世界上有沒有兩片相同的雪花？為什么？

科學家們說找不出兩片不異的雪花,即使是人工的，但用腳想也知道這是理論，因為它們沒有法子拿顯微鏡不雅察地球甚至是宇宙間所有的雪花。萬一，十萬年前海說神聊京的雪花和本年哈爾濱呈現的一朵雪花是一樣的，他們又怎么會知道。

但我們不克不及就這么抬杠，為了科學地考慮這個問題，我們必需知道雪花里有什么，雪花是若何形當作的，看看他們是怎么證實的。先說成果，真的找不出！

圖：各類外形和巨細的雪晶體，它們是天然形當作的。

自然雪花

雪花是由水分子連系在一路形當作特定的固體布局。大大都為六邊形對稱。這是因為水分子以其特定的鍵角，即由一個氧原子、兩個氫原子和電磁力的物理特征形當作的。經由過程顯微鏡可以看到的最簡單的微不雅雪晶體直徑約為百萬分之一米(1米)，它們會呈現出很是簡單的外形，就像六邊形的板狀晶體。這大約只有10000個原子，并且有良多處所看起來是一樣的。

圖：雪花呈現出一種經典的六邊形對稱，這是眾所周知的。

按照《吉尼斯宿世界記載大全》，美國國度大氣研究中間的科學家南希·奈特在1988年研究威斯康星州一場風暴形當作的雪花晶體時，偶爾發現了兩個完全不異的雪花腔本。可是，當吉尼斯宿世界記載認證兩片雪花完全不異，只能說雪花在他們那時用的顯微鏡的切確度下完全不異;當物理學認為兩件工具完全不異時，指的是直到亞原子粒子都是完全不異的!這需要達到以下前提:

您需要不異的粒子，

不異的分子布局，

它們之間有不異的化學鍵，

在兩個完全分歧的宏不雅系統中。（不克不及把一片雪花分當作兩半，然后說這兩片不異）

讓我們來看看如何才能知足這些需求。

圖：一片雪花

一個水分子是一個氧原子和兩個氫原子連系在一路。當凍結的水分子連系在一路時，一個水分子為一個四面體，在四面體的每個極點上再連系水分。這使得水分子堆積當作一個晶格狀，即一個六邊形的晶格。

圖：雪花分子連系布局圖

而冰塊的分子布局是大量水分子慎密并排在一路，因為冰塊可以呈現“平面”，布局較“硬”，而雪花很懦弱，因為六角鍵的連系最弱，所以雪花只能按著六邊形成長。

圖：冰塊分子布局

圖：雪花的形當作和發展，一種特別的冰晶布局。

雪晶一起頭會按著對稱模式發展，但一旦達到必然的尺寸，就會成長當作不合錯誤稱的六邊形。在顯微鏡下，大型復雜的雪晶體稀有百個較著的分歧點。據國度大氣研究中間的查爾斯·奈特稱，一般的雪花大約由10^19個水分子構成。雪花這些分歧點的點位有會形當作數百萬成長偏向，形當作分歧的布局分支。那么，在雪花形當作的過程中，有多大的概率每一個點位和成長的分支都完全不異呢?

圖：即使是在一毫米的程度上，雪花的缺陷也可以被看到，形當作不異雪花的難易水平就像復制一個完全不異的雪花的堅苦一樣。

當您一旦深切到分子連系的分歧點位，意味著您要從水分子形當作的第一個六邊形后起頭闡發，而且后續成長城市加進來一個個分子，也就是說我們要深切到分子層面，只有這樣您才可能有兩個不異的雪花。不外，若是您考慮到分子層面闡發，您可能會懵圈。

凡是環境下，氧有8個質子和8個中子，而氫有1個質子和0個中子。然而，大約每500個氧原子中就有1個具有10個中子，而每5000個氫原子中就有1個中子而不是0個中子。以氫和氧含中子的這種概率，這輩子是看不到兩個完全不異的雪花了。

圖：在電子顯微鏡下，一個六邊的雪花晶體顯示了其布局中難以置信的復雜性和缺陷，這些是永遠無法在分子程度長進行復制的。

人工雪花

若是我們降低點要求，忽略原子和分子的差別，即愿意拋卻“純自然制造”，您就有機遇了。美國加州理工學院的雪花科學家肯尼斯·利布雷希特發現了一種手藝，可以制造出人造的“同卵雙胞胎”雪花。

圖：人工雪花

經由過程在特定的嘗試室前提下將雪晶并排并“蒔植”，他已經證實了制造兩種無法區分的雪花是可能的。

圖：在加州理工學院嘗試室前提下發展的兩種幾乎不異的雪晶。

在人類的顯微鏡下，它們沒有什么區別，但它們并不是完全不異的。事實上，就像同卵雙胞胎一樣，它們也有良多分歧之處。它們有分歧的分子連系位點，它們有略微分歧的分支特征，并且它們越大，這些差別就越較著。這就是為什么人工雪花老是很小。當它們不那么復雜時，它們會更相似。

圖：兩個幾乎一模一樣的雪花，在加州理工學院的嘗試室前提下發展。

然而，固然良多雪花很是相似，但若是您想要在布局、分子或原子層面上完全不異，在大天然中您無法找到。這種“無法找到”并非在地球的時候標準上，對整個宇宙的時候標準來說也是一樣的。若是您想知道在宇宙138億年的汗青中，您需要幾多個地球才有機遇呈現兩片完全不異的雪花，謎底是大約10的100兆次方個地球。而整個宇宙中只有10^80個原子，所以您無法找到兩朵一模一樣的雪花。

發表于 2020-05-21 02:00
閱讀 ( 1101 )
分類：其他類型

世界上有沒有兩片相同的雪花？為什么？

你可能感興趣的文章

相關問題

0 條評論

作家榜 ?

推薦文章