據(jù)英國(guó)《新科學(xué)家》雜志網(wǎng)站5月21日?qǐng)?bào)道，美國(guó)得克薩斯大學(xué)的研究人員稱，他們首次通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法觀測(cè)到了布朗運(yùn)動(dòng)中單個(gè)粒子運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度，從而證明了能量均分定理適用于布朗粒子。而100年前愛(ài)因斯坦曾預(yù)言這是一件不可能完成的任務(wù)。相關(guān)論文發(fā)表在最新一期的美國(guó)《科學(xué)》雜志上。
 
　　布朗運(yùn)動(dòng)是氣體或液體中的微觀粒子不停進(jìn)行無(wú)規(guī)則曲線運(yùn)動(dòng)的一種狀態(tài)，于1827年由英國(guó)植物學(xué)家布朗發(fā)現(xiàn)。1907年，愛(ài)因斯坦提出了能量均分定理。這一統(tǒng)計(jì)力學(xué)的基本理論認(rèn)為，一個(gè)微觀粒子的動(dòng)能只取決于其溫度，而與其大小和質(zhì)量無(wú)關(guān)。但他預(yù)言，由于布朗運(yùn)動(dòng)中粒子間的高速碰撞會(huì)導(dǎo)致其運(yùn)動(dòng)方向和速度不斷發(fā)生變化，布朗運(yùn)動(dòng)中單個(gè)粒子的瞬時(shí)速度將無(wú)法測(cè)定，直接證明能量均分定理適用于布朗粒子難以實(shí)現(xiàn)。

　　得克薩斯大學(xué)的研究人員找到了一種在空氣中測(cè)定布朗粒子瞬時(shí)速度的方法。研究人員稱，由于空氣的密度遠(yuǎn)低于水，所以粒子碰撞的頻率也要比液體中低得多，兩次碰撞的間隔時(shí)間相應(yīng)的也要長(zhǎng)一些。借助光鑷技術(shù)，該研究小組用兩束激光將一個(gè)直徑為3微米的玻璃珠捕獲，并讓其懸浮在空中。通過(guò)測(cè)量激光束偏移的距離，就可以計(jì)算出玻璃珠移動(dòng)的距離。根據(jù)這些測(cè)量數(shù)據(jù)，研究人員每隔5微秒就可獲得一次玻璃珠的速度值，并直接證實(shí)了能量均分定理對(duì)于布朗粒子而言是站得住腳的。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)成果也朝著將玻璃珠冷卻至較低能態(tài)以用作振蕩器或傳感器邁進(jìn)了一步。

　　負(fù)責(zé)該研究的得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的物理學(xué)家馬克?雷曾說(shuō)，100年前的人們無(wú)法設(shè)想用激光將布朗粒子懸浮在空中，也無(wú)法想象用超聲震動(dòng)的方式來(lái)減緩布朗粒子的能量。下一步，他們計(jì)劃用激光進(jìn)一步減緩布朗粒子的運(yùn)動(dòng)，以使之呈現(xiàn)其最低能態(tài)，從而展現(xiàn)通常只在亞原子身上才能看到的量子力學(xué)特性。

　　德國(guó)哥廷根大學(xué)的克里斯托夫?施密特說(shuō)，從技術(shù)上看，雖然現(xiàn)在已經(jīng)能夠在空間分辨率（通過(guò)儀器可識(shí)別物體的臨界幾何尺寸）上對(duì)多種粒子進(jìn)行追蹤和定位，但能夠在如此短的時(shí)間內(nèi)對(duì)布朗微粒的運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行測(cè)量仍是一項(xiàng)重要的進(jìn)展。

　　雷曾說(shuō)：“這次我們觀測(cè)到了一個(gè)布朗粒子的瞬時(shí)速度。從某種意義上說(shuō)，我們解決了普通物理學(xué)中布朗粒子瞬時(shí)速度測(cè)定的問(wèn)題，但在量子物理學(xué)中，我們還將面臨著更多的挑戰(zhàn)。”他認(rèn)為，在量子水平上，能量均分定理將不適用，因?yàn)槭芰孔恿W(xué)支配的物體即使溫度為零，也同樣具有一定的動(dòng)能。