ブラウン運動とは、気体や液体の分子は、たえず熱運動をしている。気体中や液体中にある微粒子も、これらいくつもの分子に衝突され続けている。その結果、微粒子は不規則に動かされることになる。このような微粒子の運動を「ブラウン運動」と呼ぶ。微粒子を浮かべる気体や液体の種類によらず、ブラウン運動は起こる。ブラウン運動は、温度が高いほど溶媒分子の熱運動が活発になり、溶媒分子は激しく飛び回るようになり、それにともない浮遊粒子の動きも活発になる。ブラウン運動は温度が高いほど活発になる。浮遊粒子が大きくなると、質量も大きくなるため、大きな力が必要となり、溶媒分子がブラウン粒子を突き動かす量が小さくなる。ブラウン粒子の表面積が広くなると、一度にたくさんの溶媒分子が様々な方向から衝突してくる。そのため相互の力が打ち消し合い、ブラウン粒子の動きは小さくなる。ブラウン粒子が大きくなると、ブラウン運動が起きにくくなり、ブラウン粒子が小さいほど動きは激しくなる。熱というのは熱運動の運動エネルギーのことであり、分子の運動の激しさを熱という言葉で表現している。ブラウンはこの運動の原因を解明することはできなかったが、発見者の名前にちなんで「ブラウン運動」と呼ばれた。光学顕微鏡では、原子・分子そのものを直接見ることはできないが、顕微鏡で微粒子の動きを見ることによって、間接的に原子・分子の存在を知ることができる。あらゆる物体を構成する分子・原子は常に乱雑に揺れ動いている。静止しているように見えるが、微視的には激しく揺れ動いている。この運動を熱運動と呼ぶ。この熱運動がブラウン運動の原因となる。ブラウン運動というのは液体中に浮遊する微粒子がランダムに動き回る運動のことである。それは、液体分子によるランダムな衝突によって引き起こされる。この運動エネルギーを熱と呼ぶが、その実体は、分子の運動の激しさを物語っている。熱運動の大きさを測る尺度が、温度である。通常の温度計は、赤色に着色した灯油の膨張具合によって温度を測定する。分子の熱運動(運動エネルギー)がより激しくなれば、体積がより膨張する。ことを熱膨張と呼び、そのレベルを温度と呼ぶ。検査対象物の分子が熱運動をしているため、その分子が温度計のガラス管に当たり、ガラス分子の熱運動を激しくなり、そのガラス分子が赤色の灯油の液体分子の熱運動を激しくさせ、赤色灯油が膨張し、温度計の目盛りを上げることになる。物質が原子・分子からできていると考える原子論者は、水の分子が花粉の粒子に衝突することによりこの運動が引き起こされると考えた。熱現象が分子の運動によって生じるとする分子運動論から予想されたことは、気体中の分子も水の分子も秒速数百メートルというすさまじい速さで動いているということだった。それらの分子が絶え間なく花粉粒子に衝突することによってブラウン運動が引き起こされるとする説が19世紀後半に発表された。見積もりによれば、水の分子は、1秒間に1千万回も粒子に衝突する。あまりにも多くの分子があらゆる向きから衝突するため、それらの力は互いに打ち消され、その結果、粒子は水の分子より遅い速度で動き回ると考えられた。分子運動論によれば、全ての分子の運動エネルギーは等しく分配されると予想される。この理論が正しければ、花粉の粒子でさえも分子一個と同じエネルギーを持つはずであると予想された。粒子の速度から運動エネルギーを見積もると、理論から予想されるものより、7〜8桁も小さな値となるため原子論の正しさを示す証拠にはならなかった。実は、ブラウン運動の軌跡は精度を粗く測定するほど遅くなり、精密に測定するほど早くなるという性質があり、当時の測定精度では、速度の正確な測定は不可能であった。この「ブラウン運動」は、実は科学史上、重要な意味を持っている。このブラウン運動によって、原子や分子が実在することが証明されるのである。ここまで微粒子と説明してきましたが、化学用語では「コロイド粒子」と呼ぶ。100万分の1mmから1万分の1mm程度の大きさの粒子が他の物質の中に均一に散らばっている状態を「コロイド」と言う。原子の大きさは1千万分の1mm程度です。コロイド粒子は、原子にくらべるとずいぶん大きい。粒子が大きいため、コロイド粒子を液体に溶かした場合は、真の溶液のような透明にはならず、不透明な懸濁液になる。牛乳やインク、墨汁、絵の具、泥水などがその例としてあげられる。霧や煙、バター、クリーム、寒天、こんにゃく、ゼリー、ゼラチン、マヨネーズなど、私たちの身のまわりや自然界の多くのものがコロイドである。アリストテレスが引用しているデモクリトスの議論にある通り、「限りなく小さな点は、決して寸法を構成できない」。有限な長さの物体が、有限な個数だけ集まって、ロープの寸法が作り出せる。ロープを無限に分割することはできない、物質は滑らかに持続しているのではなく、有限な寸法を持つ個々の原子により形づくられている。分割はできるがその作業は永続しない。「原子」には、それ以上分割されない究極の実体がある。世界に存在するあらゆる物質は、もうそれ以上に分割できない粒子(アトムatom)からできている。「アトム」とはギリシャ語で、これ以上「分割できないatomos」を語源にする。アトムは不変不滅で、自然界で物体や現象が変わるのは、アトムが絶えず動き回って、その組み合わせを変えているからである。デモクリトスは、古代ギリシャの時代に、唯物論を原子論によって完成させたのである。1つの水滴を2つに分ければ、2つの水滴が得られる。その水滴も更に分割はできるが永続はしない。どこかの時点で1個の水分子だけになる。1個の水分子より小さな水滴は存在しない。多くの化学分野に由来する、何世紀にもわたる観測の積み重ねにより、化学物質は僅かな種類の元素で構成され、分子や原子の重さは、ほとんど原子核の重量に依存するため、元素の総数に基づく重力比によって物質の性質が決定されると考えられていた。化学者は、原子の固定的な組み合わせにより分子が構成され、その分子が物質の形を組み立てる、と見立てていた。H2Oと表示される水は、水素と酸素が2対1の割合で含まれている。19世紀末から20世紀初頭のころは、原子や分子は存在しない、と考えている科学者も多かった。科学者や哲学者の多くは、原子論を謬論と見なしていた。デモクリトスのすべての著作の破棄は、古代文明の崩壊のあとに起こった。アリストテレスによれば、物質は四原質と四性質で示されるような関係にある。土は「乾-冷」、水は「冷-湿」、空気は「湿-温」、火は「温-乾」の性質をそれぞれもっている。土と水は「重さ」の性質をもち、土は水より重い、空気と火は「軽さ」の性質を持ち、火は空気よりも軽いとされた。そのため、土と水は自らの性質に応じて下降運動し、逆に、空気と火は上昇運動するのである。philosophyや中世スコラ学Scholologyにも多大な影響を与えた。scholaの学者・教師たちによって担われた哲学・神学で、教父から継承したキリスト教思想と、アリストテレスを中心とする哲学とをどのように調和させ、あるいは区別して理解するかを中心課題とした。一神教の思想が猛威を振るった数百年間に、デモクリトスの合理的な唯物的な自然学は完全に忘却され、長い科学の停滞期に入った。キリスト教は、コンスタンティヌス帝の313年にミラノ勅令で公認され、帝国内に広く浸透していた。テオドシウス帝は381年に、第1コンスタンティノープル公会議を召集し、三位一体説を正統教義として確認した。あろうとなかろうと、キリストは本当の神性を持ち、まさに神自身と全く同質である」と説くアタナシウス派キリスト教を事実上の国教とする措置をとった。これによって神、イエス・キリスト、精霊の3つが全て神性を持つという三位一体説のキリスト教信仰が、ローマ帝国と結びついて権威ある国家宗教とされる。それ以来、古代の思想を考究する学派は次々と閉鎖され、キリスト教と相容れない文書は悉く破棄された。プラトンとアリストテレスは、異教徒であるが「魂の不死」を信じていたため、教会から容認されることもあった。デモクリトスの文章は破棄された。20世紀の初めにおいても、物理学者の多くは、原子は化学反応を説明するために化学者が便宜的に取り入れた架空の概念と見ていた。目に見えない、2個の水素原子と1個の酸素原子から構成される水分子の存在など、我々は原子を決して見ることはできないし、しかも、その大きさすら測りえない、それを信じる術がない。物質は原子から構成されると言う「原子仮説」を、1905年、アルベルト・アインシュタインにより、微粒子のまわりにある気体や液体の分子の運動が、ブラウン運動の原因と考え、数学的に解析することで証明して見せた。Physik』に発表している。それは、1799年創刊、世界で最も古い物理学の学術雑誌の一つ。review済み原著論文を掲載している。査読(さどく)とは、研究者が学術雑誌に投稿した論文が、掲載される前に行われる、研究者仲間や同分野の専門家による評価や検証のことである。研究助成団体に研究費を申請する際にも、審査refereeinと言う査読がなされる。25歳のアインシュタインが、23世紀前のレウキッポスLeukipposとデモクリトスのよって提示された説を証明して見せた。レウキッポス(BC470年頃~没年不詳)は、BC5世紀後半の古代ギリシアの哲学者であり、デモクリトスの師であり、共に原子論の理論を組み上げたと、アリストテレスは、原子論atomismの創始者と呼んだ。目次へ2)ブラウンとアインシュタイン微粒子を浮かべる気体や液体のあらゆる種類が、ブラウン運動は起こす。ブラウン運動は、温度が高いほど、微粒子が小さいほど激しくなる。ブラウン運動に興味をもったアインシュタインは、ブラウン運動を理論的に解析した。小さな浮遊粒子は常に水分子の衝突を受け、それらの力は途絶えることがないためにブラウン運動が続く。自然環境では、通常、ブラウン粒子も周りの水を含めれば温度が一定の熱平衡系である。それでも、小さな熱平衡系は常にゆらいでいる。アインシュタインの関係式は、ゆらぎの大きさと外部から力を加えた時の動きやすさが比例していることを示していた。平衡状態から少しずらすためには、外から力を加えればよい。一般に加えた力が弱ければ応答としての動きの速さはそれに比例する。これを線形応答と言う。抵抗(R)という式が成り立ち、電流は加えた電圧に比例し、抵抗に反比例する。抵抗(R)とは、その物体の電流を流しにくい度合いを指す。