Опыт, подтверждающий существование молекул.

Классический опыт — наблюдение броуновского движения. Именно он дал не только качественное, но и количественное подтверждение существования молекул.

Как ставят опыт

1. Берут микроскоп, предметное стекло и каплю воды (или разбавленного раствора).

2. В воду вводят взвесь очень мелких частиц (цветочная пыльца, частицы сажи, латекса — размер порядка микрон).

3. Накрывают покровным стеклом, чтобы исключить потоки, и наблюдают отдельные частицы в микроскоп при комнатной температуре.

Что наблюдают
Каждая видимая частица «дрожит» и хаотически смещается, хотя никаких заметных токов или вибраций нет. Движение беспорядочное: шаги разного размера, направления постоянно меняются, траектория напоминает ломаную «пьяную» линию.

Почему это доказательство молекул
Если бы жидкость была непрерывной средой без мельчайших «ударяющих» составляющих, покоящаяся частица при отсутствии потоков оставалась бы на месте. Хаотическое же движение объясняется столкновениями невидимых глазом молекул воды с частицей: в каждый момент времени количество и импульсы ударов с разных сторон не совсем равны → возникает случайное смещение. Это именно тот механизм, который предсказывает молекулярно-кинетическая теория.

Количественная проверка (идея Эйнштейна — Перрена)
— Измеряют среднеквадратичное смещение ⟨r²⟩ частиц как функцию времени t.
— Для двумерного наблюдения справедливо ⟨r²⟩ = 4Dt, где D — коэффициент диффузии частицы.
— По формуле Стокса—Эйнштейна D = kT/(6πηa) (k — постоянная Больцмана, T — температура, η — вязкость, a — радиус частицы) из измеренного D вычисляют k, а затем число Авогадро Nₐ = R/k (R — газовая постоянная).
Полученное Nₐ совпадает с другими независимыми определениями. Совпадение чисел даёт строгую количественную верификацию: случайные толчки создают именно молекулы, а не некое «эфирное» или макроскопическое возмущение.

Простая школьная версия
Более элементарный опыт — диффузия: в стакан с водой аккуратно вносят каплю красителя. Даже без перемешивания окраска постепенно распространяется по всему объёму. Это явление тоже объясняется тепловым хаотическим движением молекул, которые переносят вещество из областей с большей концентрацией в области с меньшей.

Вывод
Броуновское движение (качественно и количественно через формулы Эйнштейна и измерения Перрена) и диффузия демонстрируют, что вещество состоит из огромного числа микроскопических частиц — молекул, хаотически движущихся при температуре выше абсолютного нуля.