisi daripada sisi lainnya, yang mengarah ke sifat gerakan yang tampaknya acak.

Terlalu banyak dampak molekuler yang membuat pola Brownian, sehingga tidak ada model ilmiah yang dapat menjelaskan semuanya. Itulah sebabnya mengapa hanya model probabilistik dari populasi molekuler yang dapat digunakan untuk menggambarkannya. Dua model mekanika statistik seperti itu, yang dibuat oleh Einstein dan Smoluchowski disajikan di bawah ini. Jenis model probabilistik murni lainnya adalah model proses stokastik. Ada proses stokastik yang lebih sederhana dan lebih rumit yang secara ekstrim ("dibawa ke batas") dapat menggambarkan Gerak Brown (lihat random walk dan teorema Donsker).

Albert Einstein dan Norbert Wiener juga mempelajari Gerakan Brown, dengan ketepatan matematis yang lebih tinggi.

Sejarah

Puisi ilmiah Romawi Lucretius "On the Nature of Things" (c. 60 SM) memiliki deskripsi tentang gerakan Brown dari partikel debu dalam ayat 113-140 dari Buku II. Dia menggunakan ini untuk membantu orang mengetahui dengan pasti keberadaan atom:

"Amati apa yang terjadi ketika sinar matahari dibiarkan masuk ke dalam sebuah bangunan dan cahaya bangunan kecil di tempat-tempat yang teduh. Anda akan melihat sejumlah partikel-partikel kecil yang bergerak dalam sejumlah cara..."

Sementara Jan Ingenhousz menggambarkan gerakan aneh partikel debu batu bara di atas alkohol pada tahun 1785, penemuan ini sering diberikan kepada ahli botani Robert Brown pada tahun 1827. Brown sedang mempelajari butiran serbuk sari dari tanaman Clarkia pulchella yang tersuspensi dalam air di bawah mikroskop ketika ia mengamati partikel-partikel kecil, yang dikeluarkan oleh butiran serbuk sari, yang melakukan gerakan gelisah. Dengan mengulangi percobaan dengan partikel materi anorganik, dia dapat mengesampingkan bahwa gerakan itu terkait dengan kehidupan, meskipun asalnya belum diketahui.

Orang pertama yang menjelaskan matematika di balik gerakan Brown adalah Thorvald N. Thiele dalam sebuah makalah tentang metode kuadrat terkecil yang diterbitkan pada tahun 1880. Hal ini diikuti oleh Louis Bachelier pada tahun 1900 dalam tesis PhD-nya "The Theory of Speculation", di mana ia mempresentasikan analisis pasar saham dan opsi. Model gerak Brownian dari pasar saham sering digunakan, tetapi Benoit Mandelbrot menyangkal penerapannya pada pergerakan harga saham.

Albert Einstein (dalam salah satu makalahnya tahun 1905) dan Marian Smoluchowski (1906) membawa solusi masalah ini ke perhatian fisikawan, dan menyajikannya sebagai cara untuk secara tidak langsung mengkonfirmasi keberadaan atom dan molekul. Persamaan mereka yang menggambarkan gerakan Brownian diperiksa oleh karya eksperimental Jean Baptiste Perrin pada tahun 1908.

Dari buku Jean Baptiste Perrin, Les Atomes, ditampilkan tiga jejak gerakan partikel garis 0,53 µm, seperti yang terlihat di bawah mikroskop. Posisi berturut-turut setiap 30 detik digabungkan dengan garis lurus (ukuran jala adalah 3,2 µm).

Pertanyaan dan Jawaban

T: Apa yang dimaksud dengan gerak Brown?

J: Gerak Brown adalah gerakan acak partikel dalam cairan atau gas yang disebabkan oleh atom atau molekul yang bergerak cepat yang menabrak partikel.

T: Siapa yang menemukan Gerak Brown?

J: Gerak Brown ditemukan pada tahun 1827 oleh ahli botani Robert Brown.

T: Bagaimana Albert Einstein berkontribusi untuk memahami Gerak Brown?

J: Pada tahun 1905, Albert Einstein menerbitkan sebuah makalah yang menjelaskan bagaimana gerakan yang diamati oleh Robert Brown disebabkan oleh molekul air individu yang menabrak partikel. Ini membantu meyakinkan banyak ilmuwan bahwa atom dan molekul itu ada.

T: Siapa yang memverifikasi teori Einstein secara eksperimental?

J: Jean Perrin memverifikasi teori Einstein secara eksperimental pada tahun 1908 dan dianugerahi Hadiah Nobel Fisika untuk karyanya tentang struktur materi.

T: Bagaimana pola acak ini terjadi?

J: Arah gaya dari pengeboman atom terus berubah, yang menyebabkan sisi-sisi partikel yang berbeda terkena pada waktu yang berbeda dan menyebabkan pola gerakan yang tampaknya acak.

T: Model seperti apa yang digunakan untuk menggambarkannya? J: Model probabilistik populasi molekul seperti yang dibuat oleh Einstein dan Smoluchowski, serta model proses stokastik digunakan untuk menggambarkannya.

T: Siapa lagi yang mempelajari Gerakan Brown dengan ketepatan matematis yang lebih besar? J: Norbert Wiener juga mempelajari Gerakan Brown dengan presisi matematis yang lebih besar.