Physics 版 (精华区)

发信人: FDTD (放荡*坦荡), 信区: Physics
标  题: 生命是什么 -- 8
发信站: 哈工大紫丁香 (2003年05月09日11:18:00 星期五), 站内信件

发信人: saaa (钩月), 信区: Science
标  题: 生命是什么 -- 8
发信站: 瀚海星云 (Sun Aug 11 14:54:12 2002)


8. 第二个例子（布朗运动，扩散）

    如果你把微滴组成的雾装进一个密封的玻璃容器的底部，你将发现雾的上面的界限

在按一定的速度逐渐下沉。这种速度取决于空气的粘度和微滴的大小和比重。可是，如

果你在显微下注视一粒微滴，你会发现它并不一直以恒定的速度在下沉，而是在作一种

十分不规则的运动，即所谓布朗运动，只有平均地看，这种运动才相当于一种有规则的

下沉。

    这些微滴并不是原子，可是它们既小又轻，足以感觉到不断碰撞敲击它表面的分子


    中间单个分子的碰撞。它们就是这样地碰撞着，只是从平均来说才服从重力的影响。


    这个例子说明，如果我们的感官也能感觉到只是几个分子的碰撞，那我们将会有多

么莫名其妙和杂乱无章的经验呀。细菌和其他一些有机体是这么小，以致是受到这种现

象的强烈影响的。它们的运动是由周围环境中的热的倏忽变动所决定的，它们自己没有

选择的余地。如果它们自己有一点动力，它们还是有可能成功地从一处移到另一处，但

是这还是有点困难的，因为热运动颠簸着它们，使它们象飘浮在汹涌大海中的一叶扁舟

。

    非常类似于布朗运动的一种现象是扩散现象。在一只装满液体，比如装满水的容器

中，溶解少量的有色物质，比如高锰酸钾，并使浓度不完全一样。如果你对这个系统放

手不管，那么就开始了很缓慢的"扩散"过程。高锰酸钾将从高浓度的地方向低浓度的地

方散布，直到均匀地分布于水中为止。

    关于这个简单的、显然不是特别有趣的过程来说，值得注意的是，决不是象人们所

想像的那样，是由任何一种趋向或力量驱使高锰酸钾分子从稠密的地区迁到稀疏的地区--

就象一个国家的人口分散到有更多活动余地的地区那样。在高锰酸钾分子那里，根本没

有发生那样的事情。每一个高锰酸钾分子对所有其他的高锰酸钾分子来说，是完全独立

地行动着，它很少彼此相碰。可是，每一个高锰酸钾分子，无论是在稠密的地区，还是

在空旷的地区，都遭到水分子的不断撞击的同样命运，从而以一种不可预测的方向逐渐

地向前移动--有时朝高浓度的方向，有时朝低浓度的方向，有时则是斜刺里移动。这种

运动，常常同蒙住眼睛的人的活动相比拟。这个蒙住眼睛的人站在地面上，充满了某种

"走路"的欲望，可是并没有选定任何特定的方向，因而不断地在变动着他的路线。

    尽管所有的高锰酸钾分子都是这样随机地走动，还是产生了一种有规则的朝低浓度

方向的流动，最后造成了均匀的分布，乍看起来，这是令人困惑不解的--但仅仅是乍看

起来而已。如果你把它想像为一层层浓度几乎恒定的薄片，某一瞬间某一薄片所含的高

锰酸钾分子，由于它们的随机走动，确实将以相等的几率被带到右边或左边去。但正是

由于这一点，一个隔着二块相邻薄片的平面上通过的分子，来自左面的比来自右面的要

多，这只是由于左面比右面有更多的分子在从事随机行走的缘故。只要是这种情况，平

均将表现为一种自左到右的有规则的流动，直到均匀分布。

    把这些想法译成数学语言时，精确的扩散定律可用偏微分方程来表达，我不打算解

释这个方程式来麻烦读者，虽然它的含义用普通语言来说也是很简单的。这里之所以提

到严格的"数学上精确的"定律，是为了强调它的物理学的精确性在每一项具体应用上一

定还会受到挑战的。由于它是以纯机遇为根据的，所以它的正确性只是近似的。一般地

说，如果它是一个极好的近似值，那也只是在扩散现象中有无数分子的合作的缘故。我

们要预先考虑到，分子的数目愈少，偶然的偏差就愈大--在适合的条件下，这是可以观

察到的。

天下英雄出我辈，一入江湖岁月催；
王图霸业笑谈中, 不及人生一场醉！
※ 来源:．瀚海星云 fbbs.ustc.edu.cn [FROM: 202.38.76.218]



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我要离开尘世的喧嚣,漂流到宇宙的彼岸,

去用心聆听苍穹深处最美妙的音符.

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