Sıvı Moleküllerinin Rastgele Hareketleri Ardındaki Fizik: Brown Hareketi Nedir?

Gece Modu

Bu yazı, Evrim Ağacı'na ait, özgün bir içeriktir. Konu akışı, anlatım ve detaylar, Evrim Ağacı yazarı/yazarları tarafından hazırlanmış ve/veya derlenmiştir. Bu içerik için kullanılan kaynaklar, yazının sonunda gösterilmiştir. Bu içerik, diğer tüm içeriklerimiz gibi, İçerik Kullanım İzinleri'ne tabidir.

Sıvı içinde yüzen bir cismin nasıl hareket ettiğini birçoğunuz yakından gözlemlemişsinizdir. Bu gözlemi mikroskopik boyutta düşündüğünüzde, sıvı molekülleri içinde yüzen ya da gaz molekülleri arasında uçuşan küçük taneciklerin hareketini inceleme şansı bulanlar da vardır aranızda. İşte bu küçük taneciklerin rastlantısal ve düzensiz hareketine Brown hareketi denir. Adını bu hareketi ilk defa detaylı olarak inceleyen İskoç botanikçi ve biyolog Robert Brown'dan almıştır, daha doğrusu bu hareketin adı ona atfedilmiştir.

Robert Brown Kimdir ve Brown Hareketini Nasıl Keşfetmiştir?

Bilimsel keşiflerin ve ilerlemelerin ivme kazandığı, Darwin ve Rutherford gibi bilim devlerinin yaşadığı bir dönemde (21 Aralık 1773 -10 Nisan 1858) yaşayan Brown, Avustralya’da bir botanikçi olarak çalışmaya başlamıştı. Hayvan ve bitki örneklerini toplayıp belgelendiriyordu. Daha sonra tıp okuyup 1795'de cerrah olarak orduya katıldı. 1805 yılında İngiltere'ye gelinceye kadar Avustralya'da botanik çalışmalarına devam etti. 1810 yılında, Avustralya florasının ilk sistemli çalışması olan Prodromus Florae Novae Hollandiae'yi yayınladı. Brown her ne kadar Brown hareketi ile tanınıyor olsa da Botanik bilimine yaptığı katkılar da büyüktür; adı, Brunonia ve Eucalyptus brownii gibi birçok bitkiye verilerek ölümsüzleşmiştir.

Genç Robert Brown
Genç Robert Brown
Encyclopaedia Britannica

Brown, polenleri, küf sporlarını ve equisetumları sık sık mikroskop altında inceliyordu. Bu taneciklerin su içindeki hareketlerini gözlemleyen Brown, bu taneciklerin rastlantısal olarak suyun içinde zikzaklar çizerek hareket ettiğini keşfetti. Brown bu keşfini 1827 yılında gerçekleştirdi fakat bu hareket için herhangi bir teori üretmedi. O zaman içinde çok takdir edilmese de, bu keşif atomlar ve moleküller hakkındaki spekülasyonlara öncülük etmişti. Brown'dan önce de taneciklerin hareketlerini gözlemleyen başka bilim insanları olmuştur; bunlardan birisi de Jan İngenhousz'dur. Alkol içinde ki kömür ve toz parçacıklarının rastlantısal hareketlerini incelemişti.

Brown Hareketi Nedir?

Brown 1827 yılında suda asılı kalan polen taneciklerini incelerken, bu taneciklerin sıvı içinde rastgele hareket ettiğini gördü ve bu hareketi araştırmaya başladı. Bu hareketleri sağlayan şeyin ne olduğunu keşfetmeye çalışıyordu. Bu çalışmalarına ölü ve canlı polen taneciklerinin hareketlerini karşılaştırarak devam etti ve bu hareketin onların ölü veya canlı olması ile ilgisi olmadığını keşfetti.

Polen tanecikleri su moleküllerinden yaklaşık on bin kat daha büyük olmasına rağmen, su molekülleri polen taneciklerini hareket ettirecek kadar güçlüdür. Polen taneciklerinin çok daha büyük olmasından kaynaklı, bu taneciklere binlerce su molekülünün çarpmasıyla sonuçlanır (Eğer yüzeyde ise hava moekülleri de çarpacaktır). Bazen bu çarpmalar bir yönde diğerine göre daha fazla olur. Böyle olduğunda, parçacık dengesiz kuvvete cevap verecek ve buna göre hareket edecektir. Dolayısıyla bu durum  polen taneciklerinin öngörülemeyen hareketi ile sonuçlanır. Bu tamamen rastlantısal bir hareket olup bir düzen içinde gerçekleşmez. Küçük taneciklerin sıvı molekülleri veya gaz molekülleri içindeki bu hareketine Brown hareketi denilir.

Kırmızı renkle gösterilen taneciğin başlangıç noktasından (starting point), bitiş noktasına (ending point) kadar izlediği yol yani Brown hareketi.
Kırmızı renkle gösterilen taneciğin başlangıç noktasından (starting point), bitiş noktasına (ending point) kadar izlediği yol yani Brown hareketi.
Wikimedia

Bu olay için bir analoji kuracak olursak; kendinizi kalabalık bir insan grubunun içinde yürümeye çalışan biri olarak düşünün. Bazı anlarda kendimizi sıkışmış ve bir çok insan tarafından itilirken buluruz ama bazen bir yolunu bulup yürümeye devam ederiz. Hareketimizi daha çok etrafımızdaki kalabalık belirler ve yönlendirir. Brown hareketinde de buna benzer bir durum yaşanmaktadır.

Brown Hareketinin Keşfinin Yardımcı Olduğu Çalışmalar

Brown hareketi ile taneciklerin hareketleri daha yakından incelenmeye başlanmış ve başka gözlemlerin de yolunu açmıştır. Gözlemlenen taneciklerin sıcaklıkları arttırıldığında hareketlerinin de artması kinetik teori ile açıklanmıştır. Einstein ve Smoluchowski gibi fizikçiler atom ve moleküllerin varlığını ve hareketini kanıtlamak için bu hareketi kullanmışlardır.

Albert Einstein, 20. yüzyılın başlarında, farklı sıvılarda ve farklı sıcaklıklarda Brown hareketi yapan çeşitli büyüklükteki taneciklerinin beklenen hızlarını istatistiksel olarak analiz ettiği bir dizi makale yayınlamıştır. Einstein'ın 1905'de yayınladığı Investigations on the theoriy of Brownian Movement adlı makalesinde bu hareketi ayrıntılı bir şekilde incelemiştir. Einstein makalesinde mikro parçacıkların Brown hareketi türünden bir hareketin zorunlu olarak gözlenmesi gerektiğini göstermeye çalışmıştır. Einstein'e göre, bu hareket ile atom kuramını desteklenecek ve atomların büyüklüğüyle ilgili nicelikler ölçülebilecekti.

Fransız fizikçi Jean Perrin, Einstein'ın teorik çalışmasını doğrulamak için 1908 yılında bazı deneyler yaptı. O zaman için yeni geliştirilen mikroskop ile parçacıkların sedimantasyon şeklini dikkatlice gözlemlemiş ve bu gözlemleri sayesinde su moleküllerinin ve atomların boyutlarını tahmin edebilmişti. Perrin'in deneysel çalışmaları ile atomlar ve moleküller artık inkar edilemeyecek gözlemlenebilir varlıklar haline gelmişti. Sonuç olarak, elde ettiği sonuçlar Einstein'ın analizini doğrulamıştı.

Sonuç

Bugünkü mikroskoplar sayesinde atom ve molekülleri detaylı olarak gözlemleyebiliyoruz fakat 20. yüzyılın başlarında atomların ve moleküllerin varlığını ve hareketlerini ispatlamaya çalışan bilim insanları için bu gözlemi yapmak mümkün değildi. O zamanki mikroskoplarla atom ve molekülleri gözlemleyebilmek mümkün değildi ama bunların daha büyük tanecikler üzerinde yarattığı etkiyi yani Brown hareketini gözlemlemek mümkün olmuştu.

Bu görselin mikroskopik boyutta olduğunu düşünün, sarı renkli küçük tanecik Brown'ın deneyindeki gibi bir polen taneciği olsun. Etrafındaki gri renkli moleküller ise su molekülleri. Su moleküllerini çıplak gözle göremeyiz ama polen taneciğinin su molekülleri içindeki hareketini gözlemleyebiliriz. Bu deney hem su moleküllerinin varlığının kanıtıdır, hem de ortaya çıkan hareketi yani Brown hareketini gözlemlememizi sağlamaktadır.
Bu görselin mikroskopik boyutta olduğunu düşünün, sarı renkli küçük tanecik Brown'ın deneyindeki gibi bir polen taneciği olsun. Etrafındaki gri renkli moleküller ise su molekülleri. Su moleküllerini çıplak gözle göremeyiz ama polen taneciğinin su molekülleri içindeki hareketini gözlemleyebiliriz. Bu deney hem su moleküllerinin varlığının kanıtıdır, hem de ortaya çıkan hareketi yani Brown hareketini gözlemlememizi sağlamaktadır.
Scott D. Bembenek

Brown hareketi borsada da kullanılmaktadır. Borsadaki rastgele dalgalanmaların arkasındaki süreçleri anlamaya çalışan modern kaos teorisi, Brown hareketinden faydalanmaktadır. Louis Bachelier, 1900 yılında borsanın stokastik analizi üzerine bir doktora tezi hazırlamış ve Spekülasyonların Teorisi adlı bir model geliştirmiştir. Bu tez ile birlikte ilk kez Brown hareketinin matematiksel bir modeli kullanılmıştır.

Bu İçerik Size Ne Hissettirdi?
  • 3
  • 2
  • 3
  • 1
  • 0
  • 0
  • 0
  • 1
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0
Kaynaklar ve İleri Okuma
  • M. Shuttleworth . Brownian Movement. (2019, Eylül 21). Alındığı Tarih: 21 Eylül 2019. Alındığı Yer: EXPLORABLE
  • Science Encyclopedia. Brownian Motion. (2019, Eylül 21). Alındığı Tarih: 21 Eylül 2019. Alındığı Yer: Science Encyclopedia
  • Wikipedia. Brown Hareketi. (2019, Eylül 21). Alındığı Tarih: 21 Eylül 2019. Alındığı Yer: Wikipedia
  • Encyclopaedia Britannica. Jean Perrin. (2019, Eylül 22). Alındığı Tarih: 22 Eylül 2019. Alındığı Yer: Encyclopaedia Britannica
  • S. Turgut. Brown Hareketi Ve Atomların Büyüklüğü. (2019, Eylül 22). Alındığı Tarih: 22 Eylül 2019. Alındığı Yer: Bilim ve Ütopya

Evrim Ağacı'na her ay sadece 1 kahve ısmarlayarak destek olmak ister misiniz?

Şu iki siteden birini kullanarak şimdi destek olabilirsiniz:

kreosus.com/evrimagaci | patreon.com/evrimagaci

Çıktı Bilgisi: Bu sayfa, Evrim Ağacı yazdırma aracı kullanılarak 22/10/2019 05:41:05 tarihinde oluşturulmuştur. Evrim Ağacı'ndaki içeriklerin tamamı, birden fazla editör tarafından, durmaksızın elden geçirilmekte, güncellenmekte ve geliştirilmektedir. Dolayısıyla bu çıktının alındığı tarihten sonra yapılan güncellemeleri görmek ve bu içeriğin en güncel halini okumak için lütfen şu adrese gidiniz: https://evrimagaci.org/s/7992

İçerik Kullanım İzinleri: Evrim Ağacı'ndaki yazılı içerikler orijinallerine hiçbir şekilde dokunulmadığı müddetçe izin alınmaksızın paylaşılabilir, kopyalanabilir, yapıştırılabilir, çoğaltılabilir, basılabilir, dağıtılabilir, yayılabilir, alıntılanabilir. Ancak bu içeriklerin hiçbiri izin alınmaksızın değiştirilemez ve değiştirilmiş halleri Evrim Ağacı'na aitmiş gibi sunulamaz. Benzer şekilde, içeriklerin hiçbiri, söz konusu içeriğin açıkça belirtilmiş yazarlarından ve Evrim Ağacı'ndan başkasına aitmiş gibi sunulamaz. Bu sayfa izin alınmaksızın düzenlenemez, Evrim Ağacı logosu, yazar/editör bilgileri ve içeriğin diğer kısımları izin alınmaksızın değiştirilemez veya kaldırılamaz.

Soru Sorun!
Öğrenmeye Devam Edin!
Evrim Ağacı %100 okur destekli bir bilim platformudur. Maddi destekte bulunarak Türkiye'de modern bilimin gelişmesine güç katmak ister misiniz?
Destek Ol
Gizle
Türkiye'deki bilimseverlerin buluşma noktasına hoşgeldiniz!

Göster

Şifremi unuttum Üyelik Aktivasyonu

Göster

Şifrenizi mi unuttunuz? Lütfen e-posta adresinizi giriniz. E-posta adresinize şifrenizi sıfırlamak için bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Eğer aktivasyon kodunu almadıysanız lütfen e-posta adresinizi giriniz. Üyeliğinizi aktive etmek için e-posta adresinize bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Close
“İnsan, inanmak isteyen bir hayvan türüdür; inanmak zorundadır. Eğer inancı için sağlam bir kanıt bulamıyorsa, sözde kanıtlarla kendini tatmin edecektir.”
Bertrand Russell
Geri Bildirim Gönder