Le mouvement brownien est un phénomène par lequel de petites particules en suspension dans un liquide ont tendance à se déplacer selon des chemins pseudo-aléatoires ou stochastiques à travers le liquide, même si le liquide en question est calme. C’est le résultat de l’asymétrie des impacts cinétiques des molécules qui composent le liquide. La phase liquide, par définition, doit avoir une certaine température, ce qui signifie que ses molécules ou atomes doivent être excités thermiquement, se heurtant les uns aux autres et les objets suspendus à l’intérieur. Pour se représenter ce phénomène, une personne peut imaginer le mouvement de balles de golf sur une table remplie de milliers de roulements à billes se déplaçant selon des trajectoires rapides.
L’expression mouvement brownien peut également faire référence à des modèles mathématiques utilisés pour décrire le phénomène, qui ont des détails considérables et sont utilisés comme approximations d’autres modèles de mouvement stochastique. Le mouvement mathématique est lié à, mais plus structuré que, la marche aléatoire, dans laquelle le déplacement d’une particule est entièrement aléatoire. Le phénomène a la propriété de Markov, un terme de la théorie des probabilités qui signifie que l’état futur de la particule est entièrement déterminé par son état actuel, et non par un état passé. Utilisé dans ce sens, le concept mathématique est légèrement différent, mais très similaire au mouvement brownien physique.
Le scientifique qui a rendu le mouvement brownien célèbre est Albert Einstein, qui a attiré l’attention de la communauté des physiciens sur le phénomène en publiant un article à ce sujet en 1905, son annus mirabilis personnel ou année merveilleuse. Le phénomène a été observé dès 1765, mais n’a été décrit ni étudié en détail jusqu’aux recherches du botaniste Robert Brown en 1827, et il est nommé en l’honneur de son travail. En tant que botaniste, Brown a d’abord observé l’effet du pollen flottant dans l’eau, où il est visible à l’œil nu. Grâce à l’expérimentation, Brown a déterminé que les grains de pollen ne se propulsaient pas indépendamment, mais plutôt que leur mouvement était pseudo-aléatoire.
Jean Perrin, un physicien français qui a plus tard remporté le prix Nobel, s’est lancé dans les travaux d’Einstein. Utilisant le mouvement brownien comme preuve, en 1911, il prouva une fois pour toutes que la matière est faite d’atomes et de molécules. Bien que la théorie atomique soit à l’origine attribuée à John Dalton, le physicien britannique des XVIIIe et XIXe siècles, elle a été contestée pendant plus d’un siècle et ce sont les travaux de Perrin qui ont abouti à son acceptation universelle.