mouvement brownien

Vers 60 avant notre ère, Lucrèce décrit la danse des poussières dans un rayon de soleil. Le poète y voit l'effet de chocs d'atomes, transmis jusqu'à des corps visibles. Son exemple est trompeur : ce sont surtout les courants d'air qui portent ces grains.

À l'été 1827, le botaniste écossais Robert Brown observe au microscope du pollen de Clarkia pulchella placé dans l'eau. Ce sont de minuscules particules contenues dans les grains qui s'agitent, et non ces derniers. On croit d'abord à un signe de vie, jusqu'à ce qu'il recommence avec des poussières de verre et de roche. La même agitation apparaît, sans qu'il puisse en expliquer l'origine. Il reconnaît aussi avoir eu des prédécesseurs, dont l'abbé John Turberville Needham.

En 1877, Joseph Delsaux et Ignace Carbonnelle proposent une explication : les molécules du liquide heurtent sans cesse les particules. La première description mathématique vient pourtant de la Bourse. Louis Bachelier la présente en 1900 dans sa thèse, Théorie de la spéculation, qui restera peu connue jusqu'aux années 1950. Albert Einstein donne en 1905 des prévisions chiffrées, fondées sur des atomes dont l'existence reste alors très discutée.

Jean Perrin suit au microscope 500 particules de gomme, d'un diamètre inférieur au millième de millimètre, pour vérifier cette explication. Ses mesures permettent de compter les molécules. Il obtient des résultats concordants par 13 méthodes différentes. Norbert Wiener donne une définition mathématique rigoureuse du mouvement brownien en 1923. Le prix Nobel récompense Perrin en 1926.

Au début des années 1990, Brian Ford reprend le matériel de Brown pour répondre aux doutes sur la qualité de ses observations. L'agitation est bien visible avec cet équipement ancien. En 2010, une minuscule bille de verre maintenue dans l'air sert à une nouvelle expérience. On mesure pour la première fois la vitesse d'une particule brownienne à un instant donné.