Delta mi!

Pogląd, iż ciała makroskopowe zbudowane są z drobnych składników jakimi są atomy i molekuły jest dzisiaj przyjmowany przez wszystkich fizyków za oczywisty. Stosując metody fizyki statystycznej możemy na podstawie praw rządzących ruchem tych składników wyprowadzić między innymi prawa termodynamiki, wyliczyć ciepło właściwe różnych substancji, ich podatność magnetyczną, opór elektryczny itp. Podstawy fizyki statystycznej zwanej dawniej teorią kinetyczno-molekularną zostały sformułowane w drugiej połowie XIX w. w pracach Clausiusa, Maxwella, Boltzmanna i Gibbsa...

W poprzednim numerze Delty opisaliśmy zmagania fizyków XIX wieku z problemem tzw. ruchów Browna. Przypomnijmy podstawowe fakty. W roku 1827 Robert Brown odkrył zygzakowate ruchy wykonywane przez drobne ziarenka zawieszone w cieczy. Ruchy te obserwowano dla wszystkich substancji, o ile zostały one tak rozdrobnione, że ziarenka miały średnicę co najwyżej kilku mikronów. Próby wyjaśnienia przyczyn ruchów Browna napotkały poważne trudności...

W temperaturze pokojowej gaz, zbiór atomów czy cząsteczek, a także powietrze, którym oddychamy, z powodzeniem można sobie wyobrażać jako rój maleńkich obiektów, niemal doskonałych punktów materialnych, poruszających się z prędkościami rzędu kilkuset kilometrów na godzinę i od czasu do czasu zderzających się zupełnie jak kule bilardowe. Oczywiście, różne atomy poruszają się w gazie z różnymi prędkościami. Odpowiedni rozkład prawdopodobieństwa występowania prędkości znamy jako rozkład Maxwella. Typowa, lub lepiej, średnia prędkość atomów maleje wraz z obniżaniem temperatury gazu proporcjonalnie do pierwiastka kwadratowego z temperatury bezwzględnej.

Twierdzenie Poincarégo o powracaniu, omówione w pierwszej części artykułu, wywoływało (i najwidoczniej nadal wywołuje) dyskusje natury filozoficznej. Są one najczęściej związane z próbami jego zastosowania do układów złożonych z dużej liczby cząstek. Teraz spróbujemy omówić niektóre kontrowersje i zaproponować ich wyjaśnienia.

Marian Ritter von Smolan Smoluchowski - światowej sławy polski fizyk, pionier fizyki statystycznej, alpinista i taternik, żył w latach Egzopeptydazy to specjalny typ enzymów. Co może mieć wspólnego Smoluchowski z egzopeptydazami, skoro ani on, ani nikt z jego współczesnych nie wiedzieli o ich istnieniu? I co do tego mają grafy? Postaram się wszystko wyjaśnić w odpowiedniej kolejności. Zacznę od uproszczonego modelu fizycznego. Podobno zbliżony model rozpatrywał Smoluchowski, ale, niestety, nie udało mi się dotrzeć do źródeł i sprawdzić tej informacji.

Charakterystyczną cechą układów makroskopowych, złożonych z wielkiej liczby cząsteczek jest to, że zachodzą w nich procesy nieodwracalne, takie jak przepływ ciepła pomiędzy ciałami o różnych temperaturach. Dzieje się tak, mimo że prawa mechaniki klasycznej, rządzące ruchem cząsteczek, są odwracalne w czasie.

Gdybyśmy wzięli wiadro pełne wody i udałoby nam się obrócić je tak, by swobodna powierzchnia wody była dnem, woda niemal natychmiast wylałaby się. Powszechnie znane jest doświadczenie z kartką, którą nakrywamy powierzchnię szklanki wypełnionej wodą, a następnie odwracamy naczynie i obserwujemy, że woda nie wylewa się.