【遍歷定理通過測試】

明道

【遍歷定理通過測試】

 

 

並為所有

一個多世紀以來，科學家們一直依賴的“遍歷理論”解釋如運動分子在液體中的擴散過程。

然而，他們並沒有能夠確認實驗的核心宗旨的定理 - 這些分子的隨機運動的整個合奏的平均重複測量單個分子的隨機運動是相同的。

然而，現在，在德國的研究人員已經測量這兩個參數，在同一系統中 - 使它們首先要確認實驗遍歷定理應用於擴散。

實驗發達，從工作的克里斯托弗Bräuchle和一隊在慕尼黑路德維希 - 馬克西米利安大學的，誰開發出一種技術，用於跟踪單個染料分子溶解在酒精，然後通過一個納米材料。

了大量的技術，因為它起著重要的作用，包括分子篩，催化和藥物輸送，這種擴散是超過只是學術上的興趣。

的光點

要確認遍歷定理，Bräuchle的研究小組跟踪了分子的光照射樣品。

這使得分子熒光，使它們看起來查看時，使用高功率光學顯微鏡的光點。

通過使用染料分子在非常低的濃度，研究人員確保每個點的光對應於只有一個分子。

因此，通過測量一個點的強度分佈，發現它的質心，慕尼黑隊能夠確定的染料分子在約5納米的位置。

單個分子，他們穿過樣品採取了一系列的快照，然後遵循。

同時，約爾格·卡爾格在萊比錫大學的領導的研究小組使用了核磁共振（NMR）技術來跟踪一個類似的樣品中的染料分子的擴散。

脈衝場梯度NMR方法是對所有的染料分子的集體運動，不能確定單個分子。

比較的結果表明，從兩組的平均單個染料分子（在慕尼黑計量）中的擴散係數的許多測量的時間是相同的集體的染料分子的擴散係數（測定在萊比錫）。

鑑於擴散涉及分子的隨機運動，因此該研究證實了遍歷定理。

相互矛盾的要求

Bräuchle告訴physicsworld.com的主要挑戰是要找到一個系統，可以使用這兩種技術研究。

熒光法效果最好，當染料濃度極低，分子移動非常緩慢- ，而NMR測量需要更高的濃度和速度更快的運動。

涉及使用一種特殊的微孔材料，減慢的分子，並約束它們的平面，使他們更容易跟踪與顯微鏡的妥協。

此外，的NMR實驗中的染料濃度，用於熒光測量的大於約10倍。

現在，研究人員已經制定了一個確認的遍歷定理，他們熱衷使用的技術來搜索系統不服從定理。

Bräuchle認為，這可能會發生一些分子通過活細胞擴散 - 這可能有重要影響藥物如何被設計的。

這項研究是描述在應用化學。

關於作者

麥高約翰斯頓是編輯器的physicsworld.com

 

引用：http://physicsworld.com/cws/article/news/2011/oct/20/ergodic-theorem-passes-the-test