Las pequeñas partículas de suspensión se mueven caóticamente bajo la influencia de impactos de moléculas líquidas.
En la segunda mitad del siglo XIX, surgió una seria discusión sobre la naturaleza de los átomos en los círculos científicos. Por un lado estaban autoridades irrefutables como Ernst Mach (ver Ondas de choque); quien argumentó que los átomos son simplemente funciones matemáticas que describen con éxito fenómenos físicos observables y no tienen una base física real. Por otro lado, los científicos de la nueva ola, en particular; Ludwig Boltzmann (ver la constante de Boltzmann) insistió en que los átomos son realidades físicas. Y ninguna de las dos partes se dio cuenta de que ya decenas de años antes del inicio de su disputa se habían obtenido resultados experimentales; que de una vez por todas decidieron la cuestión a favor de la existencia de los átomos como realidad física; sin embargo, fueron obtenidos en la disciplina de las ciencias naturales adyacente a la física por el botánico Robert Brown.
En 1827, Brown, mientras estudiaba el comportamiento del polen bajo un microscopio (estaba estudiando la suspensión de agua del polen de la planta Clarkia pulchella); descubrió de repente que las esporas individuales realizan movimientos impulsivos absolutamente caóticos. Determinó con certeza que estos movimientos no están relacionados de ninguna manera con los remolinos y corrientes de agua, o con su evaporación, después de lo cual; habiendo descrito la naturaleza del movimiento de las partículas, firmó honestamente su propia impotencia para explicar el origen de este movimiento caótico. Sin embargo, siendo un experimentador meticuloso, Brown descubrió que un movimiento tan caótico es inherente a cualquier partícula microscópica; ya sea polen de plantas, minerales en suspensión o, en general, cualquier sustancia triturada.
Fue solo en 1905 que nada menos que Albert Einstein se dio cuenta por primera vez de que este fenómeno aparentemente misterioso; sirve como la mejor confirmación experimental de la exactitud de la teoría atómica de la estructura de la materia. Lo explicó algo así: una espora suspendida en agua es sometida a un constante «bombardeo» desde el lado de las moléculas de agua que se mueven caóticamente. En promedio, las moléculas actúan sobre él desde todos los lados con la misma intensidad y a intervalos regulares. Sin embargo, no importa cuán pequeña sea la disputa, debido a desviaciones puramente aleatorias; primero recibe un impulso del lado de la molécula que lo golpeó por un lado, luego del lado de la molécula que lo golpeó por el otro, etc.
Como resultado de promediar tales colisiones, resulta que que en algún momento la partícula «se sacude» en una dirección; luego en el otro lado es empujada por más moléculas. En la teoría cinética molecular de los gases; Einstein derivó una ecuación que describe la dependencia del desplazamiento de la raíz cuadrada media de una partícula browniana de los indicadores macroscópicos. En uno de los volúmenes de la revista alemana Annals of Physics ( Annalen der Physik ) de 1905; se publicaron tres artículos de Einstein: un artículo con una explicación teórica del movimiento browniano, un artículo sobre los fundamentos de la teoría especial de la relatividad y finalmente, un artículo que describe la teoría de la energía fotoeléctrica.
En 1908, el físico francés Jean-Baptiste Perrin (1870-1942) llevó a cabo una brillante serie de experimentos que confirmaron la exactitud de la explicación de Einstein del fenómeno del movimiento browniano. Finalmente quedó claro que el movimiento «caótico» observado de las partículas brownianas es una consecuencia de las colisiones intermoleculares. Dado que las “convenciones matemáticas útiles” (según Mach) no pueden conducir a los movimientos observados y completamente reales de las partículas físicas; finalmente quedó claro que la disputa sobre la realidad de los átomos ha terminado: existen en la naturaleza.
Perrin obtuvo la fórmula derivada de Einstein, que le permitió al francés analizar y estimar el número medio de átomos o moléculas; los cuales chocan con una partícula suspendida en un líquido durante un período de tiempo determinado, para a través de este indicador; calcular los números moles de varios líquidos. Esta idea se basó en el hecho de que en cualquier momento dado la aceleración de una partícula en suspensión depende del número de colisiones con moléculas del medio (véanse las leyes de la mecánica de Newton); por tanto, sobre el número de moléculas por unidad de volumen de líquido. Y esto no es más que el número de Avogadro (ver Ley de Avogadro); una de las constantes fundamentales que determinan la estructura de nuestro mundo.
