Einstein się pomylił…

Jedna z zasad termodynamiki, nazwana zasadą ekwipartycji energii, mówi, że dostępna energia jaką dysponuje cząsteczka rozkłada się jednakowo na wszystkie możliwe sposoby jej wykorzystania. Niezależnie od tego czy jest to stopień swobody związany z energią obrotu, ruchu postępowego czy związany z drganiami cząstek. Opiera się ona o mechanikę statystyczną i mechanikę Newtona. To à propos tej zasady Albert Einstein powiedział, że nigdy nie będziemy w stanie zaobserwować chwilowej prędkości drgających cząsteczek, poruszanych ruchem Browna. Pomylił się, fizykom z Uniwersytetu w Teksasie udało się zaobserwować prędkość chwilową.

Pierwsza na świecie obserwacja chwilowej prędkości cząsteczki to powód do chwały dla amerykańskich naukowców. Zwłaszcza, że wielki fizyk wykluczał taką możliwość: zaproponował wprawdzie odpowiedni test już w 1907 roku, ale uważał, że eksperyment jest niewykonalny. Nie przewidział jednak pomysłowości zespołu z Austen.

Nie przewidział po prostu, że mikroskopijny okruch szkła, wielkości cząsteczki kurzu, można będzie zawiesić w powietrzu przy pomocy „optycznych szczypczyków", czyli dwóch promieni lasera. Nie przewidział, bo nie mógł przewidzieć, że ultradźwiękowy przetwornik wibracji pozwoli trząść takim okruchem tak, aby można było mierzyć jego ruch w zawieszeniu.

Oczywiście, poza „utarciem nosa" wielkiemu fizykowi, trzeba było mu przyznać rację. Wykonane doświadczenie to tak naprawdę pierwszy eksperymentalny dowód na poprawność zasady ekwipartycji energii i na słuszność koncepcji wytłumaczenia ruchów Browna, którą właśnie Albert Einstein zaproponował, a niemal jednocześnie z nim polski fizyk, Marian Smoluchowski.

Doświadczenie potwierdza jedną z podstawowych zasad fizyki: że energia kinetyczna cząstki nie zależy od jej masy i rozmiaru, a jedynie od temperatury. Za sukcesem teoretycznym spodziewany jest i praktyczny: nowa technologia pozwoli, na co się liczy, konstruować na przykład nowe rodzaje czujników.

Testowana cząsteczka miała trzy mikrometry średnicy. Podczas gdy to doświadczenie zamyka pewien rozdział w fizyce, otwiera zarazem następny. Autorzy doświadczenia chcą w przyszłości posunąć się do granic możliwości tej techniki i przetestować zasadę ekwipartycji energii aż do poziomu kwantowego. Mają nadzieję, że uda im się dotrzeć do stanu, w którym przestaje ona obowiązywać.

Albert Einstein zasada ekwipartycji energii ruchy Browna prędkość chwilowa University of Texas in Austin