Wenn man einen Tropfen Tinte in ein Glas klaren Wassers gibt, wird sich die Tinte langsam ausbreiten und schließlich vollständig mit dem Wasser vermischen. Dies zeigt, dass Moleküle einer Flüssigkeit in eine andere Flüssigkeit übergehen können. Flüssigkeitsmoleküle sind ständig in Bewegung, oder die Moleküle, aus denen eine Flüssigkeit besteht, sind „aktiv“. Im Allgemeinen sind die Moleküle eines Gases noch „aktiver“. Wenn zum Beispiel die von Ihnen gepflanzten Jasminblüten blühen, können sogar Ihre Nachbarn ihren Duft riechen; wenn Fisch oder Fleisch verfault, verbreitet sich ein übler Geruch in der Umgebung. Tatsächlich sind auch feste Moleküle oder Atome nicht sehr ruhig. Wenn Sie zwei sehr glatte und saubere Bleiplatten fest auf einer Goldplatte drücken, werden Sie nach einigen Monaten feststellen, dass die beiden Platten miteinander verklebt sind. Die Bleiatome sind in das Gold eingedrungen, und die Goldatome sind in das Blei eingedrungen. Wenn man sie fünf Jahre lang lässt, dringen Gold- und Bleiatome sogar etwa einen Zentimeter tief ineinander ein. Ähnlich wird die Wand und der Boden in der Ecke, wo Kohle gelagert wird, nach einer langen Zeit sehr schwarz, weil Kohlenstoffatome in die Wand eingedrungen sind. Dieses Phänomen wird als Wärmebewegung bezeichnet, d.h. die unregelmäßige Bewegung einer großen Anzahl von Molekülen oder Atomen, aus denen Materie besteht. Je höher die Temperatur, desto stärker ist die Wärmebewegung.
Ein berühmtes Phänomen, das die chaotische Bewegung von Flüssigkeits- und Gasmolekülen belegt, ist die „Brown’sche Bewegung“, die vom britischen Botaniker Robert Brown entdeckt wurde. 1827 gab Brown Pollen in Wasser und nahm dann einen Tropfen dieser Suspension unter ein Mikroskop. Er stellte erstaunt fest, dass einige aus dem Pollen abgetrennte kleine Partikel in dem Wasser wie besessen umherwirbelten, und zwar in sehr schneller Weise, wobei sowohl die Richtung als auch die Geschwindigkeit der Bewegung jedes Partikels ständig wechselten, als würden sie einen unregelmäßigen Tanz aufführen. Selbst wenn man diese Suspension dicht verschloss hält, kann man diese Bewegung Tag und Nacht, im Frühling, Sommer, Herbst und Winter beobachten, und sie hört auch dann nicht auf, wenn man sie lange beobachtet. Auch in der Luft kann man die Brown’sche Bewegung beobachten, insbesondere in einem sonnendurchfluteten Raum, wo man deutlich die in der Luft schwebenden Partikel (wie Staub) beobachten kann, die ebenfalls einen unregelmäßigen Tanz aufführen.
Wie entsteht die Brown’sche Bewegung? Ursprünglich scheint es, dass die Flüssigkeit, die wir als zusammenhängend betrachten, tatsächlich aus vielen Molekülen besteht, die ständig eine unregelmäßige Bewegung (Wärmebewegung) durchführen. Wenn die suspendierten Partikel klein genug sind, werden sie von den Flüssigkeitsmolekülen aus allen Richtungen ungleichmäßig angegriffen. In einem Moment werden die Partikel in einer Richtung stark angegriffen, und im nächsten Moment werden sie in einer anderen Richtung stark angegriffen, sodass die Partikel ständig ihre Bewegungsrichtung ändern. Dadurch entsteht die unregelmäßige Bewegung der Partikel, die Brown’sche Bewegung.
Lange Zeit verstand man nicht, warum die Brown’sche Bewegung auftritt. 1877 wies D’Arcy korrekt darauf hin, dass die Brown’sche Bewegung durch die ständigen Angriffe von Molekülen auf sehr kleine Partikel verursacht wird. 1905 erklärte Einstein mit statistischen Methoden vollständig die Gesetzmäßigkeit der Brown’schen Bewegung und bewies, dass Atome und Molekülen tatsächlich existieren. Die Experimente und theoretischen Erklärungen zur Brown’schen Bewegung bilden die Grundlage der Molekularbewegungstheorie und der statistischen Mechanik.