Så visade Perrin att molekyler existerar

Botanikern Robert Brown (1773–1858) såg hur pollenkorn i vatten rörde sig på ett slumpartat sätt. Flera forskare ville förklara det här med knuffar från molekylerna i vattnet, men ingen kunde avgöra frågan. Albert Einstein publicerade sin teoretiska artikel om brownsk rörelse 1905, ungefär samtidigt med några andra fysiker som oberoende kom fram till samma resultat.

Flera forskare hade försökt mäta medelhastigheten hos korn i vatten, men det gick inte att få ut rimliga värden. Rörelsen är så slumpartad och byter riktning så ofta att det är omöjligt att se exakt hur lång sträcka de har rört sig på en viss tid. En annan av svårigheterna var att mäta precis hur stora kornen var, vilket var en av parametrarna i Albert Einsteins formel.

Den franske fysikern Jean Baptiste Perrin utvecklade noggrant utformade experiment för att verifiera de teoretiska formlerna. Han och hans studenter framställde mikroskopiskt små kulor av materialet gummigutta, som bland annat brukade användas som färgpigment. Med hjälp av en centrifug kunde de skilja på dem och välja ut ett prov med lika stora kulor.

Forskargruppen utvecklade minst tre olika sätt att mäta storleken på kulorna. En av metoderna var att mäta den totala volymen av ett litet prov av kulorna i vatten, och sedan få dem att fällas ut på kärlets väggar så att det gick att räkna dem i mikroskop.

Nu använde Jean Perrin sina gummikulor för att göra en detaljstudie av brownsk rörelse. Albert Einstein hade härlett en formel för hur långt ett korn flyttar sig i genomsnitt per tidsenhet – den exakta hastigheten behövs inte. Jean Perrins medarbetare tittade på ett prov i mikroskop, och ritade ut läget för en av kulorna med en halv minuts mellanrum. Detta upprepades för många kulor.

Nu kunde Jean Baptiste Perrin sätta in mätvärdena i Einsteins formel, och använda sina siffror för att räkna ut ett värde för en konstant som kallas Avogadros tal. Värdet stämde överens med resultatet från helt andra typer av experiment för att mäta samma tal.

Experimentet upprepades med mikroskopiska kulor av ett annat material, mastix som används i lack. Albert Einstein med flera gjorde sina teoretiska beräkningar utifrån hypotesen att materian består av molekyler. När de teoretiska resultaten kunde bekräftas med experiment blev de flesta fysiker övertygade.

Jean Baptiste Perrin lät också sina prover av mikroskopiska kulor stå stilla så att materialet sedimenterades på botten. Teorin säger att det kommer att finnas kvar några som svävar i vattnet, men att antalet minskar exponentiellt med höjden. Detta kunde han verifiera genom att räkna antalet på olika höjd. Perrin fick Nobelpriset i fysik 1926 för sina arbeten som visade på ”materiens diskontinuerliga struktur”.