一片雪花中的科學(xué)與藝術(shù)

雪花是大自然的藝術(shù)品胎撇。

冬日的漫天飛雪素來(lái)讓人聯(lián)想翩翩介粘。輕盈曼妙的飄雪,似乎總牽動(dòng)所有人憧憬浪漫晚树、自覺(jué)嘴角上揚(yáng)姻采。素裹銀妝的世界宛如童話,無(wú)論年齡幾何爵憎,堆雪人慨亲、打雪仗的樂(lè)趣從不消散,就連樹(shù)梢懶散掛著的一捧雪花都讓人流連宝鼓。最妙的刑棵,還是隨手托起一朵飄落的雪花,欣賞晶瑩的六瓣形態(tài)愚铡。

對(duì)雪花的喜愛(ài)蛉签,多數(shù)人都有。但可比肩肯尼思?利布萊希特的卻極少沥寥。

肯尼思?利布萊希特對(duì)雪花熱愛(ài)到什么程度呢碍舍?

他發(fā)揮自己作為美國(guó)加州理工大學(xué)物理系教授的優(yōu)勢(shì),專(zhuān)心研究雪花形成的物理過(guò)程邑雅,與熱愛(ài)雪花的伙伴一起追尋雪花近20年片橡,撰寫(xiě)了《雪花:冬季的秘密美麗》《雪花的藝術(shù)》《肯尼思野外觀雪指南》等多本書(shū)籍。

他對(duì)雪花的熱愛(ài)和物理研究的熱情真可以說(shuō)是融入了生命里蒂阱,堪稱(chēng)雪花界的大師锻全。


圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)

最近看到《雪花的答案》,是肯尼思的又一本關(guān)于雪花的科普書(shū)籍录煤。

在這本書(shū)中鳄厌,肯尼思不但解釋了雪花形成的過(guò)程和科學(xué)原理,講解了雪花的常見(jiàn)形態(tài)妈踊,展示了170多幅精美的真實(shí)雪花圖片了嚎,還教讀者使用常用的簡(jiǎn)易工具制作雪花標(biāo)本。不僅如此廊营,他更把熱愛(ài)提升到藝術(shù)的境界歪泳,在實(shí)驗(yàn)室中反復(fù)嘗試,去親手制造一朵朵形態(tài)更加完美的雪花露筒,甚至是自然界很難形成的雪花呐伞。

如果你對(duì)雪花的奧妙世界有所疑問(wèn),肯尼思會(huì)送給你《雪花的答案》慎式。

肯尼思首先為大家澄清了兩個(gè)概念:雪晶和雪花伶氢。

雪晶趟径,是一個(gè)科學(xué)概念,指的是單個(gè)的冰晶癣防,其中的水分子都以精確的六角形排列蜗巧。肯尼思使用雪晶這個(gè)概念蕾盯,是為了把相關(guān)物理學(xué)和分子動(dòng)力學(xué)知識(shí)講清楚幕屹,做到科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)。后文中柱狀晶级遭、針狀晶等望拖,指的就是雪晶。

雪花則是常用語(yǔ)装畅,可以指單個(gè)雪晶靠娱、一簇雪晶或者堆積在一起的很多雪晶。在本文中掠兄,除了特定名詞外像云,會(huì)按照日常習(xí)慣使用雪花來(lái)描述。

我們都知道蚂夕,標(biāo)準(zhǔn)的雪花是有6個(gè)分枝并且對(duì)稱(chēng)的星形雪花迅诬,也就是常說(shuō)的六瓣雪花。這是由冰晶的結(jié)構(gòu)婿牍,特別是其中水分子的規(guī)則排列決定的侈贷。水分子的精確幾何,讓雪花最終呈現(xiàn)了完美的六重對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)等脂∏温科學(xué)之美,在一片雪花中展露無(wú)遺上遥。


不同形態(tài)的雪花

雪花的形態(tài)很多樣搏屑,常見(jiàn)的就有柱狀晶、針狀晶粉楚、冠柱晶辣恋、雙層板狀晶、星形雪花模软、星盤(pán)雪花伟骨、扇形雪花、星形樹(shù)枝雪花等燃异。此外携狭,肯尼思還專(zhuān)門(mén)介紹了一些特別的雪花。

最小的雪晶稱(chēng)為鉆石星塵回俐,它的基本形態(tài)是六角形棱柱暑中,大多數(shù)雪花都是由鉆石星塵在下落過(guò)程中逐漸長(zhǎng)大形成的壹瘟。

最大的雪花是星形樹(shù)枝雪花,不但有六個(gè)主要分枝鳄逾,還有側(cè)枝。側(cè)枝長(zhǎng)到非常大時(shí)灵莲,看起來(lái)像蕨類(lèi)植物的葉子雕凹,叫做蕨葉狀星形樹(shù)枝雪花,簡(jiǎn)稱(chēng)蕨葉雪花政冻∶兜郑肯尼思說(shuō),蕨葉雪花是生長(zhǎng)最快的雪花明场。


據(jù)稱(chēng)是作者與觀雪伙伴曾拍到的最大的雪花——一枚蕨葉雪花

別看雪花只有小小一片汽摹,卻是經(jīng)過(guò)了一系列物理過(guò)程、數(shù)學(xué)運(yùn)算和化學(xué)過(guò)程綜合作用形成的苦锨。一片雪花最終能夠呈現(xiàn)什么圖案逼泣,是由雪花下落形成的過(guò)程決定的。

溫度和濕度對(duì)雪花形狀的影響非常大舟舒,一點(diǎn)細(xì)微的變化或者差異拉庶,都會(huì)改變雪花的形態(tài)。所以說(shuō)“沒(méi)有兩片完全一樣的雪花”秃励,自然界中雪花形成的過(guò)程復(fù)雜多變氏仗,很難存在兩片雪花經(jīng)歷了完全一樣的形成過(guò)程。

既然雪花的形成過(guò)程如此易受影響夺鲜,出現(xiàn)一些特殊的形狀也就不足為怪皆尔。

比如不對(duì)稱(chēng)雪花,這是由于雪花各個(gè)部位的生長(zhǎng)條件不盡相同導(dǎo)致的币励。

還有一種特殊的形態(tài)慷蠕,是十二瓣雪花,這是由兩個(gè)六瓣雪花恰好以交錯(cuò)的角度粘在一起形成的榄审,形態(tài)非常迷人砌们。


不對(duì)稱(chēng)雪花與 十二瓣雪花

更迷人的是肯尼思在實(shí)驗(yàn)室條件下制造出來(lái)的雪花。由于實(shí)驗(yàn)室條件可以嚴(yán)格控制搁进,并且可以根據(jù)需要進(jìn)行細(xì)微的溫濕度調(diào)節(jié)浪感,因此所制造出來(lái)的雪花可以呈現(xiàn)出更多美感,堪稱(chēng)藝術(shù)品饼问,肯尼思稱(chēng)之為專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的雪花影兽。


肯尼思在實(shí)驗(yàn)室制造的雙胞胎雪花

肯尼思用一本《雪花的答案》,為我們展現(xiàn)了雪花的豐富世界莱革。他講述的知識(shí)讓我們對(duì)雪花有了全面的了解峻堰,那些精美的圖片讹开,讓我們能夠近距離欣賞雪花的獨(dú)特魅力,大飽眼福捐名。

若仍覺(jué)未能盡興旦万,大可以在下一場(chǎng)大雪來(lái)臨之際,也學(xué)肯尼思來(lái)一場(chǎng)觀雪之旅镶蹋,尋找獨(dú)特的雪花形態(tài)成艘,嘗試做出自己的雪花標(biāo)本,該是樂(lè)趣無(wú)窮吧贺归。

2017.11.10霧凇

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