Brownian Motion
1 개요
유체 속에서 미소입자가 외부의 간섭 없이도 불규칙적으로 이동하는 현상. 원자론을 입증하는 강력한 근거 중 하나로 평가받는다.
2 상세
식물학자 로버트 브라운이 식물의 수정과정에 대해 연구하는 도중 수면 위에 뿌려진 꽃가루를 관찰했고, 매우 작은 꽃가루가 무작위적으로 수면 위에서 계속 움직이는 현상을 발견해 '브라운 운동'이라는 명칭이 붙게 되었다.
초기 과학자들은 이것이 꽃가루의 특별한 생명력 및 기운(...)이라 믿으며 기뻐했지만, 실제로는 꽃가루와 물 분자 등 미소입자들의 충돌로 나타나는 현상이다. 이를 이론화한 사람은 바로 알베르트 아인슈타인. 후에 장 바티스트 페렝이라는 프랑스 물리학자가 검증 실험으로 노벨상을 수상했다.
설명하자면, 원자론에 따르면 물은 극히 작은 물 분자로 이루어져 있지만 이는 육안으로 관측할 수 없다. 하지만 분자들은 불규칙적으로 움직이고 있고, 꽃가루같은 매우 작은 입자는 물 분자와의 충돌만으로 관측될 만큼의 움직임을 보인다는 것. 물 분자들이 불규칙적으로 움직이기 때문에 꽃가루도 무작위적인 움직임을 보이는 것이다. 수학에서 확률 과정 또는 무작위 행보의 대표적인 사례다. 정규분포와의 관련성도 높다. 물론 꽃가루&물이 아닌 다른 물질도 마찬가지다.
배와 같은 유체내의 큰 물질도 브라운 모션을 하기는 하지만, 대게 이를 무시할 정도로 영향이 미비하다. 그 이유는 다른 외부의 요인[1]에 비해 그 세기가 매우 작은 편이고, 또 같은 유체내의 다른 원자의 브라운 모션에 상쇄되기 때문이다. 비교적 그 개념이 늦게 발견된 것도 이러한 이유에서이다. 브라운 모션은, 아무리 커도 밀리미터 이하에서, 그 의미를 갖는다.
관측 방법에는 SPT(Single Particle Tracking) 등이 있다. SPT는 현미경 등을 이용해 짧은 시간 간격으로 연속 촬영한다. 이때 촬영된 이미지에서 관측하는 한개의 미소입자의 움직임을 이어주어 나타내는 것이다.
3 물리학 이외에서
물리학 이외에도 무작위적이고 불규칙한 양상을 보이는 사회현상을 설명하기 위해 사회과학에서도 도입하여 사용하고 있으며, 특히 경제학에서 주식시장 등의 랜덤워크 등을 모델링하는 데 쓰인다.
4 증발과의 관계
유사한 개념으로 증발이 있다. 물 표면에서 물 분자가 브라운 모션처럼 불규칙적인 출입을 반복하는데, 수증기로 유실되는 분자가 더 많기 때문에 액체가 줄게 되는 것이다. 두 개념 모두 불규칙성과 관련이 있다.
하지만, 브라운 모션은 유체 내에서의 불규칙적 움직임을 나타내는 것이고, 증발은 불규칙적 상 변이[2]를 나타내는 것이다.
브라운 모션이 발견된 초기에, 증발로 인해 발생했다는 설이 있었다. 증발은 실생활에서 쉽게 발견되어 그 개념이 일찍 생겼으며, 마찬가지로 불규칙적이기 때문이다.
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