Brownsche Bewegung

Was ist die brownsche Bewegung?

Hast du schon einmal von der brownschen Bewegung gehört? Manchmal wird dafür auch der Begriff brownsche Molekularbewegung genutzt. Aber was versteht man unter der brownschen Bewegung?

Es handelt sich dabei um die zufällige, mikroskopische Bewegung kleiner Teilchen in Flüssigkeiten oder Gasen. Wie sie entdeckt wurde und wie sie zustande kommt, wollen wir uns im Folgenden anschauen. Wir werden auch herausfinden, warum die Entdeckung dieses Phänomens so bedeutend war.

Brownsche Bewegung – Entdeckung

Im Jahr 1827 untersuchte der Botaniker Robert Brown Pollen in einem Wassertropfen unter dem Mikroskop. Er beobachtete, dass sich die Pollen wie von selbst bewegten, und zwar in zufälliger Weise. Er nahm zunächst an, dass die Bewegung von den Pollen selbst ausging, sie also lebendig seien. Als er dieselbe Bewegung später an Rußpartikeln beobachtete, wurde ihm allerdings klar, dass dies nicht sein konnte. Es musste sich folglich um ein anderes Phänomen handeln, das nicht mit den Teilchen selbst, sondern mit der sie umgebenden Flüssigkeit zu tun hatte.

Nach Brown führten viele andere Forscherinnen und Forscher Experimente zu diesem Phänomen durch. Sie stellten fest, dass die mittlerweile nach Brown benannte brownsche Bewegung bei allen in Gas oder Luft befindlichen Teilchen auftritt, die klein genug sind. Die Bewegung der Teilchen ist dabei zufällig – sie ändern also ständig ihre Richtung und bewegen sich im Zickzack.

Eine solche Bewegung nennt man auch einen Random Walk (zu Deutsch: Zufallsweg).

Wie kommt die brownsche Bewegung zustande?

Nachdem die Beobachtungen Robert Browns mehrmals bestätigt worden waren, entwickelten Forscherinnen und Forscher die Theorie, dass die Bewegung der mikroskopisch kleinen Teilchen durch die Bewegung und Stöße noch kleinerer Teilchen hervorgerufen würde. Diese Erkenntnis macht die Entdeckung der brownschen Bewegung so bedeutend: Die brownsche Bewegung zählt zu den ersten Nachweisen für die Existenz von Atomen und Molekülen und für die Theorie der Wärmebewegung. Eine erste theoretische und quantitative Beschreibung der brownschen Bewegung, die später von anderen Forscherinnen und Forschern erweitert wurde, veröffentlichte Albert Einstein im Jahr 1905. Quantitativ bedeutet, dass man mit dieser Theorie bereits gewisse Parameter der brownschen Bewegung berechnen konnte.

Wir können uns die brownsche Bewegung vereinfacht folgendermaßen vorstellen:

Ein mikroskopisch kleiner Körper, wie zum Beispiel ein Staubkorn, befindet sich in einem Wassertropfen. Der Wassertropfen besteht aus vielen kleinen Wasserteilchen, die sich die ganze Zeit über bewegen, zusammenstoßen und die Richtung ändern. Die Wasserteilchen stoßen aber nicht nur miteinander, sondern auch gegen das Staubkorn. Da die Wasserteilchen viel kleiner und leichter sind als das Staubkorn, passiert bei einem einzelnen Stoß nichts. Manchmal stoßen aber zufällig mehrere Wasserteilchen gleichzeitig gegen das Staubkorn – dann bewegt es sich in die Richtung, in die es gestoßen wurde.

Da diese zufälligen Mehrfachstöße immer wieder passieren, bewegt sich das Staubkorn zufällig und vollführt einen Random Walk. Einstein fand auch heraus, dass die brownsche Bewegung von der Temperatur abhängt – sie ist größer, je höher die Temperatur ist. Auch das passt sehr gut zur Theorie der Wärmebewegung, also der Idee, dass sich Teilchen bei höheren Temperaturen stärker bewegen – die Flüssigkeit oder das Gas hat dann eine höhere innere Energie.

Ihr könnt die brownsche Bewegung auch selbst im Experiment beobachten, allerdings braucht ihr dazu ein gutes Mikroskop. Wenn ihr zum Beispiel in der Schule ein gutes Mikroskop habt, könnt ihr damit die sich zufällig bewegenden Fetttröpfchen in verdünnter Milch beobachten.

Brownsche Bewegung – Zusammenfassung

Wir wollen die wichtigsten Punkte zur brownschen Bewegung noch einmal zusammenfassen:

• Die brownsche Bewegung wurde von Robert Brown im Jahr 1827 entdeckt.
• Bei der brownschen Bewegung handelt es sich um die zufällige, ruckartige Bewegung mikroskopisch kleiner Partikel in einem Gas oder einer Flüssigkeit.
• Sie war einer der ersten Nachweise für die Existenz von Atomen und Molekülen.
• Sie war außerdem eine Bestätigung der Theorie der Wärmebewegung.
• Einstein erklärte die brownsche Bewegung im Jahr 1905. Sie wird durch zufällige, wiederholte Stöße mit Atomen oder Molekülen verursacht.