ブラウン運動


 空気は,いくつかの種類の動きまわる粒子からできていて,粒子と粒子との間は真空になっているという考え方 は,今から200年ほど前にヨーロッパの科学者たちが主張しはじめました.しかし,その考え方が正しいと広く認められるようになるまでは,100年間ほどの間,討論が続きました.
 例えば,エストニア出身のオストワルトやオーストリアのマッハという科学者は,空気が目で見えない粒子でできているという考え方に反対しました.オストワルトやマッハは,目では見えない粒子など存在するかどうか分からないので,これをもとにして科学を作ることはまちがっているにと考えたのでした.これに対して,ドイツのボルツマンという科学者は,気体が粒子でできているということを強く支持しました.ボルツマンは,気体を作っている小さな粒子はものすごいスピードで動いていて,1つぶ1つぶのスピードや動くむきはまちまちですが,平均するとある値をとることで,気体の温度や圧力といった性質が説明できることを示しました.また,ボルツマンと,これに反対しているオストワルドたちとはげしい論争になり,ボルツマンは疲れて,最後は自殺してしまったのです.
 ところで,空気が粒子でできていると主張され始めたころ,花粉を研究していたイギリスのプラウンという植物学者が,水の中で花粉のふくろがやぶれて出てきた小さな粒が生き物のように動きまわることに気づきました.この小さな粒は生き物から出てきたので,小さな生き物と考えることもできました.しかし,ブラウンは,生き物から出たものでない小さな粒でも,花粉のふくろから出たものと同じように動き回ることから,これは生き物とは関係がないと考えました.また,水の中だけでなく,空気の中に浮かんでいるものでも,この運動はおこりました.この運動は,発見者にちなんでブラウン運動と呼ばれるようになりました.しかし,なぜブラウン運動がおこるのか,という仕組みについては誰も説明をすることができませんでした.
 ボルツマンが自殺する前の年の1905年,その原因についての糸口を見つけたのは,スイスの特許局で働いていた無名の科学者アインシュタインでした.アインシュタインは,物質を作る粒子がでたらめに衝突することで小さな粒が運動することを,数式を使ってあらわす方法を考え出しました.アインシュタインは,「この数式の正しさを誰か証明してくれることを望む」と書いて,この数式を公表しました.証明を行ったのは,フランスのペランという科学者でした.ペランは花粉からでた小さな粒のかわりに,樹脂でできた同じ半径の小さな粒を人工的にたくさん作りました.水の中での小さな粒の沈み方や動き方を顕微鏡で精密に測ったところ,その様子は,アインシュタインが計算したとおりになっていたのです.このことで,物質が目に見えない小さな粒子でできていることが証明されたました.物質が粒子でできているということをがんこに否定し続けたオストワルトも,最後には,自分のまちがいを認めざるをえませんでした.この功績で,ペランは1926年にノーベル賞を受賞しました.

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