質問: 液体中などを漂う微粒子が行う不規則な運動のことを、発見したイギリスの科学者の名前から「何運動」というでしょう?
回答: ブラウン運動

タイトル: ブラウン運動
ブラウン運動(ブラウンうんどう、英: Brownian motion)とは、液体や気体中に浮遊する微粒子(例:コロイド)が、不規則(ランダム)に運動する現象である。1827年、ロバート・ブラウンが、水の浸透圧で破裂した花粉から水中に流出し浮遊した微粒子を、顕微鏡下で観察中に発見し、論文「植物の花粉に含まれている微粒子について」で発表した。この現象は長い間原因が不明のままであったが、1905年、アインシュタインにより、熱運動する媒質の分子の不規則な衝突によって引き起こされているという論文が発表された。この論文により当時不確かだった原子および分子の存在が、実験的に証明出来る可能性が示された。後にこれは実験的に検証され、原子や分子が確かに実在することが確認された。

タイトル: 熱の分子論から要求される静止液体中の懸濁粒子の運動について
1827年、植物学者のロバート・ブラウンは顕微鏡を用いてちりの微粒子が水中に浮いているのを観察し、それらが不規則に動いているのを発見した。これが「ブラウン運動」として知られるようになった現象である。これは水分子が微粒子に強く当たることにより引き起こされたと考えられていた。1905年、アルベルト・アインシュタインは初めてブラウン運動の統計物理分析を作成することでこれらの分子とそれらの運動の実在を証明した。フランスの物理学者ジャン・ペランはアインシュタインの結果を用いて原子の質量と大きさを実験的に決定し、それによりドルトンの原子論を最終的に検証した。この論文以前は、原子は有用な概念として認識されていたが物理学者や化学者は原子が本当に実体を持つものかについて熱い議論を交わしていた。アインシュタインの原子の振る舞いに関する統計的な議論により、実験主義者は普通の顕微鏡で原子を数えるという方法を得た。

タイトル: ブラウン運動にまつわる誤解
1827年(1828年説も)、イギリスの植物学者ロバート・ブラウンは、花粉を観察していた際、細かな粒子が不規則に動く現象、いわゆるブラウン運動を発見した。当初はロバートはこれを生命に由来する現象と考えたが、のちに微細な粉末なら生物に由来しなくてもこの運動が生じることも発見した。1905年にアインシュタインが媒質の熱運動による物理学的事象だと説明した。上記において、ロバートが観察した「細かな粒子」は、正確には「花粉粒から出た細粒子」(tiny particles from the pollen grains of flowers、『PSSC物理』原著)であり、花粉そのものではない。花粉の大きさは通常、直径30 - 50μm、小さいものでも10μm程度はある。対して水分子は、球形ではないため場所により差があるが約0.

タイトル: ストークス数
ストークス数(英語: Stokes number)とは、流体中を運動する微粒子について、流体への追従性を記述するために用いられる無次元量である。その名前は、アイルランドの物理学者ジョージ・ガブリエル・ストークスに因む。St << 1 ならば、微粒子の軌跡は流体の流線にほぼ一致すると考えて良い。

タイトル: ブラウン運動にまつわる誤解
3nmであり、花粉に対して約10万分の1と余りにも小さく実際に花粉を揺り動かすには至らない。ロバートがブラウン運動を見つけた粒子とは、水に浸漬した花粉が浸透圧のために膨らんで破裂し、中から流れ出したデンプン粒などのより微細な粒子であった。これがいかにして「花粉が動いた」という誤った内容に変化したのか詳細は不明だが、研究結果を伝達または翻訳する過程で起こった間違いに端を発し、多くの著名な学者までもが誤解を気づかないままに増幅させ、一般にまで流布する手助けをしてしまったという経緯である、と推測できる。

タイトル: ジョン・ジェームズ・ウォーターストン
ジョン・ジェームズ・ウォーターストン(John James Waterston, 1811年 - 1883年6月18日以降)は、スコットランドの物理学者で無視された気体分子運動論の先駆者だった。

タイトル: 流体力学
ボイルらが同じく17世紀後半にボイルの法則(ボイル・マリオットの法則)を見いだした。流体動力学は、静力学より後に登場している。こちらはアイザック・ニュートンの『自然哲学の数学的諸原理』の刊行後に徐々に広まったニュートン力学を流体に適用してその運動を論じるという形で興った分野であり、18世紀の段階ではベルヌーイ、オイラー、ラグランジュらによって、まずは粘性の無い流体(=完全流体)の運動が研究された。完全流体よりも複雑で理解が難しい粘性流体については、19世紀にアンリ・ナビエ、ジョージ・ガブリエル・ストークスらによって研究が行われた(ナビエ・ストークス方程式)。さらに複雑な乱流についてはオズボーン・レイノルズによって19世紀末に研究が進んだ。

タイトル: 移動現象論
流体中における運動量、熱および物質の移動現象については、それぞれの分野でデータの蓄積を中心に個別的かつ経験的に発展してきたが、それらがいずれも類似の基本法則に支配されることに着目し、共通の視点から取り扱う新しい工学体系として提案したのはBird (1960)であった。

タイトル: 拡散
拡散(かくさん、英: diffusion)とは、粒子、熱、運動量、等が、散らばり、広がる、物理的な現象。この現象は着色した水を無色の水に滴下したとき、煙が空気中に広がるときなど、日常よく見られる。これらは、化学反応や外力ではなく、流体の乱雑な運動の結果として起こるものである。

タイトル: 原子模型
1850年の少し後、物理学者たちは気体が粒子でできていると仮定して、気体の挙動を数学的にモデル化した「気体および熱の運動論」を展開した。20世紀初頭に、アルベルト・アインシュタインとジャン・ペランは、ブラウン運動(水中の花粉粒の不規則な運動)が水分子の作用によって起こることを証明し、この第3の証拠によって、原子や分子が実在するかについて科学者の間に残っていた疑念を封じた。19世紀を通じて、科学者の中には、原子の証拠は間接的であり、原子は実際には存在しないが存在するように見えるだけかもしれないと警告する者もいた。20世紀初頭までに、科学者は物質の構造についてかなり詳細で正確なモデルを開発し、通常の物質を構成する目に見えない小さな粒子をより厳密に分類するようになった。現在では、原子は、化学元素を構成する基本粒子として定義されている。

タイトル: 液体
液体状態では、原子、分子は比較的自由かつランダムに動き回っている(ブラウン運動)。

タイトル: 気体分子運動論
また圧力から推測される分子の速さ(毎秒数百メートル)が気体中の拡散速度よりはるかに大きいという批判に応えるために分子間衝突を考慮して平均自由行程の概念を導入し、気体の粘性係数などの輸送係数を議論する基礎を作った(1858年)。ついでジェームズ・クラーク・マクスウェルは気体中の分子は衝突するたびに速度が変化するが、定常な気体中では多数の衝突の結果、運動エネルギーは分子間に規則的に分配され、定常な速度分布関数が存在するとして、ある関数方程式を解いて、マクスウェル分布を導いた(1860年)。また同時に粘性係数の式を得て、これが気体の密度に依らないという当時の常識に反する性質を予言したが、それが事実であることが実験で確かめられ、理論の信頼性が高まった。

タイトル: ブラウン運動にまつわる誤解
辞典類もこの例に洩れず、1953年刊『理科辞典』(平凡社)には「花粉が不規則な運動を・・・」とあり、戦前には間違いとは言い切れない記述だった『岩波理化学辞典』も、1971年刊行の第三版では「花粉が不規則な永久運動を・・・」に改訂され、まるで永久機関を想起させるような不適切な表現に逆行している。なお、増補版以降は、正確な記述に改訂されている。1987年の第四版では「水を吸って破裂した花粉から出る微粒子・・・」とある。この誤解は現在でも完全には払拭されていない。例として、2005年1月5日の読売新聞朝刊の記事『新春科学特集、特殊相対論から百年 2005年は世界物理年』では、「水面に浮く花粉の無秩序な動き・・・」などとブラウン運動を解説している。

タイトル: 静力学
流体静力学は静止した流体について研究する学問である。静止した流体の特徴は、ある点にかかる力が全ての方向に分散することである。もし力が等しくかからなければ、流体は力の方向に移動する。この概念はフランスの数学者で哲学者のブレーズ・パスカルによって1647年に初めて公式化され、パスカルの原理として知られるようになった。この原理は水理学の基礎となっている。ガリレオ・ガリレイも水理学の発展に大きく貢献した一人である。

タイトル: 気体分子運動論
気体分子運動論のもっとも古い先駆は1738年のダニエル・ベルヌーイによる「流体力学」に見られる。そこでベルヌーイは気体が激しく運動している多数の粒子からなるという仮説をおき、気体の圧力は器壁への粒子の衝突によって生ずるとして、体積の変化による衝突数の変化を考察して、圧力が体積に反比例するというボイルの法則を説明し、また圧力が粒子速度の2乗に比例することを述べた。この気体の本性ならびに圧力の起源に関するベルヌーイの卓抜な着想は、その後の原子論の確立や熱素説に代わる熱運動説の展開により次第に受け入れられ、間欠的に議論されたが、気体論は100年余りの間あまり進展しなかった。しかし19世紀半ばになって大きく動き始めた。まずルドルフ・クラウジウスが登場し、気体を構成する粒子は必ずしも点粒子でなく、内部自由度をもつことを比熱の議論から示した(1857年)。

タイトル: ロバート・ブラウン
細胞核を発見。オーストラリア産の多くの植物を分類・命名した。1811年に王立協会フェロー選出。1839年に同協会からコプリ・メダル受賞。1827年(1828年という記述もあり)、水面上に浮かべた花粉が破裂して中から出てきた微粒子が不規則に動くことを発見した。ブラウン以前にもこの運動を観察した学者はいるが、ブラウンが最も詳細な記録を残したことから、今なおこの運動はブラウン運動と呼ばれている。ブラウンは、花粉の中にある生命の源が、花粉自体を動かすのだと考えたが、のちに微細な粉末なら、生物に由来しなくてもこの運動が生じることも発見した。ブラウン運動の謎がアインシュタインにより解明されるのは、ブラウンの没後であった。

タイトル: ブラウン運動にまつわる誤解
ブラウン運動にまつわる誤解(ブラウンうんどうにまつわるごかい)とは、日本語で記された文献などにおいてブラウン運動を説明する際、溶媒中の微粒子が不規則に動く現象のことを、しばしば「水中で花粉が動く」と誤って記述されている事例を指す。これは専門家でも思い込みで誤りを犯すこと、そして権威に惑わされ実際に確かめる態度を欠いてしまうことへの警鐘となっている。

タイトル: 流体力学
流体力学(りゅうたいりきがく、英: fluid dynamics / fluid mechanics)とは、流体の静止状態や運動状態での性質、また流体中での物体の運動を研究する、力学の一分野。

タイトル: 運動エネルギー
運動エネルギー(うんどうエネルギー、英語: kinetic energy)は、物体の運動に伴うエネルギーである。物体の速度を変化させる際に必要な仕事である。英語の kinetic は、「運動」を意味するギリシア語の κίνησις(kinesis)に由来する。この用語は1850年頃ウィリアム・トムソンによって初めて用いられた。

タイトル: 気体分子運動論
気体分子運動論(きたいぶんしうんどうろん、英語: kinetic theory of gases)は、原子論の立場から気体を構成する分子の運動を論じて、その気体の巨視的性質や行動を探求する理論である。気体運動論や分子運動論とも呼ばれる。最初は単一速度の分子群のモデルを使ってボイルの法則の説明をしたりしていたが、次第に一般化され、現今では速度分布関数を用いて広く気体の性質を論ずる理論一般をこの名前で呼ぶようになっている。

タイトル: 運動 (物理学)
物体の運動論について、アリストテレスは、物体自身または他の物体からの作用によって運動が生じ、作用がない限り静止すると考えた。 アリストテレスによれば、物体の運動は自然的運動と強制的運動に分けられる。自然的運動において物体は自身の性質に従いより自然な位置へ運動する。自然的運動は、円運動と直線運動に分類される。アリストテレスの宇宙観では天上と地上とで別々の運動法則が成り立つ。天上の物体は永久に円運動をし、地上の物体は落下したり上昇したり上下へ直線運動をする。直線運動の方向は物質の性質によって異なり、火のような軽い物質は上へ昇っていくが、土のような重い物質は下へ落ちていく。これらの自然的運動以外は強制的運動に分類され、強制的運動にはそれを駆動する原因(動作主)が必ず存在する。

タイトル: 原子模型
アヴォガドロの法則によって、気体が反応したときの体積を調べることで、多くの気体が二原子であるか推測することを可能にした。たとえば、2リットルの水素と1リットルの酸素を反応させると2リットルの水蒸気を生成する(温度と圧力が一定の場合)。これは、1つの酸素分子が2つに分割されて2つの水の粒子を形成することを意味する。こうして、アヴォガドロは、酸素をはじめとするさまざまな元素の原子量をより正確に推定することができ、分子と原子を明確に区別した。1827年、イギリスの植物学者ロバート・ブラウンは、水中に浮かぶ花粉からもれ出た塵粒子が、明確な理由もなく絶えず揺れ動いていることを観察した。1905年、アルベルト・アインシュタインは、このブラウン運動は水の分子が連続的に粒子に衝突することによって起こっていると理論を立て、それを説明する仮説的な数学モデルを作り上げた。

タイトル: 熱の分子論から要求される静止液体中の懸濁粒子の運動について
『熱の分子論から要求される静止液体中の懸濁粒子の運動について』(ねつのぶんしろんからようきゅうされるせいしえきたいちゅうのけんだくりゅうしのうんどうについて、独: Über die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen)は、1905年にアルベルト・アインシュタインが発表した論文。1808年にジョン・ドルトンにより最初に提案された原子の実在性を証明した論文である。これは、アインシュタインが奇跡の年である1905年にアナーレン・デア・フィジークで発表した4つの画期的な論文の1つである。

タイトル: 運動 (物理学)
物理学において、運動(うんどう、英: motion)とは、物体と参照系の位置関係が変化することである。物体の運動は、対象の大きさによって異なる力学理論によって説明される。 原子よりはるかに大きな物体に関して、物体の運動は古典力学によって説明される。 原子や原子を構成する粒子のように小さな物体に関して、物体の運動は量子力学によって説明される。古典力学において、物体の運動は空間上の連続な曲線として表される。 一方で量子力学において、物体の位置と運動量の同時測定について不確定性原理が成り立つため両者を同時に正確に決定することはできず、したがって古典力学のように物体の運動を一つの曲線としては表すことはできない。

タイトル: 流体粒子
流体粒子(りゅうたいりゅうし、英: fluid particle)とは連続体力学の枠組みの範囲で無限小で流れに乗って移動しても他の流体粒子との区別は保たれるような流体の塊(fluid parcel)を意味する流体力学の概念である。移動する間、流体粒子の質量は一定に保たれるが、圧縮性流体においては体積は変化し得るし、流れによる変形で流体粒子の形も変化する。なお、非圧縮性流体では流体粒子の体積も一定である(定積流れ)。数学上、この概念はラグランジュ座標系での流体の動きの記述、運動学や力学に密接に関連している。ラグランジュ座標系では流体粒子はラベル付けされ始終追跡される。しかし、オイラー座標系においても流体粒子の考えは、例えば、物質微分や流線、流跡線、流脈線を定義するときや、ストークスドリフト(英語版)を決定するときに有利である。

タイトル: ラーモア歳差運動
ラーモア歳差運動(ラーモアさいさうんどう、英語: Larmor precession)は、物理学において、電子・原子核・原子などの粒子の持つ磁気モーメントが外部磁場によって歳差運動を起こす現象である。ジョゼフ・ラーモアにちなんで名づけられた。

タイトル: ブラウン運動にまつわる誤解
戦前の日本でブラウン運動が紹介されるような書籍や論文などで、ロバートが発見したいきさつまで詳しく掲載するようなことは稀であり、『岩波理化学辞典』(1935年版)では「花粉を観察中に」発見と、あやふやな紹介が載る程度だった。むしろ詳細に説明したものでは、『物理学文献抄』(岩波文庫、第二版、1928年)に掲載された土井不雲の論文「ブラウン運動」に「水中に入れた花粉から溶け出た微細な粒子」と正確に記している。ただし、この論文では続けて「採取直後のものだけではなく100年以上保存された花粉にも同じ運動が見られる」とあり、必ずしも誤解に囚われていなかったとは言い切れない。戦後、高等教育の普及と相まって、ブラウン運動が教科書や科学に関する啓蒙書などを通じて広く知れ渡ると同時に、この誤解も流布することとなった。1949年出版の『物理学読本』「ブラウン運動」節では、「花粉が絶え間なく運動する」とある。

タイトル: 分子論の歴史
1738年、スイスの物理学者で数学者のダニエル・ベルヌーイは、気体分子運動論の基礎となる『流体力学(英語版)(Hydrodynamica)』を発表した。ベルヌーイはこの著作で、気体はあらゆる方向に移動する多数の分子で構成され、それらが表面に衝突することで我々が感じる気体圧力が発生し、我々が熱として感じるものはその運動エネルギーに他ならないという、現在も使われている主張を展開した。この理論はすぐに受け入れられなかった。それは、エネルギー保存がまだ確立されておらず、また、分子間の衝突が完全に弾性的であることが物理学者に明らかでなかったことが一因である。1789年に、ウィリアム・ヒギンズ(英語版)が、原子価結合の概念の予示となる「究極粒子(ultimate particles)」の組み合わせと呼ぶものについての考えを発表した。