보이는 분자들
우리는 액체속의 (눈에 보이지 않는) 분자의 운동을 나타낼 수 있을까? 액체는 너무나 혼잡스러워서 어떤 분자도 직선으로 운동할 수 없다. 그것은 계속해서 이웃들과 충돌하고 다른 방향들로 되튈 것이다. 어떤 한 순간에 분자의 속도와 방향이 주어지더라도 너무나 많은 충돌의 마구잡이 효과가 있기 때문에, 분자는 마구잡이 효과에 의해서 추진되는 이리저리 뛰는 ‘마구걷기’ (random walk) 를 할 것이다.
아인슈타인은 이 분자의 마구 걷기 운동을 수학적으로 구성해 보았다. 만약, 액체 분자보다 훨씬 더 큰, 커다란 입자 (예를들면 꽃가루)를 액체 분자들이 마구잡이로 액체 속에 넣으면 이 커다란 꽃가루는 어떻게 움직일까? 답은, 액체분자들과 마찬가지로, 그 꽃가루는 ‘마구걷기’를 할 것이라 아인슈타인은 생각했다.
아인슈타인은 그 입자의 운동이, 주변 분자들의 에너지에 달렸다고 지적했다. 그는 물체의 평균 에너지는 그 온도에 의해서 주어진다는 것을 알고 있었다. 온도를 알면 에너지를 알 수 있고 운동을 나타낼 수 있다. 그리고 볼츠만의 통계학을 이용해서 꽃가루 입자의 운동에 대한 수식을 만들어냈다.
아인슈타인의 이론은 액체가 눈에 보이지 않는 분자의 바다로 구성되었다면, 그것에 잠겨 있는 눈에 보이는 커다란 입자 (꽃가루)는 마구 걷기(브라운 운동)를 해야만 한다는 것을 보여주었다. 그 주장을 뒤돌아보면 물질의 원자적 본질에 대한 실험적 증거를 가지게 된다. 브라운 운동의 관찰은 액체 물질이 실제로 수십억 개의 작은 입자로 만들어졌다는 것을 내포했다. 눈에 보이지 않는 원자에 대한 직접적 증거가 절대 발견되지 않을 것이라고 말했던 볼츠만의 비방자들은 틀렸다. 중간세계 꽃가루의 춤인 브라운 운동이 바로 그 증거였다.
http://www.seehint.com/word.asp?no=12884
https://m.post.naver.com/viewer/postView.nhn?volumeNo=13643130&memberNo=5565159
좋은 글 감사요