Koolilastele ja nende vanematele mõeldud veebileht Zateevo.ru selgitas välja, et identseid lumehelbeid pole olemas!
S N E ZH I N K I
PEAL
FOTOD YAROSLAV GNATIUKI!
Pole midagi kaalutumat kui pisikesed lumehelbed. Kui see sulle käe peale kukub, siis sa ei tunne seda!
Nad kaaluvad umbes milligrammi, harva - 2...3 milligrammi.
Inimesed vaatavad lumehelbeid harva, kuid kaks lumehelvest pole täpselt ühesugused. Parimad mikrofotode kollektsioonid sisaldavad enam kui 5 tuhat fotot üksteisest erinevatest lumehelvestest.
ZATEEVO esitleb Ukraina fotograafi Jaroslav Jurjevitš Gnatyuki lumehelveste kollektsiooni. Jaroslav Gnatyuk elab ja töötab Dnepropetrovskis, tema töö on seotud panga maksesüsteemidega, hobiks on mikrofotograafia. Kuid tema fotod on nii professionaalsed, et tänavu sai ta Yandexi fotokonkursi võitjaks.
Miks on kõik lumehelbed nii erinevad?
Algul näevad kõik lumehelveste embrüod välja nagu pisikesed kuusnurksed prismad. Seejärel hakkavad prisma kuuest nurgast kasvama täiesti identsed jääokkad – külgmised võrsed. Nõelad on identsed, kuna embrüot ümbritsev temperatuur ja niiskus on samuti samad. Neil omakorda kasvavad külgmised võrsed – oksad – nagu puul. Lumehelbe suurus hakkab kiiresti suurenema. Samal ajal kasvavad lumehelbe kumerad alad kiiremini. Seega kasvab algselt kuusnurksest plaadist kuuekiireline täht. Pilves üles-alla liikudes kohtab lumehelves erineva temperatuuri ja veeaurusisaldusega tingimusi. Selle kuju muutub. Nii muutuvad lumehelbed teistsuguseks. Kuigi samas pilves samal kõrgusel võivad nad "tekkida" identseks. Igal lumehelbel on oma tee maapinnale. See tähendab, et igaühel on oma lõplik vorm. Lumehelbed langevad kiirusega umbes 15 meetrit minutis. Peaaegu pole need omavahel seotud ja isegi väike tuul, mis puhub 2 meetrit sekundis, paneb nad liikuma. Õhus muutub lumehelveste kuju pidevalt. Lumehelveste teket ja kasvu mõjutavad paljud tegurid.
Lumehelbe moodustav jää on läbipaistev. Aga kui lumehelbeid on palju, siis päikesevalgus, peegeldades ja hajudes lumehelveste arvukatel nägudel, jätab meile mulje valgest läbipaistmatust massist – me nimetame seda lumeks. Oma teekonnal kokkupõrkudes ülejahutatud väikeste veepiiskadega, muutub lumehelbe kuju lihtsamaks. Suure tilgaga silmitsi seistes võib see muutuda rahekiviks. Erinevates kohtades on oma lumi, olenevalt ilmastikutingimustest.
Teadaolevalt sadas Moskvas 1944. aasta kevadel alla kuni 10 sentimeetriseid lumehelbeid. Siberis täheldati kuni 30-sentimeetriseid lumehelbeid. Eeltingimus selleks on täielik rahu. Lumehelbed keerlevad õhus pikka aega, tõusevad ja langevad, rändavad kaua, põrkuvad ja haarduvad üksteisega. Väikseim tuul purustab sellised helbed eraldi osadeks. Madala temperatuuri ja tugeva tuule korral põrkuvad lumehelbed õhus kokku, murenevad ja kukuvad prahi kujul maapinnale.
Kõik laste veebisaidi Zateevo.ru materjalid on kogutud siia:. Lastele mõeldud sait Zateevo.ru on laste saitide kataloogides leiduvate hulgas ainus sedalaadi haridusressurss. Zateevo.ru muudab kooli Interneti tavapärast vaadet!
Sisukord.
Sissejuhatus.
1. peatükk.
1.1.Lumehelveste päritolu.
1.2.Kas on identseid lumehelbeid?
2. peatükk. Minu katsed.
3. peatükk. Huvitavaid fakte lumehelveste kohta.
4. Järeldus.
5. Kasutatud allikad.
UURINGU EESMÄRK:
uurige lumehelbeid, kuidas hämmastav nähtus loodus.
UURINGU EESMÄRGID :
lumehelveste vaatlemine looduses;
lumehelveste tekke uurimine;
lumehelbe kujundite mitmekesisuse tuvastamine;
katseliselt jälgida lumehelveste moodustumist;
selgitada välja õpilaste teadmised lumehelvestest.
HÜPOTEES.
Kui lumehelveste sulamisel tekib vesi, siis lumehelbed tekivad veest.
Kui lumehelbeid on nii palju, siis peab looduses olema palju ühesuguseid lumehelbeid.
ÕPPEAINE.
lumehelbed
lumi
TEEMA ASJAKOHASUS. iga Väike laps väga uudishimulik ja kõiki huvitab mis, kus, kuidas...?
UURIMISMEETODID:
1. Lumehelveste teemalise kirjanduse uurimine.
2. Lumehelveste pildistamine.
3. Katsete läbiviimine.
4. Tehtud tööde analüüs.
Õppimise aeg:jaanuar veebruar2017. aasta.
Sissejuhatus.
Alustan liigutava, õrna ja lummava luuletusega lumehelbest.
Lumehelves.
Kerge kohev valge lumehelves,
Kui puhas, kui julge!
Tormine tee tormab kergesti mööda,
Mitte taevasiniste kõrgusteni – see palub maanduda.
Libiseb osavalt säravates kiirtes
Sulavate helveste hulgas on see veel valge.
Aga nüüd saab pikk tee otsa,
Kristalltäht puudutab maad.
Vapper kohev lumehelves valetab
Kui puhas, kui valge!
(Konstantin Balmont)
1. peatükk.
1.1.Lumehelveste päritolu.
Lumi on. Lumehelbed lendavad. Mis siin ebatavalist on? Talv on just käes. Ja siiski, see on veel üks looduse ime, mis see hämmastav maailm! Uskumatu ilu, kas pole? See on tõesti hämmastav kõikjal meie ümber. Niisiis, kui lund sajab või lumehelbed lendavad, siis meie ja sina ei jälgi maa peal mitte ainult talve nähtust, vaid tõelist looduse imet, mis väärib uurimist.
Lumehelves on keeruline sümmeetriline struktuur, mis koosneb jääkristallidest. Lumi tekib siis, kui pilvedes olevad mikroskoopilised veepiisad tõmbavad ligi tolmuosakesi ja külmuvad. Tekkivad jääkristallid kukuvad alla ja kasvavad neile õhust tuleva niiskuse kondenseerumise tagajärjel. See tekitab kuue otsaga kristallilisi vorme. Ja lumehelves saadetakse kuueharulise tähena maapinnale. Kuid nad jõuavad lumena maapinnale ainult siis, kui temperatuur on alla nulli. Kui temperatuur on kõrgem, lumehelbed aurustuvad ja muutuvad veeauruks, mis tõuseb uuesti. Või need kristallid sulavad ja kukuvad vihma või teravilja kujul maapinnale. Ja vahel juhtub, et katusel kõrghoone Sajab lund, aga väljas juba sajab.
Lumehelveste tüüp sõltub veesisaldusest pilves, kus see tekkis, õhutemperatuurist ja kõrgusest merepinnast. Isegi kui kaks oleks "sündinud" identsed lumehelbed, peavad nad maapinnale sõitma kiirusega umbes 1 km. kell üks. Nad satuvad erinevatesse temperatuuritingimustesse ja jõuavad maapinnale täiesti erineva mustriga, kuid alati kuusnurkse kujuga. Teadlased on suutnud tuvastada mitu peamist lumehelveste vormi. Neile anti isegi nimed:
täht,
plaat,
veerg,
nõel,
kohevus,
siil,
stud.
Lumehelveste kuju sõltub ilmast.
Tuulevaiksel pakasepäeval langevad lumehelbed aeglaselt. Need on suured, läikivad, nagu tähed. Lumehelbed langevad ükshaaval, nii et neid on lihtne näha.
Kerge pakasega näevad lumehelbed välja nagu lumepallid - "lumegraanulid". Ja kui on tugev tuul, tekib "lumetolm", kuna tuul murrab lumehelveste kiired ja servad ära.
Kui pakast pole, kleepuvad maapinnale langevad lumehelbed üksteise külge ja moodustavad "lumehelbeid". Need on suured ja meenutavad vatitükke."
Iga lumehelves on ainulaadne, täpselt nagu sõrmejälg või inimese DNA. Pole olemas identseid lumehelbeid, nagu pole identseid lehti puudel, identseid vihmapiisku ega identseid inimesi.
Aga kui lumehelves on kristall, siis miks ta on valge, peaks olema läbipaistev? Seda tänu selles sisalduvale õhule (95%)! Valgus peegeldub kristallide vahelistel pindadel ja õhus ning hajub. Tänu õhule on lumehelbed väga kerged. Isegi väga tugeva lumetuisu ajal võivad inimesed või loomad lume all pikka aega hingata.
1.2. Kas on identseid lumehelbeid?
Kas on kaks ühesugust lumehelvest? Ei! Farmer Wilson Bentley tõestas seda oma töös 1885. aastal, just temal õnnestus teha esimene foto lumehelbest mikroskoobi all. Ja tal kulus selleks 46 aastat!
Lapsest saati uuris ta taevast langevate kristallide kuju, mille eest sai hüüdnime “Lumehelbeke”. Wilson pühendas kogu oma elu lumehelveste uurimisele, kokku tegi ta 5000 fotot ja ükski neist ei näidanud korduvaid lumehelbeid.
Üks esimesi teadlasi, kes lume struktuurile mõtles, oli saksa matemaatik ja astronoom Johannes Kepler (1571–1630). Aastal 1611 avaldas ta lühikese traktaadi " Uusaasta kingitus, ehk kuusnurksete lumehelveste kohta", mida võib nimetada esimeseks teaduslik töö pühendatud lumehelvestele.
Peatükk 2. Uurimine.
Arvasin alati, et kui pärast lume sulamist tekib vesi, siis pärast külmumist muutuvad veepiisad lumehelvesteks.
1. katse.
Ma külmutasin veepiisad, kuid lumehelbed ei tulnud välja.Ja see tähendab , lund ei paista veepiiskadest. Veepiiskadest võivad saada rahekivid, jäätükid, kuid mitte lumehelbed.
2. katse.
Lumeses läksin õue ja panin labakinda lume alla. Tema peale langes mitu lumehelvest. Hakkasin neid luubiga uurima.
KOOS Nezhinki on selgelt näha ainult siis, kui nad langevad peopesale. Isegi väikese jõu mõjul need purunevad, mis tähendab, et lumehelbed on väga haprad.
Küsitlesin 40 põhikooliõpilast.
Intervjuu tulemuste põhjal
35 kutist 40-st ütlevad, et lumehelves on veest;
30 kutist 40-st väidavad, et seal on identsed lumehelbed;
Kuna mulle väga meeldivad lumehelbed, õppisin neid paberist välja lõikama, värvima ja joonistama.
Peal Uus aasta Mul oli lumehelbe kostüüm:
Samuti mäletasime vanematega, kuidas ehitasime ehituskomplekti osadest maja. Võtsin väikesed osad, aga hoone osutus suureks. Ka loodus teab, kuidas ehitada. Kuid ta ei ehita maju, vaid lumehelbeid ebatavalisest jääehitajast - pisikestest jäätükkidest!
Peatükk 3. Huvitavaid asju lumehelveste kohta.
1987. aasta lumesaju ajal leiti Fort Coyst (Montana, USA) maailmarekordiline lumehelves läbimõõduga 38 cm.
Rohkem kui pool elanikkonnast maakera Ma pole kunagi lund näinud, välja arvatud fotodel.
Kaug-Põhjas võib lumi olla nii kõva, et kui kirves seda tabab, heliseb see nagu rauast löödud.
Jaapanis nimetavad teadlased lumehelbeid taevast pärit kirjadeks, mis on kirjutatud salajaste hieroglüüfidega.
Järeldus.
Teemaga tegeledes saavutasin oma eesmärgi ja õppisin palju lumehelveste kohta. Õppe- ja uurimistöö käigus lahendasin enda püstitatud probleeme. Kahjuks ei leidnud mu hüpoteesid kinnitust. Projekti kallal töötades sain teada, et pole kahte ühesugust lumehelvest. Sain ka teada, et need tekivad teemanditolmust, neil on alati keskpunkt, sümmeetrilised ja kuusnurksed.
Kasutatud allikad:
Kas lumehelbed on samad või mis on külmunud vees peidus? - Juurdepääsurežiim:http://shkolazhizni.ru/archive/0/n-33171/
Luuletused lumest ja lumehelvestest. - Juurdepääsurežiim:http://www.razumniki.ru/stihi_ro_sneg_i_sneginki.html
Projektitöö KAS ON LUMEHELBEID SAMASED Lõpetanud: Makar Žihharev, 3. klass, Lütseum nr 179, Peterburi. Juht: Agafonova S.V.
Lumesaju ajal mõtleme harva, et tavalised lumehelbed suudavad demonstreerida oma struktuuri hämmastavat keerukust, korrapärasust ja kujude mitmekesisust. Seda on selgelt näha ka palja silmaga, kuid kui lumehelbeid läbi mikroskoobi uurida, avanevad meile uued ja väga üllatavad detailid.
UURIMUSE PLANEERIMISE EESMÄRK: uurida lumehelbeid kui hämmastavat loodusnähtust. UURIMISE EESMÄRGID: lumehelveste vaatlus looduses; lumehelveste tekke uurimine; lumehelveste kujude mitmekesisuse ja lume krigisemise põhjuste väljaselgitamine; katseliselt jälgida lumehelveste moodustumist; selgitada välja õpilaste teadmised lumehelvestest;
HÜPOTEES Kui lumehelveste sulamisel tekib vesi, siis lumehelbed tekivad veest. Kui lumehelbeid on nii palju, siis peab looduses olema palju ühesuguseid lumehelbeid.
Õppeaine LUMEHELBED LUMI
Mis on LUMEHELVES Lumehelves on keeruline sümmeetriline struktuur, mis koosneb jääkristallidest. Lumi tekib siis, kui pilvedes olevad mikroskoopilised veepiisad tõmbavad ligi tolmuosakesi ja külmuvad. Tekkivad jääkristallid kukuvad alla ja kasvavad neile õhust tuleva niiskuse kondenseerumise tagajärjel. See tekitab kuue otsaga kristallilisi vorme. Ja lumehelves saadetakse kuueharulise tähena maapinnale. ;
LUMEHELBE UURIMINE Wilson A. Bentley Professor Libbrecht
LUMEHELVETE ÕPPIMINE
EKSPERIMENT 1 Ma külmutasin veepiisad, kuid lumehelbed ei ilmunud. See tähendab, et lund ei teki veepiiskadest. Veepiiskadest võivad saada rahekivid, jäätükid, kuid mitte lumehelbed.
EKSPERIMENT 2 Lumeses läksin õue ja asetasin labakinda lume alla. Tema peale langes mitu lumehelvest. Hakkasin neid luubiga uurima. Nežinki on selgelt näha ainult siis, kui need teie peopessa kukuvad. Isegi väikese jõu mõjul need purunevad, mis tähendab, et lumehelbed on väga haprad.
Mis on lumehelbed?
INTERVJUU Tegin intervjuu koolis nr 619, kus õpib mu sõber, 3-A klassi 25 õpilasega. Intervjuu tulemuste kohaselt väidavad 25 kutist 20, et lumehelves koosneb veest; - 24 poisist 25-st väidavad, et seal on identsed lumehelbed;
MÜÜT SAMASEST LUMEHELVETE KOHTA
HUVITAVAD FAKTID lumehelveste KOHTA
KOKKUVÕTE Teema kallal töötades saavutasin oma eesmärgi ja õppisin palju lumehelveste kohta. Õppe- ja uurimistöö käigus lahendasin enda püstitatud probleeme. Kahjuks ei leidnud mu hüpoteesid kinnitust. Tänu sellele teame nüüd täpselt, kuidas lumehelbed tekivad ja millised need on.
TÄNAN TÄHELEPANU EEST!!!
Kas olete kunagi kuulnud fraasi "see lumehelves on eriline", ütlevad nad, sest neid on tavaliselt palju ja nad on kõik kaunid, ainulaadsed ja lummavad, kui vaadata tähelepanelikult. Vanasõna ütleb, et kahte ühesugust lumehelvest pole, aga kas see on tõesti tõsi? Kuidas saate seda isegi kuulutada, vaatamata kõiki langevaid ja langevaid lumehelbeid? Järsku lumehelves kuskil Moskvas ei erine lumehelvestest kusagil Alpides.
Et seda küsimust teaduslikust vaatenurgast vaadata, peame teadma, kuidas lumehelves sünnib ja milline on tõenäosus (või ebatõenäosus), et sünnib kaks samasugust.
Tavalise optilise mikroskoobi abil jäädvustatud lumehelves
Lumehelves on oma tuumas vaid veemolekulid, mis seostuvad omavahel teatud kindlas konfiguratsioonis. Enamikul neist konfiguratsioonidest on mingi kuusnurkne sümmeetria; see on seotud sellega, kuidas veemolekulid oma spetsiifiliste sidenurkadega – mis on määratud hapnikuaatomi, kahe vesinikuaatomi füüsika ja elektromagnetilise jõuga – saavad omavahel siduda. Lihtsaim mikroskoopiline lumekristall, mida saab mikroskoobi all uurida, on ühe miljondikmeetri suurune (1 mikron) ja võib olla väga lihtsa kujuga, näiteks kuusnurkse kristallplaadiga. Selle laius on ligikaudu 10 000 aatomit ja sarnaseid on palju teisigi.
Guinnessi rekordite raamatu järgi avastas Nancy Knight riiklikust atmosfääriuuringute keskusest Wisconsinis lumetormi ajal mikroskoopi kandes lumekristalle uurides ootamatult kaks identset lumehelvest. Kuid kui esindajad tunnistavad kaks lumehelvest identseks, võivad nad tähendada ainult seda, et lumehelbed on identsed mikroskoobi täpsusega; kui füüsika nõuab, et kaks asja oleksid identsed, peavad need olema identsed kuni subatomaarse osakeseni. Mis tähendab:
- vajate samu osakesi,
- samades konfiguratsioonides
- samade ühendustega
- kahes täiesti erinevas makroskoopilises süsteemis.
Vaatame, kuidas seda korraldada.
Üks veemolekul on üks hapnikuaatom ja kaks vesinikuaatomit, mis on omavahel seotud. Kui külmunud veemolekulid seostuvad omavahel, saab iga molekul läheduses neli teist seotud molekuli: üks igas tetraeedrilises tipus iga üksiku molekuli kohal. See põhjustab veemolekulide voltimise võrekujuliseks: kuusnurkseks (või kuusnurkseks) kristallvõreks. Kuid suured jääkuubikud, nagu kvartsimaardlates leiduvad, on äärmiselt haruldased. Kui vaatate väikseimaid skaalasid ja konfiguratsioone, leiate, et selle võre ülemine ja alumine tasapind on pakitud ja ühendatud väga tihedalt: teil on kahel küljel "lamedad servad". Ülejäänud külgedel olevad molekulid on avatumad ja täiendavad veemolekulid seostuvad nendega juhuslikumalt. Eelkõige on kuusnurksetel nurkadel kõige nõrgemad sidemed, mistõttu täheldame kristallide kasvus kuuekordset sümmeetriat.
Seejärel kasvavad uued struktuurid samade sümmeetriliste mustritena, suurendades kuusnurkset asümmeetriat, kui nad saavutavad teatud suuruse. Suurtel keerulistel lumekristallidel on mikroskoobi all vaadates sadu kergesti eristatavaid tunnuseid. Charles Knighti sõnul riiklikust atmosfääriuuringute keskusest on umbes 1019 veemolekuli hulgas sadu omadusi, mis moodustavad tüüpilise lumehelbe. Kõigi nende funktsioonide jaoks on miljoneid võimalikke kohti, kus saab moodustada uusi filiaale. Kui palju selliseid uusi funktsioone saab lumehelves moodustada, ilma et see muutuks lihtsalt üheks paljudest?
Igal aastal langeb maailmas maapinnale ligikaudu 1015 (kvadriljonit) kuupmeetrit lund ja iga kuupmeeter sisaldab umbes mitu miljardit (109) üksikut lumehelvest. Kuna Maa on eksisteerinud umbes 4,5 miljardit aastat, on ajaloo jooksul planeedile langenud 1034 lumehelvest. Ja kas teate statistilisest vaatepunktist, kui palju eraldiseisvaid, ainulaadseid, sümmeetrilisi hargnevaid tunnuseid võib lumehelves olla ja oodata, et neil on Maa ajaloo teatud ajahetkel kaksik? Ainult viis. Kui tõelistes suurtes looduslikes lumehelvestes on neid tavaliselt sadu.
Isegi ühe millimeetri kõrgusel lumehelves näete puudusi, mida on raske dubleerida
Ja ainult kõige argisemal tasemel võite ekslikult näha kahte ühesugust lumehelvest. Ja kui olete valmis laskuma molekulaarsele tasemele, muutub olukord palju hullemaks. Tavaliselt on hapnikul 8 prootonit ja 8 neutronit, vesinikuaatomil aga 1 prooton ja 0 neutronit. Kuid ühes hapnikuaatomis 500-st on 10 neutronit, ühes 5000-st vesinikuaatomist on 1 neutron, mitte 0. Isegi kui moodustate täiuslikud kuusnurksed lumekristallid ja kogu planeedi Maa ajaloo jooksul on loendatud 1034 lumekristalli, piisab sellest. langeda mõne tuhande molekuli suuruseni (vähem kui nähtava valguse pikkus), et leida unikaalne struktuur, mida planeet pole kunagi varem näinud.
Aga kui te ignoreerite aatomi- ja molekulaarseid erinevusi ning loobute "looduslikust", on teil võimalus. Lumehelbete uurija Kenneth Libbrecht California Tehnoloogiainstituudist on välja töötanud tehnika lumehelvestest tehislike "identsete kaksikute" loomiseks ja pildistab neid spetsiaalse mikroskoobi, nimega SnowMaster 9000, abil.
Sellest hoolimata on paljud lumehelbed üksteisega sarnased. Kuid kui otsite tõeliselt identseid lumehelbeid struktuursel, molekulaarsel või aatomitasandil, ei anna loodus teile seda kunagi. See võimaluste hulk on suur mitte ainult Maa, vaid ka Universumi ajaloo jaoks. Kui soovite teada, mitu planeeti on vaja kahe identse lumehelbe saamiseks universumi 13,8 miljardi aastase ajaloo jooksul, on vastus suurusjärgus 10100000000000000000000000. Arvestades, et vaadeldavas universumis on ainult 1080 aatomit, on see äärmiselt ebatõenäoline. . Nii et jah, lumehelbed on tõeliselt ainulaadsed. Ja see on pehmelt öeldes.
- Tõlge
Lumehelbed erinevaid vorme ja suurused, mis ilmusid looduskeskkond. Foto 1898. aasta populaarteaduse kuukogust nr 53.
Võib-olla olete kuulnud ütlust "erilise lumehelbe kohta". Asi on selles, et lumehelbed on ilusad ja väärtuslikud, sest nende tohutus koguses on võimatu leida kahte ühesugust. Nad ütlevad, et kaks identset lumehelvest pole – aga kas see on tõesti tõsi? Tasub pöörduda selle poole, mida teadus sellest arvab – just seda küsib meilt üks meie lugejatest:
Olen kuulnud teadlasi ütlemas, et pole kahte ühesugust lumehelvest. Ja ma ütlen: kuidas saab seda kindlalt teada, kui te ei uuri kõiki maapinnale langenud lumehelbeid? Võib-olla langeb kuskil Venemaal lumehelves samal ajal kui identne lumehelves kuskil Minnesotas.
Selle probleemi uurimiseks teaduslikust vaatenurgast peate mõistma, kuidas lumehelvest tehakse ja kui tõenäoline on saada kaks identset lumehelvest.
Lumehelves optilise mikroskoobi all
Lumehelves on veemolekulid, mis on omavahel seotud kindlas tahkes konfiguratsioonis. Enamikul neist on kuusnurkne sümmeetria; see juhtub nurga tõttu, mille all veemolekulid suudavad üksteisega sidet luua. Selle nurga määrab hapnikuaatomi, kahe vesinikuaatomi füüsika ja elektromagnetiline vastastikmõju. Lihtsaim mikroskoopiline lumekristall, mida saab optilise mikroskoobiga näha, on ühe miljondik meetrit (1 µm) suur ja võib võtta üsna palju aega. lihtsad kujundid- näiteks lame kuusnurk. See sisaldab ainult umbes 10 000 aatomit ja nende hulgast võib leida palju identseid.
Lumehelveste kuusnurkne sümmeetria on tuntud juba pikka aega. See fotokogu pärineb aastast 1902.
Guinnessi rekordite raamatu järgi oli riikliku atmosfääriuuringute keskuse teadlasel Nancy Knightil õnn avastada kaks identset lumehelvest, kui ta uuris mikroskoobiga 1988. aasta Wisconsini lumetormist pärit lumekristalle. Kuid Guinness väljastab sertifikaadi ainult lumehelveste identiteedi alusel, võttes arvesse mikroskoobi täpsust. Kui füüsika nõuab kahe objekti identiteeti, tähendab see identiteeti kuni subatomaarsete osakesteni! Ja see tähendab:
On vaja, et täpselt sellised osakesed
moodustatud täpselt sellises konfiguratsioonis
nende vahel on samad seosed
kahes erinevas makroskoopilises süsteemis.
Uurime, mida see nõuab.
Üks veemolekul on üks hapnikuaatom ja kaks vesinikuaatomit, mis on omavahel seotud. Kui külmunud veemolekulid seostuvad omavahel, seotakse neist igaühega neli teist molekuli: üks igas selle molekuli keskpunktis oleva tetraeedri tipus. Selle tulemusena pakitakse veemolekulid kuusnurksesse võresse kristallvõre. Kuid suured prismakujulised jääkuubikud, nagu näiteks kvartsimaardlate läheduses, on äärmiselt haruldased. Liikudes väikseimatest skaaladest ja konfiguratsioonidest ülemisele tasemele, näete, et selle võre ülemine ja alumine pind on väga tihedalt pakitud ja üksteisega ühendatud - mõlemal küljel on lamedad servad. Ja vastupidi, üksikud molekulid on ülejäänud külgedel nähtavad ja uued veemolekulid seostuvad nendega juhuslikumas järjekorras. Kuusnurga nurkades on sidemed kõige nõrgemad, mistõttu tekib kasvavates kristallides kuusnurkne sümmeetria.
Lumekristalli teke ja kasv, videofragment
Seejärel kasvavad vastloodud struktuurid selle sümmeetrilise mustri järgi, säilitades teatud suuruse saavutamisel kuusnurkse asümmeetria. Suurtel ja keerukatel lumekristallidel on mikroskoobi all sadu nähtavaid tunnuseid. Näete sadu eristavad tunnused ja umbes 10 19 veemolekuli, mis moodustavad tüüpilise lumehelbe, vastavalt Charles Knightile riiklikust atmosfääriuuringute keskusest. Ja iga sellise funktsiooni jaoks on miljoneid sobivad kohad, milles võivad tekkida uued võrsed. Niisiis, kui palju neist uutest funktsioonidest saab lumehelves moodustada ja olla teisega identne?
Täielik video
Igal aastal langeb maapinnale umbes 3 * 10 13 kuupmeetrit lund ja igas kuupmeeter sisaldab ligikaudu 3*10 10 lumehelvest. Kuna Maa on eksisteerinud umbes 4,5 miljardit aastat, on selle ajaloo jooksul sellele langenud umbes 10 34 lumehelvest. Statistiliselt võib öelda, et üksikute ainulaadsete sümmeetriliselt hargnevate tunnuste arv, mida lumehelves võiks endale lubada identse kaksiku saamiseks Maa ajaloo jooksul, on viis. Pealegi on tõelistel, täielikult kasvanud looduslikel lumehelvestel sadu selliseid omadusi.
Isegi millimeetri skaalal on lumehelbe peal palju ebatäiuslikkust, mis raskendavad teise, täpselt sama lumehelbe reprodutseerimist
Kaks identset lumehelvest on võimalik leida ainult siis, kui vaatate kõige väiksemaid kristalle esialgsed etapid kasvu. Ja kui laskuda molekulaarsele tasemele, läheb olukord veelgi hullemaks. Tavaliselt on hapnikul 8 prootonit ja 8 neutronit, vesinikul aga 1 prooton ja 0 neutronit. Kuid umbes ühel 500 hapnikuaatomist on 10 neutronit ja ühel 5000 vesinikuaatomist on 1 neutron, mitte 0. Nende arvudega, isegi kui loote täiusliku kuusnurkse lumekristalli ja jõuate kristallide arvuni, mis langevad 10 34, peate kasvama vaid mitme tuhande molekuli suuruseks, st 0,01 mikroni suuruseks lumehelbeks (see on väiksem kui nähtava valguse lainepikkus), et saada unikaalne struktuur, mis maailm pole veel näinud.
Uurides kuusnurkset lumekristalli, mille all on serv elektronmikroskoop näete, kui palju peeneid ja mitmekesiseid puudusi tal on, mida ei saa molekulaarsel tasandil reprodutseerida
Aga kui soovite ignoreerida erinevusi aatomi- ja molekulaartasandil ning kasutada kunstlikke lumehelbeid, siis siin on teie võimalus. Lumehelveste uurija Kenneth Libbrecht Caltechist on välja töötanud tehnoloogia kunstlike identsete lumehelveste loomiseks ja nende pildistamiseks spetsiaalse mikroskoobi abil, mida ta nimetab SnowMaster 9000-ks.
Teatud laboritingimustes kõrvuti lumehelbeid kasvatades näitas ta, et on võimalik luua kaks lumehelvest, mis ei erine üksteisest.
Või midagi sellist. Mikroskoobiga vaadates on need eristamatud – kuid tegelikkuses on need erinevad. Nagu identsed kaksikud, on neil palju erinevusi: erinevad molekulaarsete ühenduste kohad, veidi erinevad harud ja mida suuremad nad on, seda paremini need erinevused on nähtavad. Seetõttu on need lumehelbed väikesed ja mikroskoop on võimas: mida lihtsamad on lumehelbed, seda vähem on nende vahel erinevusi.
Paljud lumehelbed on aga üksteisega sarnased. Aga kui otsite tegelikult identseid lumehelbeid struktuursel, molekulaarsel või aatomitasandil, siis loodus ei anna teile seda kunagi. Võimaluste hulk on liiga suur mitte ainult Maa, vaid ka Universumi ajaloo jaoks. Kui arvutada, mitu planeeti Maad oleks vaja, et oleks võimalik leida kaks identset lumehelvest kogu universumi eksisteerimise 13,8 miljardi aasta jooksul, saame arvu suurusjärgus 10 10 000 000 000 000 000 000 . Ja kuna vaadeldavas universumis on ainult 10 80 aatomit, on see väga ebatõenäoline. Nii et ilmselt on kõik lumehelbed tõeliselt ainulaadsed.
