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可以创造出一模一样的雪花,这是真的吗?
中国遭遇难得一遇的寒潮,往年不见下雪的南方城市,也纷纷飘下雪花。在显微镜下,人们知道每片雪花都有自己的造型,花样繁多,它的美令人们赞叹不已。
雪花是水蒸气在低温条件下形成的冰晶体,由于凝结的时候快慢、温度、湿度条件均有不同,呈现各种形状,故人们常说没有相同的两片雪花。那么世界上真的找不出一模一样的雪花吗?
不同样貌的雪花。不尽然,美国加州理工大学的物理学教授Kenneth G. Libbrecht博士就在他的实验室创造了他称为“双胞胎雪花”。
因为冰属于六方晶体,充足的水汽在经历温度足够低的高空时,就会形成六角形薄片晶体。雪花在大气中生成,而大气状况复杂多变,随着雪花的随机降落过程,它会经历一系列温度及湿度的变化,每一次变化都会导致晶体的结晶方式发生变化。虽然雪花的根本是六方晶体,但由于各个晶面的发展程度不同,导致了雪花的形状也千变万化。
在Libbrecht博士看来,只要人为地减去自然造成的波动,那么就可以创造出一模一样的雪花。“将两个冰晶放在完全相同的条件下,就有几率可以形成形状、图案几乎相同的两片雪花。”
加利福尼亚很少下雪,Libbrecht博士就在帕萨迪纳的实验室里用冷却器和蓝宝石玻璃来制作雪花,通过调节温度和湿度,他可以操作“设计”雪花的形状。为了捕捉到细小冰晶的样貌,Libbrecht博士动用了光学显微镜。
根据实验,人工雪花可以在15分钟到一小时内生长出来。负10摄氏度可以结出冰花,负2摄氏度可以凝结成三角冰晶,如果让冰晶在高湿度环境下生长,则冰晶分支会发生偏移。
双胞胎雪花。雪花冰晶的对称性需要同样对称的生长条件,六方冰晶就如同六个手臂,如果在不同环境下发育,它们也会长得不同摸样。这对双胞胎雪花在生长阶段,每条分支都独立发展,但当规模越来越大时,每条分支再次发生次级分支影响到其他分支。
这是一对争夺水汽的双胞胎雪花。这是一对在同样环境下生长的双胞胎雪花,靠外部的几条分支几乎相同,但彼此临近的晶体分支因为没有足够的发展空间,而互相阻碍,当越长越靠近时,它们开始争夺水汽。
不过 Libbrecht博士认为他试验出的双胞胎雪花只是偶然,“双胞胎”的分子结构并不完全相同。Libbrecht博士惊讶的是,实验室生长的雪并不生长在器皿的玻璃表面,相反地,它们像蘑菇一样生长在支撑冰面平板的基座凸点上。
Libbrecht博士将更多关于雪花的研究结果公布在了他的个人网站上,想了解更多,可以进入这个网站观看:http://www.snowcrystals.com/
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