物理學家是如何證明是單個分子在不停的做不規則運動的?

時間 2021-05-29 22:19:05

1樓:青春

愛因斯坦2023年的關於布朗運動的系列文章從理論上計算了水中的花粉做布朗運動的平均速率,很快就由佩蘭的實驗得到了證實。(布朗運動是水中花粉在水分子撞擊下做的不規則運動,在顯微鏡下能觀察到這種運動這就證明了分子假設的合理性。

2樓:禁與千尋

是這樣子的,物理學家研究的是什麼?

是規律。

所謂規律簡單的說就是給你現有的已知條件,你可以計算出未來會產生的結果。

例如一顆子彈射出槍膛,你能知道它最終怎麼運動,然後會發生什麼事情。

這就叫規律,或者規則。

然後科學家發現,有些東西的運動是沒法計算的。

說人話就是,給你乙個分子現在所有的一切,讓物理學家告訴你,之後一小時它怎麼運動的,如果物理學家能說出來且和之後一小時執行狀態一樣,那麼就是是規則的,當然一小時只是舉例

如果物理學家表示做不到,這才叫不規律。

物理學並不需要去證明什麼規律不規律,他只需要證明規律,無法證明就是不規律。

3樓:invalid s

事實上,物理學家不需要證明「單個分子」不停的做不規則運動;相反,他們反而必須證明「做不規則運動的是分子團」或者「液體裡面存在的,究竟是一團一團的分子、還是乙個乙個的分子、還是一大堆的離子」。

這是因為,「粒子結合為分子」是乙個不需要任何額外假設的簡單推論;而科學追求什麼呢?就追求準確且最簡。

準確,意思就是給出的結論和實驗結果盡可能符合,符合精度越高的理論越受青睞。

最簡,意思就是推導出同樣的結論、給出同樣的精度,理論越簡潔越受青睞。

我記得我的朋友約翰·馮·諾依曼(John von Neumann)曾經說過,用四個引數我可以擬合出一頭大象,而用五個引數我可以讓它的鼻子擺動——費公尺

科學網-費公尺與大象 - 邢志忠的博文

換句話說,在物理學家的認知裡,過於複雜的理論一定是錯誤的。

以水為例。

認為水裡面只有散在的一堆水分子,這個想法是簡潔的,符合很多事實的。比如純水導電性極差——那麼,認為液態水裡面不存在水分子、而是大量游離的氫氧離子,這個想法肯定是錯的。但純水仍有一定的導電性,這也證明了其中必然存在少量游離的氫氧離子,否則水就要和油一樣,成為絕緣體了。

一旦加了鹽之後,認為水裡面仍然不存在游離氫氧離子的想法顯然就站不住腳了。因為食鹽水導電性極佳,那麼溶液肯定不可能完全由游離的氯化鈉分子和H2O分子構成,而是充滿了Na+粒子、CL-粒子。再借助電化學實驗以及其它各種實驗(比如滴定實驗),我們自然就有機會窺知水中不同粒子的濃度情況了。

類似的,我們很容易不假思索的認為,純水裡面就應該是一堆水分子散亂的跑來跑去;但借助核磁共振,科學家發現,其實水分子並不是乙個個離散的存在的,而是若干分子形成乙個「分子團」。證據是存在不同頻率的共振,根據共振頻率可以推算出分子團的大小。

這個事實還方便了某些人借助偽科學收智商稅: https://www.

事實上,只要把水加熱,分子團的大小就會迅速減小;磁化水得到的反而是更大的水分子團。

4樓:

答案是我們從來沒有直接觀察到過單個分子在巨集觀物體內部的運動模式。只不過這個模型匯出的各種巨集觀結論和實驗相符合。你可以提出另一種理論,比如分子兩兩結合在一起在不停地做不規則運動。

那你就要嘗試用這個理論驗證:理想氣體狀態方程,能均分定理,擴散公式。以及更多的我躺在床上拿著手機還沒想到的由微觀模型匯出的巨集觀結論。

你還要解釋為什麼兩兩結合,這個構形下如何區分分子間作用力和化學鍵,為什麼我們不認為這個構形是乙個大分子而是兩個分子。

5樓:理呆哥

就如同我一直強調的那樣,物理學家從來不「證明」,而是「說明」。你看物理文獻上好像把從微觀尺度到巨集觀尺度的事情講得很清楚,還煞有介事地做了一番數學推導。但裡面的因果其實並不清楚。

我們甚至不清楚到底是理論描述的「微觀」導致了這樣的巨集觀,還是因為大量的、不可洞察的微觀相互作用導致我們從巨集觀視角看到乙個「假」微觀。只能說,我們目前用到的數學模型跟已知實驗符合的很好,換個詞兒叫「長得像」。那萬一將來出來乙個實驗結果跟現有模型不吻合咋辦?

首先,我們先檢查裝置的電源插頭是不是都插好了,然後確定是不是電腦程式算錯數了,最後實在沒招了,就在模型裡加些假設、填幾項唄,美其名曰「修(湊)正(數)」。

正經一點的回答。你這個問題就是在問隨機性的根源。再細緻一點,乙個分子就能做「隨機運動」?

這個我們並不清楚,因為我們的裝置並不能完全遮蔽所有能給分子加料的光子,也就是不可能完全遮蔽「熱源」——絕對零度是達不到的。這不還有人論證嘛,絕對零度只能遮蔽經典隨機性,但遮蔽不了量子漲落,有真空漲落能讓分子在量子尺度下繼續「隨機」。但是這裡面有個問題,如果你不做觀測,乙個分子的量子演化方程是tm確定性的,毫無隨機性。

你做了觀測,這玩意才好像表現出「隨機性」。所以你不觀測就啥也不知道,一觀測就肯定蹦出隨機性。而隨機性是如何從量子確定性湧現出來的,現在並不清楚。

這裡還有個事,就是安魯效應,大概是說閔可夫斯基時空內的均加速參考係可以觀測到該時空內的真空中湧現出光子,也就是說你在宇宙裡飆車會感到真空中的熱風撲面而來(當然沒那麼誇張了)。這就很奇怪了,真空到底是咋回事,咋莫名其妙就出來光和熱了呢?我不了解相對論,就不瞎逼逼了。

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