มีเกล็ดหิมะเหมือนกันหรือไม่ "เกล็ดหิมะสามารถเหมือนกันได้หรือไม่"

MOBU "โรงเรียนมัธยมรวม"

"เกล็ดหิมะสามารถเหมือนกันได้หรือไม่"

(โครงการ)

เสร็จสมบูรณ์โดย: Pugacheva Alina,

นักเรียนชั้น ป.2

หัวหน้า: Zakharova A.M. ,

ครูโรงเรียนประถม

หมู่บ้านรวม ปี 2556

ฉันชอบดูเกล็ดหิมะที่ตกลงมา ฉันสงสัยว่าเกล็ดหิมะทั้งหมดเหมือนกันหรือไม่? ฉันตัดสินใจถามนักเรียนในชั้นเรียนว่าพวกเขาคิดอย่างไรเกี่ยวกับเรื่องนี้

	ชื่อเต็มของนักเรียน	ใช่	ไม่
	อัซมาโนวา ดี.
	อาปาคอฟ วี.
	บ็อกดานอฟ เอ.
	เยนทซอฟ เอ.
	อีวานอฟ เอ.
	Kudryavtseva P.
	โลเควา ที.
	มามาเอฟ อี.
	มันซูรอฟ เค.
	มิเควา เอ.
	ซอโตฟ ดี.
	ซาฟีอุลลินา โอ
	Smolentseva N.
	โซโรคิน ดี.
	สเตปาเนนโก เอ็ม
	ต็อกเตวา ดี.
	ตูมาโนวา วี.
ผล:

เพื่อตอบคำถามนี้ ฉันจะต้องดูวรรณกรรมทางวิทยาศาสตร์และการศึกษาเพิ่มเติม มองหา วัสดุเพิ่มเติมในอินเตอร์เน็ต.

หลายคนอาจรู้ว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะพบเกล็ดหิมะที่เหมือนกันในธรรมชาติ แต่พวกมันอาจคล้ายกันมาก ปรากฏการณ์นี้เป็นความลึกลับที่มีอายุหลายศตวรรษซึ่งกระบวนการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ได้ช่วยเปิดเผยในวันนี้

เป็นครั้งแรกที่นักดาราศาสตร์และนักคณิตศาสตร์ชาวเยอรมัน โยฮันเนส เคปเลอร์พยายามเข้าใกล้วิธีแก้ปัญหา โดยเขียนบทความของเขาว่าเกล็ดหิมะทั้งหมดมีหกหน้าและแกนสมมาตรหนึ่งแกน นักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ได้เชื่อมโยงโครงสร้างดังกล่าวกับธรรมชาติของการจัดเรียงตัวของอนุภาค สมมติฐานของเขาเป็นพื้นฐานของศาสตร์แห่งผลึกศาสตร์

นักปรัชญาและนักคณิตศาสตร์อีกคนหนึ่งคือ René Descartes ชาวฝรั่งเศสในปี 1635 เริ่มศึกษาและอธิบายเกล็ดหิมะโดยสังเกตด้วยตาเปล่า นักวิทยาศาสตร์อธิบายว่าโครงสร้างของพวกมันคล้ายกับดอกกุหลาบ ดอกลิลลี่ และเฟืองจักรกลที่มีฟันหกซี่ เดส์การตยังเป็นคนแรกที่เห็นและอธิบายเกล็ดหิมะที่มีรังสี 12 แฉก จนถึงขณะนี้ เป็นที่เชื่อกันว่าเกล็ดหิมะสิบสองแฉกเป็นของหายาก ยังไม่ทราบแน่ชัดว่าการก่อตัวของเกล็ดหิมะนั้นเกิดขึ้นภายใต้เงื่อนไขใด

ในปี ค.ศ. 1665 นักธรรมชาติวิทยาชาวอังกฤษ Robert Hooke ศึกษาเกล็ดหิมะภายใต้กล้องจุลทรรศน์ เขาออกไปเรียนวิทยาศาสตร์ จำนวนมากของสเก็ตช์ และรูปถ่ายแรกถ่ายโดยชาวนาชาวอเมริกัน ไวล์ส เบนท์ลีย์ ผู้ชายคนนี้ตั้งแต่วัยเด็กชอบโครงสร้างของเกล็ดหิมะ และเมื่อเขามีโอกาส เขาก็อุทิศตัวเองให้กับการถ่ายภาพพวกมัน เพื่อให้ได้นัดแรก เขาใช้เวลาสองปี ออกแบบโดย Bentley กล้องนี้เป็นไฮบริดของกล้องและกล้องจุลทรรศน์ เป็นที่น่าสนใจว่าในตอนแรกภาพเหล่านี้ไม่ถือว่าเป็นของจริง แต่ไม่กี่ปีต่อมาก็ได้รับการยอมรับและนำไปใช้เป็นภาพประกอบได้สำเร็จ บทความทางวิทยาศาสตร์. ในปี 1931 เบนท์ลีย์ได้ตีพิมพ์หนังสือ Snow Crystals ซึ่งมีรูปถ่ายมากกว่า 2,500 ภาพ

แต่ชาวญี่ปุ่นเข้าหาการศึกษาประเด็นนี้อย่างรอบคอบที่สุด Ukihiro Nakaya ศาสตราจารย์แห่งมหาวิทยาลัยฮอกไกโดเริ่มปลูกเกล็ดหิมะเทียมในปี 1932 ซึ่งทำให้เขาสามารถสร้างผลึกหิมะประเภทแรกได้ เช่นเดียวกับการพิจารณาการพึ่งพารูปร่างและขนาดของการก่อตัวเหล่านี้กับอุณหภูมิและความชื้นของอากาศโดยรอบ เขาสร้างการจำแนกประเภทที่มี 41 ประเภทบุคคล ในเมืองคางะซึ่งอยู่ทางทิศตะวันตกของเกาะฮอนชู มี "พิพิธภัณฑ์หิมะและน้ำแข็ง" ที่มีชื่อของนักวิทยาศาสตร์ มีเครื่องจักรสำหรับผลิตเกล็ดหิมะเทียม หลายปีต่อมา ในปี 1996 นักอุตุนิยมวิทยา Magano และ Xu Li ได้อธิบาย 80 ชนิด

ดังนั้นเมื่อได้ศึกษาวรรณคดีทางวิทยาศาสตร์และการศึกษาเรื่อง เรื่องนี้, ท่องเน็ต ดูเกล็ดหิมะที่ตกลงมา ฉันก็มาได้ข้อสรุปว่า ไม่มีเกล็ดหิมะที่เหมือนกัน เกล็ดหิมะแต่ละก้อนมีความสวยงามในแบบของตัวเอง

เกล็ดหิมะ

ฤดูหนาวปกคลุมไปด้วยหิมะ

ตั้งแต่เช้าจรดค่ำ

เกล็ดหิมะม้วนงอ

ที่หน้าต่างของเรา

ราวกับว่าดวงดาวเป็นประกายไฟ

กระจัดกระจายไปทั่ว

ตัวเงินกำลังวิ่ง

พวกเขามองเข้าไปในบ้าน

แล้วเขาจะขอห้อง

หนีอีกแล้ว

หลังกระจกพวกเขารีบ

พวกเขาเรียกไปที่ถนน

ส. บารุซดิน

แหล่งที่ใช้:

เกล็ดหิมะเหมือนกันหรือมีอะไรซ่อนอยู่ในน้ำที่แช่แข็งหรือไม่? - โหมดการเข้าถึง:http://shkolazhizni.ru/archive/0/n-33171/
บทกวีเกี่ยวกับหิมะและเกล็ดหิมะ - โหมดการเข้าถึง:http://www.razumniki.ru/stihi_ro_sneg_i_sneginki.html

สารบัญ.

บทนำ.

บทที่ 1.

1.1 ต้นกำเนิดของเกล็ดหิมะ

1.2. เกล็ดหิมะเหมือนกันหรือไม่?

บทที่ 2 การทดลองของฉัน

บทที่ 3

4. บทสรุป

5. แหล่งที่ใช้

วัตถุประสงค์ของการศึกษา:

สำรวจเกล็ดหิมะเป็นปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่น่าทึ่ง

วัตถุประสงค์ของการวิจัย :

การสังเกตเกล็ดหิมะในธรรมชาติ

การศึกษาการก่อตัวของเกล็ดหิมะ

การระบุเกล็ดหิมะหลากหลายรูปแบบ

สังเกตการก่อตัวของเกล็ดหิมะ

เปิดเผยความรู้ของนักเรียนเกี่ยวกับเกล็ดหิมะ

สมมติฐาน

หากน้ำก่อตัวเมื่อเกล็ดหิมะละลาย แสดงว่าเกล็ดหิมะมาจากน้ำ

หากมีเกล็ดหิมะจำนวนมากโดยธรรมชาติแล้วจะต้องมีเกล็ดหิมะที่เหมือนกันจำนวนมาก

วิชาศึกษา.

เกล็ดหิมะ

หิมะ

ความเกี่ยวข้องของหัวข้อ แต่ละ เด็กน้อยอยากรู้อยากเห็นมากและทุกคนสนใจในสิ่งที่, ที่ไหน, อย่างไร ...?

วิธีการวิจัย:

1. ศึกษาวรรณคดีเกี่ยวกับเกล็ดหิมะ

2. การถ่ายภาพเกล็ดหิมะ

3. การทำการทดลอง

4. การวิเคราะห์งานที่ทำ

เวลาศึกษา:มกราคมกุมภาพันธ์2017.

บทนำ.

ฉันจะเริ่มด้วยบทกวีที่น่าประทับใจ อ่อนโยน และมีเสน่ห์เกี่ยวกับเกล็ดหิมะ

เกล็ดหิมะ

เกล็ดหิมะสีขาวนุ่มฟู

ช่างบริสุทธิ์ช่างกล้าเสียนี่กระไร!

บนถนนที่มีพายุมันกวาดได้ง่าย

ไม่ใช่ความสูงสีฟ้า - มันขอพื้นดิน

ในรัศมีของแสงที่ส่องประกายอย่างชำนาญ

ท่ามกลางสะเก็ดที่หลอมละลาย มันถูกเก็บรักษาไว้เป็นสีขาว

แต่หนทางยาวไกลสิ้นสุด

ดาวคริสตัลสัมผัสพื้นโลก

โกหกเกล็ดหิมะหนานุ่มหนา

ขาวบริสุทธิ์แค่ไหน!

(คอนสแตนติน บัลมอนต์)

บทที่ 1.

1.1 ต้นกำเนิดของเกล็ดหิมะ

หิมะโกหก เกล็ดหิมะกำลังบิน มีอะไรผิดปกติที่นี่? มันเป็นแค่ฤดูหนาว และนี่คือปาฏิหาริย์อีกประการหนึ่งของธรรมชาติ ซึ่งทำให้เรามีสิ่งนี้ โลกที่สวยงาม! ความงามที่น่าทึ่งใช่มั้ย? อันที่จริง สิ่งอัศจรรย์อยู่รอบตัวเรา ดังนั้น เมื่อหิมะกำลังนอนอยู่หรือเกล็ดหิมะกำลังโบยบิน เราไม่ได้เป็นเพียงการสังเกตปรากฏการณ์ของฤดูหนาวบนโลกเท่านั้น แต่ยังเป็นความอัศจรรย์ของธรรมชาติอย่างแท้จริงที่ควรค่าแก่การศึกษา

เกล็ดหิมะเป็นโครงสร้างสมมาตรที่ซับซ้อนซึ่งประกอบด้วยผลึกน้ำแข็ง หิมะก่อตัวเมื่อหยดน้ำขนาดเล็กในก้อนเมฆดึงดูดอนุภาคฝุ่นและกลายเป็นน้ำแข็ง ผลึกน้ำแข็งที่ปรากฏขึ้นพร้อม ๆ กันร่วงหล่นและเติบโตเนื่องจากการควบแน่นของความชื้นจากอากาศที่ตกลงมา ในกรณีนี้จะเกิดรูปแบบผลึกหกแฉกขึ้น และเกล็ดหิมะก็ถูกส่งไปยังพื้นเป็นดาวหกแฉก แต่พวกมันไปถึงพื้นดินในรูปของหิมะก็ต่อเมื่ออุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์ หากอุณหภูมิสูงขึ้น เกล็ดหิมะจะระเหยกลายเป็นไอ ซึ่งจะลอยขึ้นอีกครั้ง หรือผลึกเหล่านี้ละลายและตกลงสู่พื้นในรูปของฝนหรือเมล็ดพืช และบางครั้งมันก็เกิดขึ้นที่หลังคา อาคารสูง หิมะตกและข้างนอกฝนตกแล้ว

ประเภทของเกล็ดหิมะขึ้นอยู่กับปริมาณน้ำในเมฆที่กำเนิด อุณหภูมิอากาศ และระดับความสูงเหนือระดับน้ำทะเล แม้ว่าสองคนจะ "เกิด" เกล็ดหิมะที่เหมือนกันพวกเขาต้องเดินทางไปที่พื้นด้วยความเร็วประมาณ 1 กม. ในชั่วโมง พวกเขาตกอยู่ในสภาพอุณหภูมิที่แตกต่างกันและถึงพื้นด้วยรูปแบบที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง แต่จะมีรูปร่างหกเหลี่ยมเสมอ นักวิทยาศาสตร์สามารถระบุรูปร่างพื้นฐานของเกล็ดหิมะได้หลายแบบ พวกเขายังได้รับชื่อ:

ดาว,

จาน,

คอลัมน์,

เข็ม,

ปุย,

เม่น,

สตั๊ด.

รูปร่างของเกล็ดหิมะขึ้นอยู่กับสภาพอากาศ

ในวันที่ไม่มีลมหนาว เกล็ดหิมะจะค่อยๆ ตกลงมา พวกมันมีขนาดใหญ่แวววาวเหมือนดวงดาว เกล็ดหิมะจะตกลงมาทีละตัว ดังนั้นจึงมองเห็นได้ง่าย

ในน้ำค้างแข็งเบา ๆ เกล็ดหิมะดูเหมือนลูกบอลหิมะ - "ก้อนหิมะ" และเมื่อ ลมแรงมี "ฝุ่นหิมะ" เมื่อลมพัดออกจากรังสีและขอบของเกล็ดหิมะ

เมื่อไม่มีน้ำค้างแข็ง ตกลงสู่พื้น เกล็ดหิมะเกาะติดกันและก่อตัวเป็น "เกล็ดหิมะ" พวกมันมีขนาดใหญ่และคล้ายกับสำลีชิ้นหนึ่ง

เกล็ดหิมะแต่ละอันมีเอกลักษณ์เฉพาะตัวเหมือนกับลายนิ้วมือหรือ DNA ของมนุษย์ ไม่มีเกล็ดหิมะที่เหมือนกัน เช่นเดียวกับต้นไม้ที่ไม่มีใบไม้เหมือนกัน เม็ดฝนเหมือนกัน ผู้คนเหมือนกัน

แต่ถ้าเกล็ดหิมะเป็นคริสตัล แล้วทำไมมันถึงเป็นสีขาว มันควรจะโปร่งใสดีไหม? นี่เป็นเพราะอากาศ (95%) ที่ล้อมรอบ! แสงสะท้อนบนพื้นผิวระหว่างคริสตัลและในอากาศและกระจาย ต้องขอบคุณอากาศ เกล็ดหิมะจึงเบามาก แม้แต่ในช่วงที่หิมะตกหนัก คนหรือสัตว์ก็สามารถหายใจได้ภายใต้หิมะเป็นเวลานาน

1.2. มีเกล็ดหิมะเหมือนกันหรือไม่?

มีเกล็ดหิมะที่เหมือนกันสองก้อนหรือไม่? ไม่! สิ่งนี้ได้รับการพิสูจน์ในงานของเขาโดยเกษตรกร Wilson Bentley ในปี 1885 และเป็นผู้ที่สามารถถ่ายภาพเกล็ดหิมะครั้งแรกภายใต้กล้องจุลทรรศน์ได้ และเขาใช้เวลา 46 ปีในการทำเช่นนี้!
ตั้งแต่วัยเด็กเขาศึกษารูปร่างของผลึกที่ตกลงมาจากท้องฟ้าซึ่งเขาได้รับฉายาว่า "เกล็ดหิมะ" วิลสันอุทิศทั้งชีวิตเพื่อศึกษาเกล็ดหิมะ โดยรวมแล้วเขาถ่ายรูป 5,000 ภาพ และไม่มีใครมีเกล็ดหิมะซ้ำ

นักวิทยาศาสตร์คนแรกๆ ที่นึกถึงโครงสร้างของหิมะคือ Johannes Kepler (1571-1630) นักคณิตศาสตร์และนักดาราศาสตร์ชาวเยอรมัน ในปี ค.ศ. 1611 เขาได้ตีพิมพ์บทความสั้นเรื่อง The New Year's Present หรือเรื่อง Hexagonal Snowflakes ซึ่งสามารถเรียกได้ว่าเป็นเล่มแรก งานวิทยาศาสตร์อุทิศให้กับเกล็ดหิมะ

บทที่ 2 การวิจัย

ฉันคิดเสมอว่าถ้าน้ำก่อตัวหลังจากหิมะละลาย แล้วหลังจากการแช่แข็ง หยดน้ำจะกลายเป็นเกล็ดหิมะ

การทดลอง 1

ฉันแช่แข็งหยดน้ำ แต่เกล็ดหิมะไม่ได้ผลและนั่นก็หมายความว่า , หิมะไม่ปรากฏขึ้นจากหยดน้ำ หยดน้ำสามารถกลายเป็นลูกเห็บ ก้อนน้ำแข็ง แต่ไม่ใช่เกล็ดหิมะ.

การทดลอง 2

ในหิมะ ฉันออกไปข้างนอก ใส่นวมไว้ใต้หิมะ เกล็ดหิมะหลายตัวตกลงมาที่เธอ ฉันมองพวกเขาด้วยแว่นขยาย

จาก น้องสาวสามารถมองเห็นได้เฉพาะเมื่อพวกเขาตกอยู่ในฝ่ามือของคุณ ภายใต้อิทธิพลของแรงเล็ก ๆ บางอย่างพวกมันแตกออก ซึ่งหมายความว่าเกล็ดหิมะนั้นบอบบางมาก

ฉันสัมภาษณ์นักเรียนประถม 40 คน

ตามผลการสัมภาษณ์

ผู้ชาย 35 ใน 40 คนบอกว่าเกล็ดหิมะทำจากน้ำ

ผู้ชาย 30 ใน 40 คนบอกว่ามีเกล็ดหิมะเหมือนกัน

เนื่องจากฉันชอบเกล็ดหิมะมาก ฉันจึงเรียนรู้วิธีตัดมันออกจากกระดาษ ตกแต่งและวาด

บน ปีใหม่ฉันมีชุดเกล็ดหิมะ:

นอกจากนี้ พ่อแม่ของฉันและฉันจำได้ว่าเราสร้างบ้านจากรายละเอียดของนักออกแบบได้อย่างไร ฉันเอาชิ้นส่วนเล็ก ๆ และอาคารกลับกลายเป็นใหญ่ ธรรมชาติก็รู้วิธีสร้างเช่นกัน แต่เธอไม่ได้สร้างบ้าน แต่เป็นเกล็ดหิมะจากตัวสร้างน้ำแข็งที่ผิดปกติ - จากน้ำแข็งก้อนเล็ก ๆ!

บทที่ 3

ในช่วงหิมะตกในปี 1987 ใน Fort Coe (มอนแทนา, สหรัฐอเมริกา) พบเกล็ดหิมะ - เจ้าของสถิติโลกที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 38 ซม.

กว่าครึ่งของประชากร โลกไม่เคยเห็นหิมะเลย ยกเว้นในรูปถ่าย

บน เหนือสุดหิมะแข็งมากจนเมื่อถูกขวานจะสั่นเหมือนถูกเหล็กตี

ในญี่ปุ่น นักวิทยาศาสตร์เรียกจดหมายเกล็ดหิมะจากสวรรค์ ซึ่งเขียนด้วยอักษรอียิปต์โบราณ

บทสรุป.

เมื่อทำงานในหัวข้อนี้ ฉันบรรลุเป้าหมายและเรียนรู้มากมายเกี่ยวกับเกล็ดหิมะ ในกระบวนการศึกษาและค้นคว้า ฉันได้แก้ไขงานที่ฉันตั้งไว้ ขออภัย สมมติฐานของฉันไม่ได้รับการยืนยัน ขณะทำงานในโครงการ ฉันได้เรียนรู้ว่าไม่มีเกล็ดหิมะสองอันเหมือนกัน ฉันยังได้เรียนรู้ว่าพวกมันปรากฏขึ้นจากผงเพชร ซึ่งมีจุดศูนย์กลางเสมอ สมมาตรและหกเหลี่ยม

แหล่งที่ใช้:

เกล็ดหิมะเหมือนกันหรือมีอะไรซ่อนอยู่ในน้ำที่แช่แข็งหรือไม่? - โหมดการเข้าถึง:http://shkolazhizni.ru/archive/0/n-33171/

บทกวีเกี่ยวกับหิมะและเกล็ดหิมะ - โหมดการเข้าถึง:http://www.razumniki.ru/stihi_ro_sneg_i_sneginki.html

นักวิทยาศาสตร์ระบุสองตัวเลือกสำหรับการก่อตัวของผลึกหิมะ ในกรณีแรกไอน้ำถูกลมพัดมาเป็นเวลาหนึ่ง สูงใหญ่ที่อุณหภูมิประมาณ 40°C จู่ๆ ก็กลายเป็นน้ำแข็งจนกลายเป็นผลึกน้ำแข็ง ในชั้นล่างของเมฆ ซึ่งน้ำจะแข็งตัวช้ากว่านั้น คริสตัลจะถูกสร้างขึ้นรอบๆ จุดเล็กๆ ของฝุ่นหรือดิน คริสตัลนี้มีเกล็ดหิมะตั้งแต่ 2 ถึง 200 ก้อน มีรูปร่างเป็นหกเหลี่ยม ดังนั้นเกล็ดหิมะส่วนใหญ่จึงเป็นดาวหกแฉก

"ดินแดนแห่งหิมะ" - ชื่อบทกวีดังกล่าวถูกประดิษฐ์ขึ้นสำหรับทิเบตโดยชาวทิเบต

รูปร่างของเกล็ดหิมะขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ: อุณหภูมิโดยรอบ ความชื้น ความดัน อย่างไรก็ตาม คริสตัล 7 ประเภทหลักมีความโดดเด่น: แผ่น (ถ้าอุณหภูมิในเมฆอยู่ระหว่าง -3 ถึง 0 ° C), คริสตัลสเตลเลต, คอลัมน์ (จาก -8 ถึง -5 ° C), เข็ม, เดนไดรต์เชิงพื้นที่, คอลัมน์ที่มี เคล็ดลับและ รูปร่างผิดปกติ. เป็นที่น่าสังเกตว่าถ้าเกล็ดหิมะหมุนเมื่อตกลงมา รูปร่างของมันจะสมมาตรอย่างสมบูรณ์ และถ้ามันตกลงไปด้านข้างหรือในลักษณะอื่น มันจะไม่เป็นเช่นนั้น

ผลึกน้ำแข็งมีลักษณะเป็นหกเหลี่ยม: ไม่สามารถเชื่อมกันเป็นมุมได้ - เฉพาะที่ขอบเท่านั้น ดังนั้นรังสีจากเกล็ดหิมะจึงเติบโตในหกทิศทางเสมอและการแตกแขนงจากลำแสงสามารถออกได้ในมุม 60 หรือ 120 °เท่านั้น

ตั้งแต่ปี 2012 วันหิมะโลกได้รับการเฉลิมฉลองในวันอาทิตย์สุดท้ายของเดือนมกราคม สิ่งนี้ริเริ่มโดยสหพันธ์สกีนานาชาติ

เกล็ดหิมะปรากฏเป็นสีขาวเนื่องจากอากาศที่อยู่ภายใน: แสงที่มีความถี่ต่างกันจะสะท้อนบนขอบระหว่างผลึกและกระจัดกระจาย ขนาดของเกล็ดหิมะธรรมดามีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 5 มม. และมวลอยู่ที่ 0.004 กรัม

เมื่อให้คะแนนภาพยนตร์เรื่อง "Alexander Nevsky" เสียงเอี๊ยดของหิมะได้จากการบีบน้ำตาลและเกลือผสม

เชื่อกันว่าไม่มีเกล็ดหิมะสองก้อนที่เหมือนกัน สิ่งนี้ได้รับการพิสูจน์ครั้งแรกในปี พ.ศ. 2428 เมื่อวิลสัน เบนท์ลีย์ เกษตรกรชาวอเมริกัน ถ่ายภาพเกล็ดหิมะด้วยกล้องจุลทรรศน์ที่ประสบความสำเร็จเป็นครั้งแรก เขาอุทิศเวลา 46 ปีให้กับสิ่งนี้และถ่ายภาพมากกว่า 5,000 ภาพโดยพิจารณาจากทฤษฎีที่ได้รับการยืนยัน

ผู้บุกเบิกการศึกษา "ทฤษฎีหิมะ" คือเกษตรกรหนุ่ม Wilson Alison Bentley ชื่อเล่น "Snowflake" ตั้งแต่วัยเด็กเขาถูกดึงดูดด้วยคริสตัลรูปร่างแปลกตาที่ตกลงมาจากท้องฟ้า ในของเขา บ้านเกิดเมืองเจริโคทางตอนเหนือของสหรัฐอเมริกา หิมะตกเป็นประจำ และวิลสันในวัยหนุ่มใช้เวลาส่วนใหญ่อยู่ข้างนอกเพื่อศึกษาเกล็ดหิมะ

วิสลอน "เกล็ดหิมะ" เบนท์ลีย์

เบนท์ลีย์ดัดแปลงกล้องให้เป็นกล้องจุลทรรศน์ที่แม่มอบให้สำหรับวันเกิดอายุ 15 ปีของเขา และพยายามจับภาพเกล็ดหิมะ แต่ต้องใช้เวลาเกือบห้าปีในการปรับปรุงเทคโนโลยี - เฉพาะในวันที่ 15 มกราคม พ.ศ. 2428 เป็นภาพแรกที่ถ่ายได้ชัดเจน

ตลอดชีวิตของเขา วิลสันได้ถ่ายภาพเกล็ดหิมะต่างๆ กว่า 5,000 แบบ เขาไม่เคยหยุดชื่นชมความงามของผลงานธรรมชาติขนาดจิ๋วเหล่านี้ เพื่อให้ได้ผลงานชิ้นเอก Bentley ทำงานที่ อุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์โดยวางเกล็ดหิมะทั้งหมดที่พบบนพื้นหลังสีดำ

ผลงานของวิลสันได้รับการยกย่องจากทั้งนักวิทยาศาสตร์และศิลปิน เขามักจะได้รับเชิญให้ไปพูดที่ การประชุมทางวิทยาศาสตร์หรือโพสต์รูปภาพใน หอศิลป์. น่าเสียดายที่เบนท์ลีย์เสียชีวิตด้วยโรคปอดบวมเมื่ออายุ 65 ปี โดยไม่ได้พิสูจน์ว่าไม่มีเกล็ดหิมะที่เหมือนกัน

นักวิจัยหยิบกระบองของ "ทฤษฎีหิมะ" ขึ้นในอีกร้อยปีต่อมา ศูนย์แห่งชาติการวิจัยบรรยากาศโดย Nancy Knight ในบทความที่ตีพิมพ์ในปี 1988 เธอได้พิสูจน์สิ่งที่ตรงกันข้าม - เกล็ดหิมะที่เหมือนกันสามารถและควรมีอยู่จริง!

ดร.ไนท์พยายามจำลองกระบวนการสร้างเกล็ดหิมะใน สภาพห้องปฏิบัติการ. ในการทำเช่นนี้ เธอได้เติบโตผลึกน้ำหลายอัน โดยนำพวกมันไปสู่กระบวนการทำความเย็นยิ่งยวดและความอิ่มตัวยิ่งยวดแบบเดียวกัน จากการทดลอง เธอได้เกล็ดหิมะที่เหมือนกันทุกประการ

ไกลออกไป การสังเกตการณ์ภาคสนามและการประมวลผลข้อผิดพลาดในการทดลองทำให้ Nancy Knight สามารถยืนยันว่าการเกิดเกล็ดหิมะที่เหมือนกันนั้นเป็นไปได้และถูกกำหนดโดยทฤษฎีความน่าจะเป็นเท่านั้น หลังจากรวบรวมแคตตาล็อกเปรียบเทียบของคริสตัลท้องฟ้าแล้ว Knight ได้สรุปว่าเกล็ดหิมะมีความแตกต่าง 100 ประการ ทางนั้น ทั้งหมดตัวเลือก รูปร่างคือ 100! เหล่านั้น. เกือบ 10 ยกกำลังที่ 158

ผลลัพธ์ที่ได้คือสองเท่าของจำนวนอะตอมในจักรวาล! แต่นี่ไม่ได้หมายความว่าความบังเอิญจะเป็นไปไม่ได้เลย - ดร. ไนท์สรุปในงานของเขา

และตอนนี้ - งานวิจัยใหม่เกี่ยวกับ "ทฤษฎีหิมะ" วันก่อน ศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย Kenneth Libbrecht ตีพิมพ์ผลการวิจัยเป็นเวลาหลายปีโดยกลุ่มวิทยาศาสตร์ของเขา “ถ้าคุณเห็นเกล็ดหิมะที่เหมือนกันสองตัว พวกมันก็ยังต่างกัน!” - ศาสตราจารย์กล่าว

Libbrecht พิสูจน์ว่าสำหรับทุกๆ 500 อะตอมของออกซิเจนที่มีมวล 16 g/mol มีอะตอมหนึ่งอะตอมที่มีมวล 18 g/mol ในองค์ประกอบของโมเลกุลหิมะ โครงสร้างของพันธะของโมเลกุลที่มีอะตอมดังกล่าวเป็นนัยถึง นับไม่ถ้วนตัวเลือกการเชื่อมต่อภายในตะแกรงคริสตัล กล่าวอีกนัยหนึ่ง ถ้าเกล็ดหิมะสองอันดูเหมือนกันจริงๆ ตัวตนของพวกมันยังคงต้องได้รับการตรวจสอบในระดับจุลทรรศน์

การเรียนรู้คุณสมบัติของหิมะ (และโดยเฉพาะเกล็ดหิมะ) ไม่ใช่การเล่นของเด็ก ความรู้เกี่ยวกับธรรมชาติของหิมะและเมฆหิมะมีความสำคัญมากในการศึกษานี้ อากาศเปลี่ยนแปลง. และคุณสมบัติที่ผิดปกติและไม่ได้สำรวจบางอย่างของน้ำแข็งก็สามารถนำไปใช้ได้จริงเช่นกัน

คุณเคยได้ยินวลีที่ว่า "เกล็ดหิมะนี้พิเศษ" หรือไม่ เพราะโดยปกติแล้วจะมีจำนวนมาก และพวกมันทั้งหมดสวยงาม มีเอกลักษณ์ และน่าหลงใหล ถ้าคุณมองให้ดี ภูมิปัญญาเก่าบอกว่าไม่มีเกล็ดหิมะสองอันเหมือนกัน แต่จริงหรือไม่? คุณจะประกาศสิ่งนี้ได้อย่างไรโดยไม่ดูเกล็ดหิมะที่ตกลงมาทั้งหมด? ทันใดนั้นเกล็ดหิมะที่ไหนสักแห่งในมอสโกก็ไม่ต่างจากเกล็ดหิมะที่ไหนสักแห่งในเทือกเขาแอลป์

เพื่อแก้ไขปัญหานี้ด้วย จุดวิทยาศาสตร์มุมมอง เราต้องรู้ว่าเกล็ดหิมะเกิดขึ้นได้อย่างไร และความน่าจะเป็น (หรือความไม่น่าจะเป็นไปได้) ที่เกล็ดหิมะทั้งสองจะถือกำเนิดขึ้นคืออะไร

เกล็ดหิมะที่ถ่ายด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัลทั่วไป

เกล็ดหิมะที่แกนกลางของมันคือโมเลกุลของน้ำที่เกาะติดกันในรูปแบบของแข็งที่เฉพาะเจาะจง การกำหนดค่าเหล่านี้ส่วนใหญ่มีความสมมาตรหกเหลี่ยม สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับวิธีที่โมเลกุลของน้ำ กับมุมพันธะจำเพาะของพวกมัน ซึ่งถูกกำหนดโดยฟิสิกส์ของอะตอมออกซิเจน อะตอมของไฮโดรเจนสองอะตอม และ แรงแม่เหล็กไฟฟ้า- สามารถสื่อสารกันได้ ผลึกหิมะด้วยกล้องจุลทรรศน์ที่ง่ายที่สุดที่สามารถมองเห็นได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์คือขนาดหนึ่งในล้านของเมตร (1 ไมครอน) และมีรูปร่างที่เรียบง่ายมาก เช่น แผ่นคริสตัลหกเหลี่ยม มีความกว้างประมาณ 10,000 อะตอม และมีหลายแบบที่คล้ายคลึงกัน

ตาม Guinness Book of World Records Nancy Knight แห่ง National Center for Atmospheric Research ได้ค้นพบเกล็ดหิมะที่เหมือนกันสองตัวในขณะที่ศึกษาผลึกหิมะระหว่างพายุหิมะวิสคอนซินขณะถือกล้องจุลทรรศน์ แต่เมื่อตัวแทนรับรองเกล็ดหิมะสองอันว่าเหมือนกัน พวกเขาสามารถหมายความว่าเกล็ดหิมะเหมือนกันสำหรับความแม่นยำของกล้องจุลทรรศน์เท่านั้น เมื่อฟิสิกส์ต้องการให้สองสิ่งเหมือนกัน พวกมันต้องเหมือนกันจนถึงอนุภาคย่อยของอะตอม ซึ่งหมายความว่า:

คุณต้องการอนุภาคเดียวกัน
ในรูปแบบเดียวกัน
ด้วยสายสัมพันธ์เดียวกัน
ในระบบมหภาคสองระบบที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง

เรามาดูกันว่าจะจัดได้อย่างไร

โมเลกุลของน้ำหนึ่งโมเลกุลคืออะตอมของออกซิเจนหนึ่งอะตอมและอะตอมของไฮโดรเจนสองอะตอมที่เชื่อมติดกัน เมื่อโมเลกุลของน้ำที่แช่แข็งจับตัวกัน แต่ละโมเลกุลจะมีโมเลกุลที่เกาะติดกันอีกสี่ตัวอยู่ใกล้ ๆ กัน: หนึ่งในจุดยอดของจัตุรมุขเหนือแต่ละโมเลกุล ทำให้โมเลกุลของน้ำพับเป็นรูปขัดแตะ: หกเหลี่ยม (หรือหกเหลี่ยม) ตาข่ายคริสตัล. แต่ "ก้อน" น้ำแข็งขนาดใหญ่เช่นเดียวกับแร่ควอตซ์นั้นหายากมาก เมื่อคุณดูเครื่องชั่งและการกำหนดค่าที่เล็กที่สุด คุณจะพบว่าระนาบด้านบนและด้านล่างของกริดนี้แน่นและเชื่อมต่อกันอย่างแน่นหนา: คุณมี "ขอบแบน" ทั้งสองด้าน โมเลกุลที่อยู่ด้านที่เหลือนั้นเปิดกว้างกว่า และโมเลกุลของน้ำเพิ่มเติมจับกับพวกมันแบบสุ่มมากขึ้น โดยเฉพาะมุมหกเหลี่ยมมีมากที่สุด ความสัมพันธ์ที่อ่อนแอดังนั้นเราจึงสังเกตเห็นความสมมาตรหกเท่าในการเติบโตของผลึก

โครงสร้างใหม่จะเติบโตในรูปแบบสมมาตรเดียวกัน ทำให้เกิดความไม่สมดุลของหกเหลี่ยมหลังจากถึงขนาดที่กำหนด ในผลึกหิมะขนาดใหญ่และซับซ้อน จะมีลักษณะเด่นที่แยกแยะได้ง่ายหลายร้อยแบบเมื่อดูด้วยกล้องจุลทรรศน์ Charles Knight of the National Center for Atmospheric Research กล่าวว่าคุณลักษณะหลายร้อยรายการในโมเลกุลของน้ำประมาณ 1,019 โมเลกุลที่ประกอบเป็นเกล็ดหิมะทั่วไป สำหรับแต่ละฟังก์ชันเหล่านี้ มีเป็นล้าน สถานที่ที่เป็นไปได้ที่สามารถสร้างสาขาใหม่ได้ เกล็ดหิมะสามารถก่อตัวขึ้นใหม่ได้กี่คุณสมบัติและยังไม่กลายเป็นคุณสมบัติอื่นอีกมาก?

ทุกปีทั่วโลก มีหิมะตกประมาณ 1,015 (ล้านล้าน) ลูกบาศก์เมตรบนพื้นดิน และแต่ละลูกบาศก์เมตรมีเกล็ดหิมะประมาณหลายพันล้าน (109) แต่ละตัว เนื่องจากโลกมีอายุประมาณ 4.5 พันล้านปี เกล็ดหิมะ 1,034 ได้ตกลงมาบนโลกตลอดประวัติศาสตร์ และคุณรู้หรือไม่ว่าเกล็ดหิมะสามารถมีและคาดหวังว่าจะมีฝาแฝดที่จุดใดจุดหนึ่งในประวัติศาสตร์ของโลกหรือไม่ ห้าเท่านั้น. ในขณะที่เกล็ดหิมะจริงขนาดใหญ่และเป็นธรรมชาติมักมีหลายร้อยชิ้น

แม้แต่เกล็ดหิมะที่ระดับหนึ่งมิลลิเมตร คุณก็ยังสามารถเห็นความไม่สมบูรณ์ที่ยากต่อการทำซ้ำ

และในระดับธรรมดาที่สุดเท่านั้นที่คุณเห็นเกล็ดหิมะที่เหมือนกันสองก้อน และถ้าพร้อมจะลง ระดับโมเลกุลสถานการณ์จะเลวร้ายลงมาก ออกซิเจนมักจะมี 8 โปรตอนและ 8 นิวตรอน ในขณะที่ไฮโดรเจนมี 1 โปรตอนและ 0 นิวตรอน แต่ออกซิเจน 1 ใน 500 อะตอมมี 10 นิวตรอน 1 ใน 5,000 อะตอมของไฮโดรเจนมี 1 นิวตรอน ไม่ใช่ 0 แม้ว่าคุณจะสร้างผลึกหิมะหกเหลี่ยมที่สมบูรณ์แบบ และมีผลึกหิมะ 1034 เม็ดในประวัติศาสตร์ทั้งหมดของโลก เพียงพอที่จะลดขนาดโมเลกุลหลายพันโมเลกุล (น้อยกว่าความยาวของแสงที่มองเห็นได้) เพื่อค้นหาโครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์ที่โลกไม่เคยเห็นมาก่อน

แต่ถ้าคุณเพิกเฉยต่อความแตกต่างของอะตอมและโมเลกุลและละทิ้ง "ธรรมชาติ" คุณมีโอกาส นักวิจัยเกล็ดหิมะ Kenneth Libbrecht แห่งแคลิฟอร์เนีย สถาบันเทคโนโลยีได้พัฒนาเทคนิคในการสร้าง "ฝาแฝดที่เหมือนกัน" ของเกล็ดหิมะและถ่ายภาพโดยใช้กล้องจุลทรรศน์พิเศษที่เรียกว่า SnowMaster 9000

อย่างไรก็ตามเกล็ดหิมะจำนวนมากมีความคล้ายคลึงกัน แต่ถ้าคุณกำลังมองหาเกล็ดหิมะที่เหมือนกันอย่างแท้จริงในระดับโครงสร้าง ระดับโมเลกุล หรือระดับอะตอม ธรรมชาติจะไม่ให้สิ่งนี้กับคุณ ความเป็นไปได้มากมายเช่นนี้ไม่เพียงแต่เหมาะสำหรับประวัติศาสตร์ของโลกเท่านั้น แต่ยังรวมถึงประวัติศาสตร์ของจักรวาลด้วย หากคุณต้องการทราบจำนวนดาวเคราะห์ที่คุณต้องได้รับเกล็ดหิมะที่เหมือนกันสองดวงในประวัติศาสตร์ 13.8 พันล้านปีของจักรวาล คำตอบคือ0000000000000000000000000000000000000ระบุว่ามีเพียง 1080 อะตอมในจักรวาลที่สังเกตได้นี้เป็นอย่างมาก ไม่น่าเป็นไปได้ ใช่แล้ว เกล็ดหิมะมีเอกลักษณ์เฉพาะตัวอย่างแท้จริง และนั่นก็พูดอย่างอ่อนโยน