Je možné pozorovat atomy?

V roce 1827 skotský botanik Robert Brown jako první pozoroval chaotický pohyb pylových zrnek ve vodě. Zdánlivě neměl tento pohyb, který dostal na počest svého objevitele jeho jméno, žádnou vnější příčinu a dlouhá desetiletí odolával snaze vědců jej objasnit. Se správnou analýzou přišli až v letech 1905 a 1906 nezávisle na sobě Albert Einstein a Marian Smoluchowski. Einsteinův článek z roku 1905 začíná těmito větami: „V této práci ukážeme, že podle molekulárně-kinetické teorie tepla musí tělíska mikroskopických, ale viditelných rozměrů suspendovaná v kapalině uskutečňovat v důsledku molekulárně-tepelných pohybů posuvy takové velikosti, že je možné je snadno pozorovat pod mikroskopem.“ Pohyb pylových zrnek (tzv. brownovských částic) je tedy možné vysvětlit jejich srážkami s mnohem menšími molekulami vody. Tyto chaoticky se pohybující molekuly narážejí do konkrétního pylového zrnka ze všech stran, a pokud krátkodobě působení z jedné strany převáží, udělí molekuly vody brownovské částici zrychlení jedním směrem; v nové poloze se vše znovu opakuje. Výsledný pohyb je proto chaotický a trhaný.

Analýza Brownova pohybu z počátku 20. století je považována za první experimentální důkaz atomové hypotézy. Experimentální provedení je tak jednoduché, že si ho můžete snadno vyzkoušet, stačí vám k tomu školní mikroskop.

Pomůcky: Mikroskop (zvětšení alespoň cca 800×), smetana do kávy, krycí a podložní sklíčko, voda.

Postup:

1. Nejdříve si připravte roztok pro studium Brownova pohybu. Do přibližně 20 ml vody přidejte několika kapek smetany a vzniklý roztok promíchejte.
2. Naneste pár kapek roztoku na podložní sklíčko a přikryjte krycím sklíčkem.
3. Vložte vzorek pod mikroskop a obraz doostřete. Počkejte chvíli, než se ustálí proudění vody. Pak už můžete pozorovat vlastní chaotický pohyb drobných tukových částeček v roztoku.

Poznámky pro učitele

V ideálním případě byste měli v mikroskopu pozorovat zhruba toto.