Teori Einstein Mengenai Gerak Brown

Teori Einstein Mengenai Gerak Brown

Jika Anda pernah menyaksikan gerakan debu di bawah sinar matahari maka Anda telah mengamati gerak Brown. Gerak ini adalah gerakan partikel-partikel yang tersentak-sentak dalam fluida seperti udara atau air. Efek ini diketahui paling tidak sejak orang Yunani kuno, dan gerak brown berasal dari nama ahli botani Robert Brown, yang pada tahun 1827 pertama kali menggambarkan gerakan ini secara rinci. Dia menunjukkan bahwa gerak itu bukan disebabkan oleh organisme hidup dan tidak pernah dapat menentukan penyebabnya. Namun, ada kecurigaan bahwa gerakan itu disebabkan oleh tumbukan atom terhadap partikel, akan tetapi tidak dapat dibuktikan sampai makalah Einstein tahun 1905 “Investigations on the theory of Brownian Movement.”

Meskipun sekarang sudah menjadi rahasia umum bahwa benda-benda terbuat dari atom, gagasan itu sejak lama dipandang sebagai kontroversial. Pada awal tahun 1800-an John Dalton mengusulkan bahwa materi terdiri dari partikel-partikel bola yang tidak dapat dihancurkan yang dikenal sebagai atom dan bahwa atom-atom ini datang dalam berbagai jenis yang disebut unsur.

Teori Einstein Mengenai Gerak Brown
Teori Einstein Mengenai Gerak Brown

Dalton berusaha untuk mengatasi fakta bahwa reaksi kimia antara berbagai jenis bahan (elemen) tampaknya terjadi dalam rasio tertentu. Model atom menjelaskan proses ini dengan baik, tetapi mengharuskan atom menjadi sangat kecil sehingga kita tidak memiliki kemampuan untuk mengamatinya. Pada akhir tahun 1800-an Ludwig Boltzmann telah memperluas gagasan itu menjadi teori gas kinetik, di mana ia mengusulkan bahwa sifat-sifat gas, seperti temperatur dan tekanannya, adalah karena gerakan dan interaksi atom dan molekul. Gagagsan ini memberikan cara teoretis untuk menghubungkan panas (termodinamika) dengan gagasan Newton tentang usaha dan energi.

Difusi pewarna makanan dalam air. Kredit: Wikipedia

DIFUSI PEWARNA MAKANAN DALAM AIR

Sepanjang tahun 1800-an, para ilmuwan terbagi antara “atomis” seperti Dalton dan Boltzmann, dan lawan mereka seperti Ernst Mach. Inti dari perdebatan adalah fakta bahwa atom tidak dapat diukur. Anda dapat berspekulasi tentang keberadaannya tetapi hipotesis atom tidak dapat diuji. Yang membawa kita ke kertas Einstein tentang gerak brown. Einstein bukan yang pertama mengusulkan tabrakan atom sebagai solusi untuk gerakan brown, tetapi yang membuat makalahnya begitu kuat adalah karena menghubungkan sifat fisik atom dengan sesuatu yang sebenarnya bisa kita ukur. Makalahnya berfokus pada sifat cairan yang dikenal sebagai difusi. Jika Anda memasukkan setetes pewarna makanan ke dalam air, maka pewarna itu akan menyebar seiring waktu. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa pewarnaan memantul dengan molekul air. Karena tumbukan molekul itu acak.

Apa yang Einstein tunjukkan adalah bahwa difusi suatu objek yang mengalami gerakan Brown akan berdifusi pada laju tertentu dan laju ini bergantung pada jumlah atom atau molekul dalam satu mol cairan di mana objek tersebut ditangguhkan (nomor Avogadro). Dari sini kita bisa menentukan ukuran molekul atau atom. Untuk pertama kalinya, jumlah yang terukur memungkinkan kita untuk menyelidiki atom. Bukan hanya idenya, melainkan ketepatan hasil Einstein yang menurut banyak ilmuwan begitu meyakinkan.

Karya Einstein menyelesaikan perselisihan yang telah berkecamuk selama hampir seabad, dan menempatkan teori kinetik di atas dasar eksperimental. Dari karya ini, fisika Newton, kimia, dan termodinamika saling terhubung.