2 emping salji yang sama. Teori Salji: Tiada dua kepingan salji yang sama

Mari lihat bagaimana ini boleh diatur.

Satu molekul air ialah satu atom oksigen dan dua atom hidrogen yang terikat bersama. Apabila molekul air beku terikat, setiap molekul mendapat empat molekul lain yang terikat berdekatan: satu pada setiap bucu tetrahedral di atas setiap molekul individu. Ini menyebabkan molekul air terlipat menjadi bentuk kekisi: kekisi kristal heksagon (atau heksagon). Tetapi "kiub" ais yang besar, seperti dalam deposit kuarza, sangat jarang berlaku. Apabila anda melihat ke dalam skala dan konfigurasi terkecil, anda mendapati bahawa satah atas dan bawah grid ini dibungkus dan disambungkan dengan sangat rapat: anda mempunyai "tepi rata" pada dua sisi. Molekul-molekul pada bahagian yang tinggal lebih terbuka, dan molekul air tambahan mengikatnya secara lebih rawak. Khususnya, sudut heksagon mempunyai paling banyak ikatan yang lemah, jadi kita memerhatikan simetri enam kali ganda dalam pertumbuhan kristal.



dan pertumbuhan kepingan salji, konfigurasi tertentu hablur ais

Struktur baharu kemudiannya berkembang dalam corak simetri yang sama, membina asimetri heksagon selepas mencapai saiz tertentu. Dalam kristal salji yang besar dan kompleks, terdapat ratusan ciri yang mudah dibezakan apabila dilihat di bawah mikroskop. Beratus-ratus ciri di antara kira-kira 1019 molekul air yang membentuk kepingan salji biasa, menurut Charles Knight dari Pusat Negara penyelidikan atmosfera. Untuk setiap fungsi ini, terdapat berjuta-juta tempat yang mungkin di mana cawangan baru boleh terbentuk. Berapa banyakkah ciri baharu sebegitu yang boleh dibentuk oleh kepingan salji dan masih tidak menjadi satu lagi daripada banyak?

Setiap tahun di seluruh dunia, kira-kira 10 15 (quadrilion) meter padu salji jatuh ke atas tanah, dan setiap meter padu mengandungi beberapa bilion (10 9) kepingan salji individu. Memandangkan Bumi telah wujud selama kira-kira 4.5 bilion tahun, 10 34 kepingan salji telah jatuh di planet ini sepanjang sejarah. Dan adakah anda tahu berapa banyak, secara statistik, berasingan, unik, ciri percabangan simetri yang boleh dimiliki oleh kepingan salji dan menjangkakan kembar pada titik tertentu dalam sejarah Bumi? Hanya lima. Manakala kepingan salji asli yang besar dan asli biasanya mempunyai ratusan daripadanya.



Walaupun pada tahap satu milimeter dalam kepingan salji, anda boleh melihat ketidaksempurnaan yang sukar untuk ditiru.

Dan hanya pada tahap yang paling biasa anda boleh tersilap melihat dua kepingan salji yang sama. Dan jika anda sudah bersedia untuk turun tahap molekul keadaan akan menjadi lebih teruk. Oksigen biasanya mempunyai 8 proton dan 8 neutron, manakala hidrogen mempunyai 1 proton dan 0 neutron. Tetapi 1 daripada 500 atom oksigen mempunyai 10 neutron, 1 daripada 5000 atom hidrogen mempunyai 1 neutron, bukan 0. Walaupun anda membentuk kristal salji heksagon yang sempurna, dan anda mengira 10 34 hablur salji dalam keseluruhan sejarah planet Bumi, ia akan cukup untuk menurunkan saiz beberapa ribu molekul (kurang daripada panjang cahaya yang boleh dilihat) untuk mencari struktur unik yang tidak pernah dilihat oleh planet ini sebelum ini.



Tetapi jika anda mengabaikan perbezaan atom dan molekul dan meninggalkan "semula jadi", anda mempunyai peluang. Penyelidik kepingan salji Kenneth Libbrecht dari California Institut Teknologi telah membangunkan teknik untuk mencipta "kembar seiras" tiruan kepingan salji dan memotretnya menggunakan mikroskop khas yang dipanggil SnowMaster 9000.

Membesar mereka sebelah menyebelah keadaan makmal, dia menunjukkan bahawa adalah mungkin untuk mencipta dua kepingan salji yang tidak dapat dibezakan.



Dua emping salji yang hampir sama ditanam di makmal Caltech

Hampir. Mereka tidak akan dapat dibezakan kepada orang yang melihat dengan matanya sendiri melalui mikroskop, tetapi mereka tidak akan sama dalam kebenaran. Seperti kembar seiras, mereka akan mempunyai banyak perbezaan: mereka akan mempunyai tapak pengikatan molekul yang berbeza, sifat cawangan yang berbeza, dan semakin besar mereka, semakin besar perbezaan ini. Itulah sebabnya kepingan salji ini sangat kecil dan mengapa mikroskop berkuasa: ia lebih serupa apabila ia kurang kompleks.



Dua emping salji yang hampir sama ditanam di makmal Caltech

Walau bagaimanapun, banyak kepingan salji adalah serupa antara satu sama lain. Tetapi jika anda mencari kepingan salji yang benar-benar serupa pada tahap struktur, molekul atau atom, alam semula jadi tidak akan memberikan anda ini. Sebilangan besar kemungkinan besar bukan sahaja untuk sejarah Bumi, tetapi juga untuk sejarah Alam Semesta. Jika anda ingin mengetahui berapa banyak planet yang anda perlukan untuk mendapatkan dua emping salji yang sama dalam 13.8 bilion tahun sejarah alam semesta, jawapannya adalah pada susunan 10 1000000000000000000000000. Memandangkan terdapat hanya 1080 atom dalam alam semesta yang boleh diperhatikan, ini sangat tidak mungkin. Jadi ya, kepingan salji memang unik. Dan itu meletakkannya secara sederhana.

Biasa kepada setiap pelajar sekolah, kenyataan bahawa tidak ada dua kepingan salji yang serupa telah berulang kali dipersoalkan. Tetapi kajian unik orang California universiti teknologi dapat menamatkan isu Tahun Baru yang benar-benar ini.

Salji terbentuk apabila titisan air mikroskopik di awan tertarik kepada zarah habuk dan membeku.

Kristal ais yang muncul dalam kes ini, yang pada mulanya tidak melebihi diameter 0.1 mm, jatuh ke bawah dan tumbuh akibat pemeluwapan kelembapan dari udara pada mereka. Dalam kes ini, bentuk kristal berbucu enam terbentuk.

Disebabkan oleh struktur molekul air, hanya 60° dan 120° sudut mungkin antara sinaran kristal. Kristal air utama mempunyai bentuk heksagon biasa dalam satah. Kristal baru kemudian didepositkan pada bahagian atas heksagon sedemikian, yang baru didepositkan padanya, dan dengan itu pelbagai bentuk bintang kepingan salji diperolehi.

Profesor Fizik Universiti California Kenneth Libbrecht menerbitkan hasil penyelidikan bertahun-tahun oleh kumpulan saintifiknya. "Kalau awak nampak dua kepingan salji yang sama– mereka masih berbeza! kata profesor itu.

Libbrecht membuktikan bahawa bagi setiap lima ratus atom oksigen dengan jisim 16 g/mol, terdapat satu atom dengan jisim 18 g/mol dalam komposisi molekul salji.

Struktur ikatan molekul dengan atom sedemikian adalah sedemikian rupa sehingga ia membayangkan tak terkira pilihan sambungan di dalam kekisi kristal.

Dalam erti kata lain, jika dua kepingan salji benar-benar kelihatan sama, maka identiti mereka masih perlu disahkan pada tahap mikroskopik.

Mempelajari sifat salji (dan kepingan salji khususnya) bukanlah permainan kanak-kanak. Pengetahuan tentang sifat salji dan awan salji sangat penting dalam kajian perubahan iklim.

Hai semua! Saya Maria, tetapi untuk saya sendiri - Marik. Sepanjang hidup saya, saya percaya pada keajaiban dan sihir, dan masih percaya. Walaupun ramai yang menafikan perkara ini. Itulah sebabnya saya ingin memberitahu kisah ini kepada semua orang. Jadi, mari kita mulakan...

Hari ini 31 Disember Tahun Baru... Saya mempunyai satu keinginan. saya nak kawan. Saya berumur 10 tahun, dan selama ini saya mempunyai seorang teman wanita, tetapi dua bulan lalu dia berpindah, dan saya sangat kesepian. Hakikatnya ialah saya dibesarkan sebagai seorang gadis yang pemalu dan pemalu, saya tidak boleh datang dan bercakap dengan seseorang, pada masa yang sama, tiada siapa yang mahu mengenali saya ... Kecuali Senka (namanya Ksenia), dia sentiasa menyokong dan memberi semangat kepada saya. Tetapi dia pergi, dan sebagai tambahan kepada kesedihan, saya masih mempunyai keinginan yang besar untuk mencari kawan.

Ia akan menjadi tengah malam tidak lama lagi dan saya akan dapat membuat hajat! Saya duduk di dapur bersama ibu bapa dan abang saya. Alexander sudah berumur 16 tahun, saya memanggilnya Alik. Ia bermula dari zaman kanak-kanak, apabila saya tidak dapat menyebut bunyi "R", dan dia tidak suka dipanggil Sasha ...

Akhirnya, presiden menyampaikan ucapannya... Jam mula menunjukkan tengah malam... Saya membuat hajat mengikut semua peraturan... Dan saya memutuskan untuk mengikuti tradisi Tahun Baru, yang ibu bapa saya beritahu saya. Semasa jam menunjukkan pukul dua belas, saya dengan cepat menulis keinginan saya yang paling dihargai pada sekeping kertas, membakarnya dan minum jus dengan abu. Dan saya percaya bahawa hasrat ini akan menjadi kenyataan, kerana semua impian menjadi kenyataan!

Sejam telah berlalu sejak itu. Saya duduk di ambang tingkap dan melihat ke luar tingkap. Alik datang menghampiriku.

Marik, apa yang awak buat? Ah ya, di jalanan!

Tetapi perlukah kita pergi sedikit kemudian?

Ibu bapa dibenarkan keluar awal, dan mereka akan datang dalam masa 10 minit. Baik, mari kita pergi, mari kita bermain bola salji!

Selepas 5 minit, kami berlumba menuruni tangga. Abang saya, seperti biasa, datang berlari dahulu. Dia memenangi saya dalam hampir semua perlawanan, dia tidak pernah mengalah kepada saya di mana-mana, tetapi ini adalah yang terbaik. "Jika anda ingin mengatasi seseorang atau menjadi yang terbaik, maka bertarunglah dengan lawan yang lebih tinggi daripada anda!" Itu yang selalu Alik cakap.

Nah, kakak, saya menang! Dan awak tunaikan hajat saya!

kenapa ni?

Kerana saya menang! Dan mengikut keadaan perselisihan kita, yang kalah memenuhi keinginan pemenang.

Apakah keinginan anda kali ini?

Dan sekarang saya jatuh untuk helahnya. Apabila kami bermain sesuatu, kami membuat perjanjian ini. Saya sudah memenuhi keinginan dan kehendaknya berkali-kali sehingga saya letih.

Dan dari keinginan saya, dia hanya mendapat manfaat. Sekali dia kalah kepada saya dalam catur, dan saya mengarahkannya untuk mengaku kepada gadis itu perasaannya. Dia melakukannya, dan dia membalasnya. Jadi dia mendapat teman wanita.

Anda mesti mencari sekurang-kurangnya seorang rakan dalam masa seminggu, dan selepas itu perkenalkan saya!

Selepas berkata demikian, abang itu tersenyum puas dan membaling ketulan salji kepada saya. Jadi kami melemparkan salji antara satu sama lain untuk masa yang lama, saya tidak faham dengan tepat berapa lama ia bertahan, tetapi saya bergembira dan ketawa dengannya. Rupa-rupanya, saya salah, saya bukan sahaja mempunyai Senka, tetapi juga Alik.

Cukup, saya penat! - Saya merengek.

Tiada apa-apa, mari berguling dalam salji.

Jeritanku pasti kedengaran di seluruh kawasan. Kami berguling dan membuat malaikat. Kami tidak perasan apabila ibu bapa kami menyertai kami. Kami jatuh dalam salji bersama-sama.

Papa dan Alik membakar kotak dengan lampu dan cepat-cepat berlari ke arah kami. Lampu yang berbeza muncul di langit, sama ada merah, kemudian hijau, kemudian biru, kemudian kuning, kemudian ungu, ia sangat cantik! Malangnya, semua perkara yang baik akan berakhir. Selepas bunga api kami pulang ke rumah. Belum sempat saya memejamkan mata saya tertidur.

Untuk masa yang lama, sinaran matahari yang terang menyinari wajah saya tidak membenarkan saya tidur. Apabila saya membuka mata saya, saya tidak percaya pada mulanya! Di hadapan saya di atas bantal adalah kepingan salji sebenar! Ia berbucu lima, sama seperti asterisk. Terdapat dua "cabang" pada setiap sinar. Dan di bahagian atas - terdapat empat daripadanya! Kepingan salji itu sangat hebat dan cantik sehingga saya tidak dapat mengalihkan pandangan.

Hello! - dia tiba-tiba bercakap.

Adakah anda bercakap? Tetapi bagaimana? Dan mengapa anda tidak cair?

Saya bercakap! Saya ajaib! Datuk Frost menghantar saya ke sini, kerana anda membuat permintaan "Saya mahu kawan untuk diri saya sendiri", dan nota ini telah dihantar terus kepadanya! Saya akan membantu anda mencari kawan! Nama saya Snowball, apa nama awak? Ya, dan tidak ada yang seperti saya, ingat itu!

Dan nama saya Marik! Selamat berkenalan.

Kenapa awak sedih, Marik? Mengapa anda tidak boleh berkawan dengan sesiapa sahaja?

cuma saya sangat pemalu...

Sudah jelas anda tidak mempunyai keberanian! Dan hanya sesuatu?

Bola salji ketawa dengan suaranya yang nyaring dan nipis, yang mengingatkan saya pada bunyi loceng kecil.

Ia tidak mudah. Dan masalah saya ialah kerana perselisihan dengan abang saya, saya perlu mencari kawan dalam seminggu.

Kami akan menemui mereka dalam satu hari! Ayuh, bersiap dan mari kita keluar! Saya melihat bahawa anda seorang gadis yang baik, jadi saya akan membantu anda!

Saya pergi ke dapur dan melihat abang saya.

Dan ke mana awak hendak pergi?

Pada tarikh, jangan bosan kakak! Selamat tinggal! Dan selamat mencari kawan!

Selamat tinggal! Semoga berjaya pada tarikh anda!

Pintu ditutup di belakang abang. Dan saya pergi bersarapan dan bersiap untuk ke jalan.

Saya mencium pipi ayah saya dan mula menuruni tangga.

Marik, pergi ke taman permainan!

Mengapa Bola Salji?

Ia akan menjadi lebih mudah untuk mengenali seseorang di sana.

Selepas kata-kata ini, saya perlahan-lahan melangkah ke buaian di taman permainan. Apabila saya menghampiri, saya segera mula menunggang, dan kepingan salji saya memberitahu saya rancangan tindakan.

Jadi mari kita terus ke intipati! Anda akan bercakap dengan orang pertama yang memasuki tapak ini! Dan tidak kira siapa itu, lelaki atau perempuan, sama ada anda mengenalinya atau tidak! Jelas?

Oh, okay, saya menggumam.

Kami menunggu kira-kira lima minit. Seorang gadis sebaya saya melalui pintu pagar. Snow segera menghantar saya kepadanya.

Hai, saya Marik! siapa nama awak

Apa yang awak perlukan?” gumam orang yang tidak dikenali itu.

Jom kita jadi kawan?

Anda berkenalan seperti di tadika. Saya minta maaf, tetapi saya tidak mengacaukan perkara kecil!

Dia segera menjauhi aku dan duduk di bangku. Dan saya pergi ke buaian.

Jangan susah hati! Jom cuba lagi sekarang!

Jadi saya mencuba tiga kali lagi, tetapi semuanya tidak berjaya. Jadi saya pulang ke rumah untuk minum teh panas.

Pada waktu petang, semasa makan malam, semua orang bertanya: "Nah, apa khabar?" Yang saya jawab hanya: "Lain kali anda akan bertuah." Walau apa pun, saya tidak akan berputus asa, kerana saya telah berjanji kepada abang saya, dan kepingan salji tidak sia-sia di sini, saya juga bosan untuk selamanya sendirian.

Keesokan paginya saya dikejutkan oleh kepingan salji dengan suaranya yang nyaring.

Bangun dan menyanyi! Pengembaraan baharu sedang menanti kami! Hari ini abang anda akan pergi ke gelanggang luncur, dan dia pasti akan membawa anda bersamanya!

Dari mana anda mendapatkannya?

Baiklah, cuma... saya tinggalkan dia nota bagi pihak awak.

Apakah nota itu?

Anda mahu pergi ke gelanggang, sudah tentu. Anda perlu berehat.

Selepas kata-katanya, Alik terbang ke dalam bilik.

Mark, awak masih tidur? Ayuh, bangun, kita akan meluncur!

Setengah jam kemudian kami bertolak. Dalam perjalanan ke gelanggang luncur, kami bercakap tentang teman wanitanya, bagaimana mereka mula berkencan dan tarikh mereka. Si abang percayakan saya, jadi dia memberitahu saya segala-galanya tentang dirinya. Apabila kami tiba, kami mengambil kasut kami dan pergi meluncur. Kami berpusing, jatuh dan berseronok. Kami menghabiskan sepanjang hari bersama. Dan saya menyedari sesuatu...

Alik, saya sedar saya tak perlukan kawan, saya ada awak!

Marik, sudah tentu, saya bersyukur, tetapi anda tersilap! Saya abang awak, dan kawan, tidak perlu dikatakan. Tetapi anda mesti mempunyai kawan lain selain saya, anda tidak boleh melakukannya tanpa mereka! Jika tidak, suatu hari nanti anda akan kesepian dan bosan. Tetapi anda masih mempunyai lima hari lagi!

Ya, faham.

Jadi sepanjang hari saya bersama Alik. Selebihnya saya habiskan di rumah. Bola salji menggalakkan saya semampunya. Dan selepas pujukannya untuk kali terakhir semasa cuti, saya tetap keluar ke jalan.

Lihat, budak itu datang ke arah kamu. Jika dia bercakap dengan anda, maka jangan takut, beranilah!

Aku pandang budak tu. Memang dia berjalan ke arah aku.

Hello, saya Borya! siapa nama awak

saya? Saya Maria, tetapi awak boleh Marik sahaja.

Okay, Marik, mari kita berkawan? Cuma, saya baru-baru ini berpindah, dan tidak lama kemudian jatuh sakit. Saya melihat anda melalui tingkap setiap hari, dan bagaimana anda berseronok dengan seorang lelaki pada Tahun Baru. Saya segera mahu berkawan dengan awak. Dan semalam, apabila anda keluar untuk berkenalan, anda telah tiada. Tetapi hari ini anda berada di sini. Mungkin kita boleh menjadi kawan?

jom! Saya gembira.

Jadi kami menghabiskan sepanjang hari dengan kawan baru saya. Pada waktu petang saya memperkenalkan dia kepada abang saya. Tetapi apabila saya pulang, saya tidak lagi melihat Snowball.

Sejak itu, setiap tahun saya hanya meminta satu hajat. Saya mahu melihat Snowball. Masa berlalu, tetapi kepingan salji tidak muncul lagi.

Saya berumur 15 tahun. Saya melihat melalui corak sejuk di luar tingkap ke halaman. Seperti dalam pertemuan pertama kami dengan kepingan salji, matahari bersinar terus ke mata saya, tiba-tiba saya mendengar suaranya yang nyaring sekali lagi.

Bola salji? awak ni? Tetapi bagaimana?

Saya ni! Apa, anda tidak percaya? Ayuh, beritahu saya, apa khabar? Bagaimana dengan Borya? Dan kemudian saya perlu terbang, saya mencari sebentar.

Semuanya baik-baik saja! Saya telah mendapat ramai kawan terima kasih kepada anda. Dan sekarang kita bertemu Borey! Abang, dengan cara itu, melamar teman wanitanya! Terima kasih banyak untuk segala-galanya!

Saya gembira untuk awak! Saya ingin mengucapkan selamat tinggal kepada awak kerana kali terakhir Tidak berjaya. Selamat tinggal, Marik! Saya berjanji saya tidak akan melupakan awak!

selamat tinggal! Dan saya berjanji, Bola salji...

Saya hampir membisikkan ayat terakhir. Imej kepingan salji, yang saya kenali lima tahun lalu, berputar di kepala saya, dan saya melihatnya hari ini. Saya menyedari bahawa Bola salji saya terbang kepada saya ... Lagipun, tidak ada kepingan salji yang sama.

Ini adalah keajaiban kecil, sihir kecil yang membantu saya mencari kawan. By the way, Borya adalah suami saya, dan kini kami mempunyai dua anak. Saya sering menceritakan kisah ini kepada mereka. Dengan Senka kami terus berkomunikasi.

Orang ramai, percaya kepada keajaiban! Mereka akan membuat anda lebih bahagia! Terima kasih kepada Snezhka, hidup saya menjadi cerah dan positif.

Di sinilah kisah saya berakhir, saya harap pembaca akan memahami saya dan berhenti menafikan perkara yang jelas, dan sebaliknya menjadi lebih baik dan lebih gembira! Percaya pada keajaiban dan ia pasti akan menjadi kenyataan!

Pernahkah anda mendengar frasa "kepingan salji ini istimewa", kata mereka, kerana biasanya terdapat banyak dan semuanya cantik, unik dan menarik, jika anda perhatikan dengan teliti. Kebijaksanaan lama mengatakan bahawa tidak ada dua kepingan salji yang sama, tetapi adakah ia benar-benar benar? Bagaimana anda boleh mengisytiharkan ini tanpa melihat semua kepingan salji yang jatuh dan jatuh? Tiba-tiba kepingan salji di suatu tempat di Moscow tidak berbeza dengan kepingan salji di suatu tempat di Alps.

Untuk menangani isu ini dengan titik saintifik pandangan, kita perlu tahu bagaimana kepingan salji dilahirkan dan apakah kebarangkalian (atau kemustahilan) dua yang serupa akan dilahirkan.

Kepingan salji diambil dengan mikroskop optik konvensional

Kepingan salji, pada terasnya, hanyalah molekul air yang mengikat bersama dalam konfigurasi pepejal tertentu. Kebanyakan konfigurasi ini mempunyai beberapa jenis simetri heksagon; ini ada kaitan dengan bagaimana molekul air, dengan sudut ikatan khusus mereka - yang ditentukan oleh fizik atom oksigen, dua atom hidrogen, dan daya elektromagnet- boleh berkomunikasi antara satu sama lain. Hablur salji mikroskopik yang paling mudah yang boleh dilihat di bawah mikroskop adalah saiz satu persejuta meter (1 mikron) dan boleh menjadi sangat mudah dalam bentuk, seperti plat kristal heksagon. Ia adalah kira-kira 10,000 atom lebar, dan terdapat banyak seperti itu.

Menurut Buku Rekod Dunia Guinness, Nancy Knight dari Pusat Penyelidikan Atmosfera Kebangsaan kebetulan menemui dua kepingan salji yang sama semasa mengkaji kristal salji semasa ribut salji Wisconsin sambil membawa mikroskop. Tetapi apabila wakil memperakui dua kepingan salji sebagai serupa, mereka hanya boleh bermakna bahawa kepingan salji adalah sama untuk ketepatan mikroskop; apabila fizik menghendaki dua perkara adalah sama, ia mestilah sama hingga ke zarah subatom. Yang bermaksud:

• anda memerlukan zarah yang sama
• dalam konfigurasi yang sama
• dengan sambungan yang sama
• dalam dua sistem makroskopik yang berbeza sama sekali.

Mari lihat bagaimana ini boleh diatur.

Satu molekul air ialah satu atom oksigen dan dua atom hidrogen yang terikat bersama. Apabila molekul air beku terikat, setiap molekul mendapat empat molekul lain yang terikat berdekatan: satu pada setiap bucu tetrahedral di atas setiap molekul individu. Ini menyebabkan molekul air terlipat menjadi bentuk kekisi: kekisi kristal heksagon (atau heksagon). Tetapi "kiub" ais yang besar, seperti dalam deposit kuarza, sangat jarang berlaku. Apabila anda melihat ke dalam skala dan konfigurasi terkecil, anda mendapati bahawa satah atas dan bawah grid ini dibungkus dan disambungkan dengan sangat rapat: anda mempunyai "tepi rata" pada dua sisi. Molekul-molekul pada bahagian yang tinggal lebih terbuka, dan molekul air tambahan mengikatnya secara lebih rawak. Khususnya, sudut heksagon mempunyai ikatan yang paling lemah, itulah sebabnya kita memerhatikan simetri enam kali ganda dalam pertumbuhan kristal.

Struktur baharu kemudiannya berkembang dalam corak simetri yang sama, membina asimetri heksagon selepas mencapai saiz tertentu. Dalam kristal salji yang besar dan kompleks, terdapat ratusan ciri yang mudah dibezakan apabila dilihat di bawah mikroskop. Beratus-ratus ciri di antara kira-kira 1,019 molekul air yang membentuk kepingan salji biasa, menurut Charles Knight dari Pusat Penyelidikan Atmosfera Kebangsaan. Bagi setiap fungsi ini, terdapat berjuta-juta tempat yang mungkin di mana cawangan baharu boleh terbentuk. Berapa banyakkah ciri baharu sebegitu yang boleh dibentuk oleh kepingan salji dan masih tidak menjadi satu lagi daripada banyak?

Setiap tahun di seluruh dunia, kira-kira 1015 (quadrilion) meter padu salji jatuh ke atas tanah, dan setiap meter padu mengandungi kira-kira beberapa bilion (109) kepingan salji individu. Memandangkan Bumi telah wujud selama kira-kira 4.5 bilion tahun, 1,034 kepingan salji telah jatuh di planet ini sepanjang sejarah. Dan adakah anda tahu berapa banyak, secara statistik, berasingan, unik, ciri percabangan simetri yang boleh dimiliki oleh kepingan salji dan menjangkakan kembar pada titik tertentu dalam sejarah Bumi? Hanya lima. Sedangkan kepingan salji asli yang besar dan asli biasanya mempunyai ratusan daripadanya.

Walaupun pada tahap satu milimeter dalam kepingan salji, anda boleh melihat ketidaksempurnaan yang sukar untuk ditiru.

Dan hanya pada tahap yang paling biasa anda boleh tersilap melihat dua kepingan salji yang sama. Dan jika anda sanggup turun ke peringkat molekul, keadaan menjadi lebih teruk. Oksigen biasanya mempunyai 8 proton dan 8 neutron, manakala hidrogen mempunyai 1 proton dan 0 neutron. Tetapi 1 daripada 500 atom oksigen mempunyai 10 neutron, 1 daripada 5000 atom hidrogen mempunyai 1 neutron, bukan 0. Walaupun anda membentuk kristal salji heksagon yang sempurna, dan terdapat 1034 hablur salji dalam keseluruhan sejarah planet Bumi, ia akan cukup untuk turun ke saiz beberapa ribu molekul (kurang daripada panjang cahaya yang boleh dilihat) untuk mencari struktur unik yang tidak pernah dilihat oleh planet sebelum ini.

Tetapi jika anda mengabaikan perbezaan atom dan molekul dan meninggalkan "semula jadi", anda mempunyai peluang. Penyelidik kepingan salji Kenneth Libbrecht dari Institut Teknologi California telah membangunkan teknik untuk mencipta "kembar seiras" tiruan kepingan salji dan memotretnya menggunakan mikroskop khas yang dipanggil SnowMaster 9000.

Walau bagaimanapun, banyak kepingan salji adalah serupa antara satu sama lain. Tetapi jika anda mencari kepingan salji yang benar-benar serupa pada tahap struktur, molekul atau atom, alam semula jadi tidak akan memberikan anda ini. Sebilangan besar kemungkinan besar bukan sahaja untuk sejarah Bumi, tetapi juga untuk sejarah Alam Semesta. Jika anda ingin mengetahui berapa banyak planet yang anda perlukan untuk mendapatkan dua kepingan salji yang sama dalam sejarah 13.8 bilion tahun alam semesta, jawapannya adalah atas perintah00000000000000000000000000000000000000000000000H. tidak mungkin. Jadi ya, kepingan salji benar-benar unik. Dan itu meletakkannya secara sederhana.

Perintis kajian "teori salji" ialah petani muda Wilson Alison Bentley, yang digelar "Snowflake". Sejak kecil, dia tertarik dengan bentuk kristal yang luar biasa yang jatuh dari langit. Dalam dia kampung halaman Jericho di utara Amerika Syarikat, salji turun adalah perkara biasa, dan Wilson muda menghabiskan banyak masa di luar, mengkaji kepingan salji.

Wislon "Snowflakes" Bentley

Bentley menyesuaikan kamera dengan mikroskop yang diberikan oleh ibunya pada hari lahirnya yang ke-15 dan cuba menangkap kepingan salji. Tetapi ia mengambil masa hampir lima tahun untuk menambah baik teknologi - hanya pada 15 Januari 1885 adalah gambar pertama yang jelas diambil.

Sepanjang hidupnya, Wilson telah merakam 5,000 kepingan salji yang berbeza. Dia tidak pernah berhenti mengagumi keindahan karya kecil alam ini. Untuk mendapatkan karya agungnya, Bentley bekerja di suhu bawah sifar, meletakkan setiap keseluruhan kepingan salji yang ditemui pada latar belakang hitam.

Kerja Wilson telah dipuji oleh kedua-dua saintis dan artis. Beliau sering dijemput untuk berucap di persidangan ilmiah atau letak gambar dalam Galeri Seni. Malangnya, Bentley meninggal dunia pada usia 65 tahun akibat radang paru-paru, tanpa membuktikan bahawa tidak ada kepingan salji yang serupa.

Baton "teori salji" telah diambil seratus tahun kemudian oleh Nancy Knight, seorang penyelidik di Pusat Penyelidikan Atmosfera Kebangsaan. Dalam makalah yang diterbitkan pada tahun 1988, dia membuktikan sebaliknya - kepingan salji yang serupa boleh dan harus wujud!

Dr Knight cuba menghasilkan semula proses membina kepingan salji di makmal. Untuk melakukan ini, dia menanam beberapa kristal air, menundukkannya kepada proses supercooling dan supersaturation yang sama. Hasil daripada eksperimen itu, dia berjaya mendapatkan kepingan salji yang benar-benar serupa antara satu sama lain.

Selanjutnya pemerhatian lapangan dan pemprosesan ralat eksperimen membolehkan Nancy Knight menegaskan bahawa kejadian kepingan salji yang serupa adalah mungkin dan hanya ditentukan oleh teori kebarangkalian. Selepas menyusun katalog perbandingan kristal cakerawala, Knight membuat kesimpulan bahawa kepingan salji mempunyai 100 tanda perbezaan. Jadi cara jumlah pilihan penampilan ialah 100! mereka. hampir 10 hingga kuasa ke-158.

Nombor yang terhasil adalah dua kali ganda bilangan atom di alam semesta! Tetapi ini tidak bermakna bahawa kebetulan adalah mustahil - Dr Knight membuat kesimpulan dalam karyanya.

Dan sekarang - penyelidikan baru mengenai "teori salji". Pada hari yang lain, Profesor Fizik di Universiti California, Kenneth Libbrecht, menerbitkan hasil penyelidikan bertahun-tahun oleh kumpulan saintifiknya. "Jika anda melihat dua kepingan salji yang sama, ia masih berbeza!" - kata profesor.

Libbrecht membuktikan bahawa bagi setiap lima ratus atom oksigen dengan jisim 16 g/mol, terdapat satu atom dengan jisim 18 g/mol dalam komposisi molekul salji. Struktur ikatan molekul dengan atom sedemikian adalah sedemikian rupa sehingga ia membayangkan bilangan pilihan yang tidak terhitung untuk sebatian dalam kekisi kristal. Dalam erti kata lain, jika dua kepingan salji benar-benar kelihatan sama, maka identiti mereka masih perlu disahkan pada tahap mikroskopik.

Mempelajari sifat salji (dan kepingan salji khususnya) bukanlah permainan kanak-kanak. Pengetahuan tentang sifat salji dan awan salji sangat penting dalam kajian perubahan iklim. Dan beberapa sifat ais yang luar biasa dan belum diterokai juga boleh mencari aplikasi praktikal.