布朗是怎样发现布朗运动的?

Question

布朗是怎样发现布朗运动的?

Answer 1

“布朗运动”是一种很有名的自然现象,它向人们展示了分子世界的面貌,布朗运动的发现者罗伯特·布朗在肉眼可以观察得到的现象与肉眼看不见的分子世界之间架起了一座桥梁,为证明分子的存在提供了确凿的证据.
1773年12月21日,布朗（Robert Brown）出生于苏格兰的蒙特罗斯,曾在爱丁堡大学学习医学,其后应征在海军服役.1795年获该校医学博士学位.由于他对植物学很感兴趣,受到了著名植物学家班克斯的赏识,在1801—1805年间,布朗随班克斯赴澳大利亚探险,在当地采集到四千多种植物标本.回国以后,布朗负责管理这些标本,进行植物分类学的研究.
1827年,当布朗五十三岁的时候,他已经是很有名的植物学家了,而且担任了大英博物馆植物部的负责人.当时他正在探讨花粉在植物受精过程中的功能,他从成熟的花粉囊中采集了花粉粒,并把它们浸泡在水中,然后放在显微镜下观察.那个时候的显微镜当然比现代的显微镜要差得多,当时布朗所用的显微镜的放大倍数只有三百倍左右.他在显微镜下观察到,在花粉分裂出来的微粒中,有些是圆筒形的,他继续观察这些微粒,以为这样就可以了解到花粉在受精过程中的作用.正当他细心地观察和耐心地等待时,意外地发现这些微粒全都在作颤抖似的运动.这一现象使布朗迷惑不解,到底是由于水在流动而引起了这些微粒的运动?还是因为微粒本身就会产生运动?
为了揭开这一自然界的奥秘,布朗将已经熟透的花粉囊中的花粉粒取出,把它们浸泡在水中.这一次发现的现象更为奇怪,他先前在显微镜下观察到的那种圆筒形的微粒为数不多,大量存在的都是更小的球形微粒,它们的运动比圆筒形的微粒更为剧烈.
这个意外的发现,使布朗暂时把对花粉在授精作用中的功能的研究放下来,专心致志地观察这些微粒的运动.他取来了各种植物的花粉,把它们浸泡在水里,它们的微粒的大小和形状虽然有些不同,但是却存在着一种共同的特性, 就是所有的微粒都在剧烈地运动.
布朗进一步推想,也许这种微粒运动不仅仅限于花粉.于是他把苔类的叶子弄碎,也浸泡在水中,同样能够观察到运动着的微粒.他把可以取得的有机物（例如动物、植物、树脂、树胶）都作为观察的对象,甚至连煤、灰尘和化石也不放过.结果是毫无例外地都发现微粒在运动.
布朗还考虑到：“在有机物中,毫无疑义地存在着这种微粒,但是它们是否存在于无机物中呢?”他把玻璃片粉碎,还取来了各种岩石（如钟乳石、熔岩、沸石、花岗岩、火山灰）和矿石（如锰、铋、锑、砷、钨的矿石）,还有石棉、石墨等,将它们研成细粉,悬浮在水中.观察的结果都证实了有机物和无机物中所含有的,用显微镜才能够看得见的微粒无不都在水中生气勃勃地乱动着.就这样,布朗发现了这一自然现象——“布朗运动”.
后来,布朗想通过进一步的研究,了解和阐明微粒发生运动的原因.但是,终究因为受到当时科学水平的限制,未能弄清问题的本质.布朗于1858年6月10日在伦敦逝世,享年84岁.
1905年,杰出的物理学家爱因斯坦提出了微粒运动理论,阐明了布朗运动是由分子运动所引起的,爱因斯坦的理论又为佩兰法的实验所证实.佩兰还利用这一理论测定了阿佛加德罗常数.