Per la scoperta della legge dell'effetto

fotoelettrico…….e sapete per quale altra scoperta

scientifica dobbiamo ringraziare il signor Einstein???

MA COS’È IL MOTO

BROWNIANO ?????

Agli inizi del 1900, non solo fisici, ma anche biologi, luminari del bisturi e filosofi (tra i quali Ernst Mach, fisico, filosofo e neuroscienziato austriaco) non credevano all'esistenza degli atomi. Solo nel 1955 fu possibile “vedere”, gli atomi grazie al microscopio ionico ad emissione di campo ideato da Erwin W. Mueller dell'università di Pennsylvania.

…diede un importante contributo alla

dimostrazione dell'esistenza degli atomi

11827, il botanico scozzese Robert Brown aveva compiuto alcune straordinarie osservazioni,

servendosi di un comune microscopio, riguardo al comportamento dei granelli di polline immersi in

acqua. Scoprì che essi si muovevano in modo costante, casuale e turbolento e,

soprattutto, senza alcuna relazione con correnti presenti nell'acqua.

Robert Brown

che le particelle rappresentavano una nuova specie di stato della materia.

Definendola "molecola attiva" e giunse a pensare che le "molecole attive" fossero animate.

Brown estendendo i suoi esperimenti gettò in acqua anche sostanze non vegetali: catrame, manganese, nichel, arsenico ecc...

Rilevò "molecole attive" in gran quantità!le particelle di qualsiasi sostanza in sospensione

dell'acqua eseguono movimenti costanti, casuali e turbolenti.

Tuttavia, con Brown, non si giunse ad una spiegazione teorica

soddisfacente del fenomeno.

Ma il fenomeno del moto browniano non passò nel dimenticatoio.

Finalmente, nel 1863, fu ipotizzato che il moto descritto da Brown fosse dovuto al bombardamento irregolare delle particelle da parte delle molecole d'acqua circostanti.

Oggetti di dimensione più grande non ne risentirebbero. Noi stessi, immersi nel liquido, non avvertiamo altro che la pressione dell'acqua, certo non avvertiamo alcun bombardamento molecolare. Ma le particelle di materia sì.

Per i fisici del tempo, il moto casuale, turbolento e costante era dunque una

dimostrazione del fatto che l'acqua e la materia in generale hanno una struttura

granulare.

I movimenti irregolari di un granello di polline sulla superficie dell’acqua osservati con un intervallo di 30 secondi.

Queste osservazioni consentirono a Robert Brown di scoprire nel 1827 i moti browniani

si trova davanti un quadro contraddittorio composto dagli studi di Brown e dalle teorie di Maxwell e Boltzmann. Queste, ancora incerte,

si possono così riassumere :

44) nei gas le molecole sono più libere, possono oscillare su basi più ampie ed anche diffondersi.

1) ogni corpo è costituito da molecole; esse non sono ferme, ma oscillano continuamente.

22) la velocità media delle molecole dipende dalla temperatura del corpo; se un corpo viene riscaldato assume energia e aumenta la velocità delle sue molecole. Se un corpo viene raffreddato, cede energia all'ambiente e il moto molecolare rallenta.

3) nei solidi e nei liquidi le molecole sono più legate tra loro, oscillano minor ampiezza e non si spostano sensibilmente

Contemporaneamente ad Einstein (e da quest’ultimo completamente

ignorato) un altro fisico, l’americano Gibbs, stava formulando delle ipotesi al riguardo, affascinato in particolare

dalla termodinamica, ma…

Willard Gibbs

…Einstein nel 1905 lo anticipò pubblicando un articolo intitolato “Sul movimento di piccole particelle sospese in un liquido stazionario secondo la teoria cinetica molecolare del calore” che testimoniava il suo interesse per trovare prove dell’esistenza stessa delle molecole!

dimostrare che moti di tipo browniano esistevano, in natura, come

conseguenze della teoria cinetica e che essi si offrivano come referenti

per misurazioni di laboratorio capaci di offrire informazioni fondamentali sulla

dimensione degli atomi.

1.Perché il polline immerso 1.Perché il polline immerso nell'acqua si nell'acqua si

muove in modo costante, muove in modo costante, turbolento e casuale? turbolento e casuale?

A queste domande, che tanto assillavano Brown, finalmente fu Einstein a trovare le risposte…

Einstein pensò che, visto che una Einstein pensò che, visto che una particella immersa in un liquido particella immersa in un liquido urta circa 10 ²¹ volte al secondo urta circa 10 ²¹ volte al secondo

contro le molecole del fluido, fosse contro le molecole del fluido, fosse assolutamente impensabile assolutamente impensabile

poterne prevedere la traiettoria al poterne prevedere la traiettoria al dettaglio. dettaglio.

La sua idea fu quella di studiare come evolve nel tempo la distanza media della particella dal proprio punto di partenza.

Detta R questa grandezza, Einstein dimostrò tale relazione:

R ²=2DTR ²=2DT

Dove T è l’intervallo di tempo trascorso e D è una costante, detta coefficiente di

diffusione, che indica quanto rapidamente la particella si diffonde

(cioè si allontana dal punto di partenza)

Il modello proposto da Einstein fu verificato sperimentalmente dal

fisico francese Baptiste Perrin e dai suoi collaboratori. Essi misurarono più volte l’allontanamento di una

particella sospesa in aria, dimostrando che le grandezze R e T sono legate dalla relazione proposta

da Einstein.

Jean Baptiste Perrin

A ormai più di cento anni dall’articolo di Einstein, gli scienziati non hanno smesso di interessarsi ad

esso, dal momento che tutte le particelle sono ad esso soggette. Uno studio, pubblicato sulla rivista

“New Journal of Physics” (nel 2005), tramite l’utilizzo delle “pinze ottiche” ha svelato nuove

curiosità. Le pinze ottiche sfruttano un fascio laser focalizzato per intrappolare e studiare oggetti microscopici, come le singole bio-molecole che alimentano le cellule dei muscoli e spingono in avanti gli spermatozoi, e quelle che leggono il

codice genetico. Il dispositivo può essere perturbato, tuttavia, da un lieve effetto nel moto Browniano chiamato "effetto di back-flow", nel quale il movimento di una particella disturba

l'acqua che a sua volta ne modifica il moto. Cento anni fa, Einstein trascurò questo piccolo effetto.

Per chi finora non si fosse ancora convinto dell’importanza della teoria di Einstein sul

moto browniano ricordiamo che gli studiosi si concentrano sul suo studio per portare ad

uno sviluppo sempre migliore delle nanotecnologie, per esempio trovando una

tecnica che consenta di trasformare e di dirigere il moto disordinato di nanoparticelle (e quindi progettare nuovi tipi di navette o di trasportatori per portare medicinali e farmaci

direttamente a cellule specifiche, o per sostituire parti di grandezza molecolare

all’interno di apparecchi elettronici).

… per non parlare poi delle applicazioni alla dinamica della materia oscura che pare si sposti attraverso lo spazio come le particelle di un gas; alcuni ricercatori sono, infatti, stati in grado di predire ogni mossa della loro materia oscura simulata al computer grazie a un’equazione sviluppata da Einstein per descrivere…indovinate un po’,il moto browniano dei gas!