Существуют ли одинаковые снежинки: Правда ли, что не существует одинаковых снежинок |

Содержание

Правда ли, что не существует одинаковых снежинок

7 январяОбразование

Только не говорите, что никогда об этом не задумывались.

Вы наверняка слышали утверждение, что на свете не может быть двух идентичных снежинок. Дескать, они уникальны — так же, как и отпечатки пальцев у людей. Насколько это правдиво?

Ну, с отпечатками мы уже разбирались: в одной из наших прошлых статей выяснилось, что изредка они всё-таки повторяются. Истории известно^{S. A. Cole. More than Zero: Accounting for Error in Latent Fingerprint Identification / Journal of Criminal Law & Criminology по крайней мере 22 случая исключительной их схожести у разных людей. С криминалистикой покончили, переходим к метеорологии.}

Изображение: Kenneth G. Libbrecht / Caltech

Большинство из нас знает, что такое снег, — кроме, разве что, читателей из жарких стран. Для них на всякий случай скажем: это ледяные кристаллики, которые образуются из атмосферной влаги под воздействием холода.

Из‑за свойств молекул воды, которые имеют гексагональную кристаллическую решётку, снежинки становятся шестиконечными^{No Two Snowflakes Alike — True or False / ThoughtCo. Но они крайне редко бывают идеально симметричными. Существуют миллиарды различных их вариаций, и на первый взгляд все они кажутся уникальными.}

Тем не менее одинаковые снежинки всё-таки могут образовываться. В лаборатории так уж точно.

Доктор Кеннет Либбрехт, профессор физики Калифорнийского технологического института, нашёл способ^{Kenneth G. Libbrecht. Designer Snowflake / Caltech выращивать под микроскопом снежинки — практически полные копии^{Who Ever Said No Two Snowflakes Were Alike? / The New York Times друг друга. Исследователь ласково прозвал их близнецами. Для этого нужно всего‑навсего обеспечить идентичные^{K. G. Libbrecht. An experimental apparatus for observing deterministic structure formation in plate‑on‑pedestal ice crystal growth / Cornell University условия преобразования молекул воды (контролировать температуру, влажность и турбулентность воздуха). Синтетические снежинки растут точно так же, как и природные: на их формирование уходит от 15 минут до часа.}}}

Видео: Kenneth G. Libbrecht / Caltech

Что ещё удивительнее, в естественной среде одинаковые замёрзшие кристаллики тоже изредка попадаются. В Книгу рекордов Гиннесса занесён первый в истории зафиксированный случай обнаружения таких снежинок. В 1988 году Нэнси Найт, метеоролог из Национального центра атмосферных исследований в Боулдере (Колорадо), нашла^{First identical snow crystals / Guinness World Records два идентичных кристалла, исследуя с помощью микроскопа образцы, собранные во время шторма в Висконсине.}

Правда, и такие снежинки будут всё-таки несколько различаться на молекулярном уровне. Физик Итан Сигел объясняет^{Ask Ethan: Could You Have Two Perfectly Identical Snowflakes? / Forbes: чтобы назвать объекты абсолютно одинаковыми, надо, чтобы они были идентичными вплоть до субатомных частиц. А такого быть не может.}

Изображение: United States Department of Agriculture / Wikimedia Commons

Типичный снежный кристаллик содержит^{Kenneth G. Libbrecht. Is it really true that no two snowflakes are alike? / Caltech около 10¹⁸ молекул воды (старой доброй H₂O). И количество конфигураций, которые они способны составить, практически бесконечно — их больше, чем атомов в обозримой Вселенной.}

Так что ответ на вопрос, бывают ли одинаковые снежинки, может быть как положительным, так и отрицательным. Когда его задаёт человек, не имеющий отношения к точным наукам, ответ — да, бывают. Если же с вами говорит специалист по молекулярной физике — то нет, все снежинки абсолютно уникальны. Впрочем, для этого умника и два фужера из сервиза вашей бабули тоже будут разными.

Бывают ли одинаковые снежинки? | Вечные вопросы | Вопрос-Ответ

03. 01.2018 00:40

Елена Слободян

Примерное время чтения: 2 минуты

5018

Категория:
Явления

Одинаковые снежинки в природе встречаются. В исключительных случаях. Впервые это было зафиксировано специалистами Национального центра атмосферных исследований США в 1988 году.

Фото: pixabay.com

Исследователь Нэнси Найтв своей работе «No Two Alike?» доказала, что в природе могут встречаться идентичные снежинки.

К такому заключению Найт пришла после того, как опытным путем получила одинаковые снежинки в лабораторных условиях. Свою теорию она доказала математическим путем, через теорию вероятности. Она вывела 100 отличительных признаков снежинок, по которым можно судить о том, что существует 10 в 158 степени различных вариантов снежинок. И, хотя полученное число бесконечно велико, это не исключает возможности совпадения снежинок, утверждает Найт.

В то же время, по утверждению профессора физики Калифорнийского университета Кэннета Либбрехта, внешне одинаковые снежинки обладают различиями во внутреннем строении, а именно — в кристаллической решетке. Поэтому нельзя сказать, что в принципе возможно найти полностью одинаковые снежинки по форме и по атомной структуре.

Процесс образования снежинок включает в себя сублимацию кристаллов из газовой фазы, минуя жидкое состояние. При формировании снежинки молекулы воды хаотично нарастают с момента формирования начального кристалла. Таким образом, рост снежинки идет неупорядоченным образом.

Рост снежинок зависит от внешних условий, таких, как температура и влажность воздуха. В зависимости от этих и других условий новые слои молекул накладываются друг на друга, образуя каждый раз новую форму снежинки.

Все снежинки имеют шесть граней, поскольку при замерзании молекулы воды выстраиваются особым порядком, в результате чего образуется шестигранная геометрическая фигура.

Рост снежинки обусловлен температурой воздуха, при которой происходило ее формирование. Чем ниже была температура, тем меньше будет и размер снежинки.

Направления роста снежинки обусловлены тем, что кристаллы льда шестиугольные. Два кристаллика не могут соединиться углом, они всегда присоединяются друг к другу гранью. Поэтому лучи всегда растут в шесть сторон, а от луча может отходить «ветка» только под углом 60 или 120 градусов.

снежинки

Следующий материал

Также вам может быть интересно

…Почему мы низенькие?
Из чего делают энергетики?
Почему Украина не может ничем заменить уголь из Донбасса и РФ?
. ..Нужны ли автомобилю «пищевые» добавки?
…Как можно компенсировать нехватку солнца?

Новости СМИ2

Правда ли, что нет двух одинаковых снежинок?

Ежедневные загадки

Забавные научные факты из Библиотеки Конгресса

« Назад к странице Метеорология, Климатология

Ответ

Научный консенсус утверждает, что вероятность того, что два больших снежных кристалла будут идентичными, равна нулю.

Зимние сцены: Снежинки. ок. 1920-1950 гг. Теодор Горычак, фотограф. Отдел эстампов и фотографий Библиотеки Конгресса.

Вероятность того, что два кристалла снега (один кристалл льда) или хлопья (кристалл снега или несколько слипшихся кристаллов снега) будут совершенно одинаковыми по молекулярной структуре и внешнему виду, очень мала. И доказать обратное будет непросто. Каждую зиму с неба падает около 1 септиллиона (1 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 или триллиона триллионов) снежных кристаллов!

Складчатый дятел во время сильной метели в декабре 2009 года в Среднеатлантических штатах. Доктор Игорь Смоляр, фотограф. Фотобиблиотека NOAA.

Перебрать все кристаллы снега, образующиеся каждую зиму, было бы непростой задачей. Итак, мы полагаемся на облачных физиков, кристаллографов и метеорологов, которые изучают снежные кристаллы и объясняют нам, почему не существует двух одинаковых снежных кристаллов.

Во-первых, нам нужно понять, что не все молекулы воды абсолютно одинаковы. Вообще говоря, молекулы воды состоят из двух молекул водорода с одним атомом кислорода ¹⁶. Однако не все молекулы воды будут иметь такое расположение. Некоторые молекулы воды будут иметь атом дейтерия вместо одного из атомов водорода, а некоторые молекулы воды будут иметь атом ¹⁸ O. Поскольку молекулярный состав снежных кристаллов сильно различается, из этого следует, что каждый снежный кристалл будет немного отличаться.

Исследования среди снежных кристаллов. Уилсон Бентли, «Человек-снежинка», 1902 г. Фотобиблиотека NOAA.

Кроме того, на уникальные и сложные свойства снежных кристаллов очень сильно влияют нестабильные атмосферные условия. Снежные кристаллы чувствительны к температуре и меняют форму и дизайн, когда они падают из облака и подвергаются воздействию колебаний температуры. Иметь два кристалла или хлопья снега с одинаковой историей развития практически невозможно.

Изображения с высоким разрешением показывают сложность снежинки. Тим Гарретт, Университет Юты, фотограф. Мультимедийная галерея Национального научного фонда.

Еще в 2007 году ходили слухи о том, что старая пословица «Не бывает двух одинаковых снежинок» может быть неправдой. Эти истории подчеркивали, что более мелкие кристаллы простой формы (например, шестиугольные призмы) могут выглядеть одинаково по внешнему виду. В рассказах также сообщалось, что снежные кристаллы, содержащие небольшое количество (например, 10) молекул воды, могут быть одинаковыми (типичный снежный кристалл содержит 1018 молекул воды!). Как вы понимаете, в зависимости от того, как вы определяете одинаковый или снежный кристалл, вы можете найти два одинаковых снежных кристалла. Однако научный консенсус по-прежнему полагает, что маловероятно, чтобы два более крупных сложных снежных кристалла были идентичны по молекулярной структуре и внешнему виду.

Опубликовано: 19.11.2019. Автор: Справочно-научный отдел Библиотеки Конгресса

Дополнительная литература

Бланшар, Дункан К. Человек-снежинка: биография Уилсона А. Бентли. Блэксбург, Вирджиния: McDonald & WoodwardPub, 1998.
Кассино, Марк. История снега: наука о зимнем чуде. Сан-Франциско: Хроники, c2009.
Либбрехт, Кеннет. Тайная жизнь снежинки: подробный взгляд на искусство и науку о снежинках. Миннеаполис, Миннесота: Voyageur Press, 2009.
Оловссон, Ивар. Снег, лед и другие чудеса воды: дань уважения водородной связи. Университет Упсалы, Швеция. Нью-Джерси: World Scientific, [2016]
Уинтерс, Анджелина. Как сделать снежинку из бумаги. Катона, Нью-Йорк: Ким Пути, около 1990 г.

Условия поиска

Ледяные кристаллы.
Снежинки.

Разрушитель мифов: не бывает двух одинаковых снежинок? Очень возможно, но доказать трудно

Снежинки как отпечатки пальцев; как говорится, нет двух одинаковых. Даже однояйцевые близнецы с одинаковой ДНК имеют уникальные отпечатки пальцев. Так как же возможно, что каждая снежинка уникальна, когда существует так много — почти непостижимое количество?

Может показаться, что это миф, который легко разрушить, но это правда. Не бывает двух одинаковых снежинок. Или, по крайней мере, они, вероятно, не. По данным Библиотеки Конгресса, из-за огромного количества снежинок, выпадающих каждую зиму — 1 септиллион — было бы почти невозможно доказать, что нет двух одинаковых снежинок.

Что такое септиллион, спросите вы. Это 1, за которой следуют 24 нуля. Другой способ думать об этом состоит в том, что 1 септиллион эквивалентен триллиону триллионов. Как ни посмотри, снежинок много.

Однако из-за того, как они формируются и на них влияют атмосферные условия, ученые соглашаются, что существование одинаковых снежинок крайне маловероятно.

Снежинки начинают формироваться, когда водяной пар конденсируется вокруг крошечной частицы пыли высоко над Землей, на высоте 6 миль над землей, сообщает National Geographic. Эти новообразованные частицы затем кристаллизуются. Эти снежинки или снежные кристаллы очень чувствительны к своему микроокружению, что влияет на их внешний вид.

Одним из факторов, влияющих на форму и внешний вид снежинок, является температура. При температуре от 27 до 32 градусов по Фаренгейту снежинки формируются в виде шестигранных пластин, сообщает National Geographic. Когда на несколько градусов холоднее, хлопья имеют игольчатую форму. При еще более низких температурах снежинки приобретают форму столба, а при еще более низких температурах — звездообразную форму папоротника.

Влажность также играет роль. В более сухом воздухе хлопья имеют тенденцию быть более плоскими, в то время как более влажный воздух часто приводит к большему росту на кончиках, углах и краях кристаллов. Снежинки могут расти по мере того, как все больше молекул воды собираются вместе на поверхности существующего снежного кристалла или хлопья. По данным National Geographic, чем больше водяного пара, тем сложнее и быстрее могут быть растущие снежинки.

По данным Библиотеки Конгресса, поскольку снежинки очень чувствительны к температуре, они часто меняют форму, когда падают на землю. В результате было бы почти невозможно, чтобы две снежинки имели одинаковую историю развития, что делало бы практически невозможным идентичность снежинок.

Исследователи и ученые широко признают, что нет двух одинаковых снежинок, но это может быть верно только в отношении конечного продукта, сообщает National Geographic. На самых ранних стадиях — когда водяной пар конденсируется вокруг пылинки, а затем кристаллизуется — снежинки представляют собой простые шестигранные призмы.