This content is currently available only in the original Korean. An English translation is in progress.

페랭의 브라운 운동 실험

보이지도 않는 원자와 분자가 정말 있다는 것을, 페랭은 알갱이의 떨림으로 어떻게 보였을까요?

무슨 일이 일어났나

APS 에 따르면 아인슈타인의 1905 년 논문은 알갱이가 간 거리 제곱의 평균이 시간에 비례하고, 그 빠르기가 온도 · 끌림(마찰) · 볼츠만 상수에 달려 있다고 내다봤습니다.

프랑스 물리학자 페랭(Jean Baptiste Perrin)은 실험으로 이 식을 시험했고, 그 결과가 아인슈타인 식의 정확함을 의심할 수 없게 한다고 결론지었습니다(APS).

시뮬레이터는 알갱이 자리를 0.5 초마다 점으로 찍어 잇습니다 — 60 초 뒤 알갱이는 0.458 m 떨어져 있고, 시간 평균 ½Mv² 은 1.07 J 로 분자 하나의 kT(1 J)에 가깝습니다.

씨앗 끌개를 바꾸면 분자의 처음 배치가 달라져 지그재그 길도 매번 다르게 그려집니다 — 하나의 길은 예측할 수 없고, 많은 길을 모아야 규칙이 보입니다.

💡 생활 속 예시

물에 떨어뜨린 잉크 한 방울이 젓지 않아도 천천히 번지는 것도, 분자들이 제멋대로 부딪히며 조금씩 퍼뜨리기 때문입니다.
물에 갠 아주 고운 물감 가루가 한참 동안 가라앉지 않고 떠 있는 데에는 물 분자가 사방에서 두드려 흩어 놓는 몫도 있습니다.

누가 왜 찾았나

1827 년 브라운이 본 알갱이의 떨림을, 아인슈타인은 1905 년 논문에서 액체 분자가 두드린 결과로 보고 간 거리 제곱의 평균이 시간에 비례한다고 셈했습니다(APS). 이 예측이 맞는지 실험으로 시험한 사람이 프랑스 물리학자 페랭이었고, 그는 결과가 아인슈타인 식의 «엄밀한 정확함» 을 의심할 수 없게 한다고 결론지었습니다.

확인된 값

페랭(Jean Baptiste Perrin)의 실험 — 아인슈타인 식이 정확함을 의심할 수 없게 보였다 (APS): Jean Baptiste Perrin 출처
페랭이 시험한 이론 — 아인슈타인 1905 년 «멈춘 액체에 떠 있는 작은 알갱이의 운동» 논문 (APS): 1905 출처
브라운 운동 — 잉글랜드 KS3 교육과정 항목: 브라운 운동 출처
아보가드로 상수 N_A 의 오늘 정의값 — 페랭이 알갱이로 어림한 «원자의 수» (CODATA 2022): 6.02214076e+23 1/mol 출처
실험을 한 사람 — 프랑스 물리학자 장 바티스트 페랭 (APS): Jean Baptiste Perrin 출처
아인슈타인의 예측 — 간 거리 제곱의 평균은 시간에 비례 (APS): ⟨x²⟩ ∝ t 출처
그 빠르기를 정하는 것 — 온도 · 끌림 계수 · 볼츠만 상수 (APS): 온도 · 끌림 · k 출처
브라운 운동 — 원자 · 분자가 있다는 것을 간접으로 확인하는 방법 (APS): 간접 확인 출처
브라운이 꽃가루 속 알갱이의 떨림을 본 해 (APS): 1827 출처

교육과정에서는

한국 2022 · 과학(중학교) · 물질의 상태 변화 [9과04-01]
잉글랜드 · KS3 Physics: Physical changes

출처

https://www.aps.org/apsnews/2016/08/robert-brown-molecular-motion-pollen(확인 2026-11-12)
https://assets.publishing.service.gov.uk/media/5a7d563de5274a2af0ae2ffa/SECONDARY_national_curriculum_-_Science_220714.pdf(확인 2026-11-12)
https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?na(확인 2026-11-12)
https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1926/perrin/lecture/(확인 2026-11-12)