Site-ul pentru școlari și părinții lor Zateevo.ru a aflat că nu există fulgi de nea identici!
S N E ZH I N K I
PE
FOTOGRAFII DE YAROSLAV GNATIUK!
Nu există nimic mai lipsit de greutate decât fulgii de nea mici. Dacă îți cade pe mână, nu o vei simți!
Cântăresc aproximativ un miligram, rar - 2...3 miligrame.
Oamenii se uită rar la fulgi de zăpadă, dar nu există doi fulgi de zăpadă exact la fel. Cele mai bune colecții de microfotografii conțin mai mult de 5 mii de fotografii cu fulgi de zăpadă care sunt diferiți unul de celălalt.
ZATEEVO prezintă o colecție de fulgi de nea realizată de fotograful ucrainean Yaroslav Yuryevich Gnatyuk. Yaroslav Gnatyuk trăiește și lucrează în Dnepropetrovsk, munca sa este legată de sistemele bancare de plată, iar microfotografia este un hobby. Dar fotografiile sale sunt atât de profesioniste încât anul acesta a devenit câștigătorul concursului foto Yandex.
De ce sunt toți fulgii de nea atât de diferiți?
La început, toți embrionii de fulgi de zăpadă arată ca niște prisme hexagonale minuscule. Apoi, ace de gheață complet identice - lăstari laterali - încep să crească din cele șase colțuri ale prismei. Acele sunt identice deoarece temperatura și umiditatea din jurul embrionului sunt, de asemenea, aceleași. Pe ele, la rândul lor, lăstari laterali — crenguțe — cresc, ca pe un copac. Fulgul de zăpadă începe să crească rapid în dimensiune. În același timp, zonele convexe ale fulgului de zăpadă cresc mai repede. Astfel, o stea cu șase raze crește dintr-o placă inițial hexagonală. Mișcându-se în sus și în jos într-un nor, un fulg de zăpadă întâlnește condiții cu temperaturi diferite și conținut de vapori de apă. Forma lui se schimbă. Așa devin diferiți fulgii de zăpadă. Deși în același nor, la aceeași înălțime, ei pot „ieși” identici. Fiecare fulg de nea are propriul drum către pământ. Aceasta înseamnă că fiecare are propria sa formă finală. Fulgii de zăpadă cad cu o viteză de aproximativ 15 metri pe minut. Aproape că nu sunt conectate între ele și chiar și un vânt mic de 2 metri pe secundă le pune în mișcare. În aer, forma fulgilor de zăpadă se schimbă constant. Formarea și creșterea fulgilor de zăpadă este influențată de mulți factori.
Gheața care formează fulgul de nea este transparentă. Dar când sunt mulți fulgi de zăpadă, atunci lumina soarelui, reflectându-se și împrăștiindu-se pe numeroasele fețe ale fulgilor de nea, ne dă impresia unei mase albe opace – o numim zăpadă. Ciocnindu-se de picături mici de apă suprarăcite de-a lungul traseului său, fulgul de zăpadă își simplifică forma. Când se confruntă cu o picătură mare, se poate transforma într-o piatră de grindină. Diferite locuri au propria lor zăpadă, în funcție de condițiile meteo.
Se știe că, în primăvara anului 1944, la Moscova au căzut fulgi de zăpadă de până la 10 centimetri. În Siberia au fost observați fulgi de zăpadă de până la 30 de centimetri. Condiție prealabilă pentru aceasta există un calm deplin. Fulgii de zăpadă se învârte în aer pentru o lungă perioadă de timp, urcând și coborând, călătorind mult timp, ciocnindu-se și interconectandu-se între ei. Cea mai mică adiere sparge astfel de fulgi în părți separate. La temperaturi scăzute și vânturi puternice, fulgii de zăpadă se ciocnesc în aer, se prăbușesc și cad la pământ sub formă de resturi.
Toate materialele de pe site-ul pentru copii Zateevo.ru sunt colectate aici:. Site-ul pentru copii Zateevo.ru este singura resursă educațională de acest gen dintre cele care pot fi găsite în cataloagele site-urilor pentru copii. Zateevo.ru schimbă viziunea obișnuită a internetului școlii!
Cuprins.
Introducere.
Capitolul 1.
1.1.Originea fulgilor de nea.
1.2.Există fulgi de zăpadă identici?
Capitolul 2. Experimentele mele.
Capitolul 3. Fapte interesante despre fulgii de nea.
4. Concluzie.
5. Surse utilizate.
SCOPUL STUDIULUI:
studiază fulgii de zăpadă cum fenomen uimitor natură.
OBIECTIVELE CERCETĂRII :
observarea fulgilor de zăpadă în natură;
studierea formării fulgilor de zăpadă;
identificarea varietății de forme de fulgi de zăpadă;
observați experimental formarea fulgilor de zăpadă;
identifica cunoştinţele elevilor despre fulgi de zăpadă.
IPOTEZĂ.
Dacă se formează apă atunci când fulgii de zăpadă se topesc, atunci apar fulgi de zăpadă din apă.
Dacă există atât de mulți fulgi de nea, atunci trebuie să existe un număr mare de fulgi de nea identici în natură.
SUBIECT DE STUDIU.
fulgi de nea
zăpadă
RELEVANȚA TEMEI. Fiecare Copil mic foarte curios și toată lumea este interesată de ce, unde, cum...?
METODE DE CERCETARE:
1. Studierea literaturii despre fulgi de nea.
2. Fotografierea fulgilor de nea.
3. Realizarea experimentelor.
4. Analiza muncii depuse.
Timp de studiu:ianuarie februarie2017.
Introducere.
Voi începe cu o poezie emoționantă, blândă și fermecatoare despre un fulg de nea.
Fulg de nea.
fulg de zăpadă alb, ușor pufos,
Ce curat, ce curajos!
Drumul furtunos trece ușor,
Nu la înălțimile azurii - cere să aterizeze.
Alunecă cu pricepere în razele strălucitoare
Printre fulgii care se topesc, este încă alb.
Dar acum drumul lung se termină,
O stea de cristal atinge pământul.
Un fulg de nea pufos curajos minte
Ce pur, ce alb!
(Konstantin Balmont)
Capitolul 1.
1.1.Originea fulgilor de nea.
Este zapada. Fulgii de zăpadă zboară. Ce este neobișnuit aici? Tocmai a venit iarna. Și totuși, acesta este un alt miracol al naturii O lume minunata! O frumusețe incredibilă, nu-i așa? Este cu adevărat uimitor peste tot în jurul nostru. Așadar, când zboară zăpadă sau fulgi de nea, tu și cu mine observăm nu doar fenomenul iernii pe pământ, ci un adevărat miracol al naturii demn de studiat.
Un fulg de zăpadă este o structură simetrică complexă formată din cristale de gheață. Zăpada se formează atunci când picăturile microscopice de apă din nori sunt atrase de particulele de praf și îngheață. Cristalele de gheață care apar cad și cresc ca urmare a condensului umidității din aer pe ele. Aceasta produce forme cristaline cu șase vârfuri. Și fulgul de nea este trimis la pământ ca o stea cu șase colțuri. Dar ajung la pământ sub formă de zăpadă doar dacă temperatura este sub zero. Dacă temperatura este mai mare, fulgii de zăpadă se evaporă și se transformă în vapori de apă, care se ridică din nou. Sau aceste cristale se topesc și cad la pământ sub formă de ploaie sau cereale. Și uneori se întâmplă ca pe acoperiș clădire înaltă Ninge, dar afară plouă deja.
Tipul de fulgi de zăpadă depinde de conținutul de apă din nor de unde a provenit, de temperatura aerului și de altitudinea deasupra nivelului mării. Chiar dacă doi s-ar fi „născuți” fulgi de nea identici, vor trebui să se deplaseze la sol cu o viteză de aproximativ 1 km. la ora unu. Ei se găsesc în condiții de temperatură diferite și ajung la sol cu modele complet diferite, dar întotdeauna de formă hexagonală. Oamenii de știință au reușit să identifice mai multe forme principale de fulgi de zăpadă. Li s-au dat chiar nume:
stea,
farfurie,
coloană,
ac,
puf,
arici,
stud.
Forma fulgilor de nea depinde de vreme.
Într-o zi geroasă fără vânt, fulgii de zăpadă cad încet. Sunt mari, strălucitoare, ca stelele. Fulgii de zăpadă cad pe rând, așa că sunt ușor de văzut.
În îngheț ușor, fulgii de zăpadă arată ca niște bile de zăpadă - „pelete de zăpadă”. Și când este un vânt puternic, apare „praf de zăpadă”, deoarece vântul rupe razele și marginile fulgilor de zăpadă.
Când nu este îngheț, fulgii de zăpadă care cad pe pământ se lipesc unul de celălalt și formează „fulgi de zăpadă”. Sunt mari și seamănă cu bucăți de vată.”
Fiecare fulg de nea este unic, la fel ca o amprentă sau ADN-ul uman. Nu există fulgi de zăpadă identici, la fel cum nu există frunze identice pe copaci, picături de ploaie identice sau oameni identici.
Dar dacă un fulg de zăpadă este un cristal, atunci de ce este alb, ar trebui să fie transparent? Acest lucru se datorează aerului (95%) conținut în el! Lumina este reflectată pe suprafețele dintre cristale și în aer și împrăștiată. Datorită aerului, fulgii de zăpadă sunt foarte ușori. Chiar și în timpul zăpezii foarte grele, oamenii sau animalele pot respira sub zăpadă mult timp.
1.2. Există fulgi de nea identici?
Există doi fulgi de nea identici? Nu! Fermierul Wilson Bentley a dovedit acest lucru în munca sa în 1885; el a fost cel care a reușit să facă prima fotografie a unui fulg de zăpadă la microscop. Și i-a luat 46 de ani să facă asta!
Încă din copilărie, a studiat forma cristalelor care cădeau din cer, pentru care a primit porecla „Fulg de zăpadă”. Wilson și-a dedicat întreaga viață studiului fulgilor de zăpadă, în total a făcut 5.000 de fotografii și nici una dintre ele nu a arătat fulgi de zăpadă care se repetă.
Unul dintre primii oameni de știință care s-a gândit la structura zăpezii a fost matematicianul și astronomul german Johannes Kepler (1571–1630). În 1611 a publicat un scurt tratat „ Cadou de Anul Nou, sau despre fulgii de nea hexagonali”, care pot fi numiti primii munca stiintifica dedicat fulgilor de nea.
Capitolul 2. Cercetare.
Întotdeauna am crezut că, dacă se formează apă după topirea zăpezii, atunci după îngheț picăturile de apă se vor transforma în fulgi de zăpadă.
Experimentul 1.
Am înghețat picăturile de apă, dar fulgii de zăpadă nu s-au dovedit.Si asta inseamnă , zăpada nu apare din picăturile de apă. Picăturile de apă pot deveni grindină, bulgări de gheață, dar nu fulgi de zăpadă.
Experimentul 2.
Pe zăpadă, am ieșit afară și mi-am pus mănușa sub zăpadă. Mai mulți fulgi de nea au căzut peste ea. Am început să le examinez printr-o lupă.
CU Nezhinki poate fi văzut clar doar atunci când cad pe palmă. Sub influența chiar și a unei mici forțe, se sparg, ceea ce înseamnă că fulgii de zăpadă sunt foarte fragili.
Am intervievat 40 de elevi de școală elementară.
Pe baza rezultatelor interviului
35 din 40 de băieți spun că un fulg de zăpadă este făcut din apă;
30 din 40 de băieți susțin că există fulgi de nea identici;
Deoarece îmi plac foarte mult fulgii de nea, am învățat să-i decupez din hârtie, să-i colorez și să-i desenez.
Pe Anul Nou Aveam un costum de fulg de nea:
De asemenea, părinții mei și cu mine ne-am amintit cum am construit o casă din piese de kit de construcție. Am luat piese mici, dar clădirea s-a dovedit a fi mare. Natura știe și să construiască. Dar ea nu construiește case, ci fulgi de zăpadă de la un constructor de gheață neobișnuit - din bucăți mici de gheață!
Capitolul 3. Lucruri interesante despre fulgii de nea.
În timpul unei ninsori din 1987, în Fort Coy (Montana, SUA) a fost găsit un fulg de nea record mondial cu un diametru de 38 cm.
Mai mult de jumătate din populație glob N-am văzut niciodată zăpadă, decât în fotografii.
În nordul îndepărtat, zăpada poate fi atât de tare încât, atunci când o lovește un topor, sună ca și cum ar fi lovită de fier.
În Japonia, oamenii de știință numesc fulgii de zăpadă litere din cer, care sunt scrise în hieroglife secrete.
Concluzie.
În timp ce lucram la acest subiect, mi-am atins obiectivul și am învățat multe despre fulgi de zăpadă. În procesul de studiu și cercetare, am rezolvat problemele pe care mi le-am pus. Din păcate, ipotezele mele nu au fost confirmate. În timp ce lucram la proiect, am învățat că nu există doi fulgi de zăpadă la fel. Am mai învățat că apar din praful de diamant, au întotdeauna un centru, sunt simetrice și hexagonale.
Surse folosite:
Fulgii de zăpadă sunt la fel sau ce se ascunde în apa înghețată? - Mod de acces:http://shkolazhizni.ru/archive/0/n-33171/
Poezii despre zăpadă și fulgi de nea. - Mod de acces:http://www.razumniki.ru/stihi_ro_sneg_i_sneginki.html
Lucrări de proiect SUNT FULGI DE ZAADA LA AȘAȘI Completat de: Makar Zhikharev, clasa a III-a, Liceul nr. 179, Sankt Petersburg. Şef: Agafonova S.V.
În timpul unei căderi de zăpadă, rareori ne gândim că fulgii de zăpadă obișnuiți pot demonstra complexitatea uimitoare a structurii, regularitatea și varietatea formelor lor. Acest lucru este clar vizibil chiar și cu ochiul liber, dar dacă examinăm fulgii de zăpadă la microscop, ni se vor dezvălui detalii noi și foarte surprinzătoare.
PLAN OBIECTIV DE CERCETARE: să studieze fulgii de zăpadă ca un fenomen natural uimitor. OBIECTIVE CERCETĂRI: observarea fulgilor de zăpadă în natură; studierea formării fulgilor de zăpadă; identificarea diversității formelor fulgilor de zăpadă și a cauzelor scârțâiturii zăpezii; observați experimental formarea fulgilor de zăpadă; identificarea cunoștințelor elevilor despre fulgi de zăpadă;
IPOTEZA Dacă se formează apă când fulgii de zăpadă se topesc, atunci apar fulgi de zăpadă din apă. Dacă există atât de mulți fulgi de nea, atunci trebuie să existe un număr mare de fulgi de nea identici în natură.
Subiect de studiu FULGI DE ZAPAA ZAPADA
Ce este un fulg de zăpadă Un fulg de zăpadă este o structură simetrică complexă formată din cristale de gheață. Zăpada se formează atunci când picăturile microscopice de apă din nori sunt atrase de particulele de praf și îngheață. Cristalele de gheață care apar cad și cresc ca urmare a condensului umidității din aer pe ele. Aceasta produce forme cristaline cu șase vârfuri. Și fulgul de nea este trimis la pământ ca o stea cu șase colțuri. ;
STUDIAREA FULGULUI DE ZĂpadă Wilson A. Bentley Profesor Libbrecht
STUDIU FULGI DE ZAPAA
EXPERIMENTUL 1 Am înghețat picături de apă, dar fulgii de zăpadă nu s-au dovedit. Aceasta înseamnă că zăpada nu apare din picăturile de apă. Picăturile de apă pot deveni grindină, bulgări de gheață, dar nu fulgi de zăpadă.
EXPERIMENTUL 2 În zăpadă, am ieșit afară și mi-am pus mănușa sub zăpadă. Mai mulți fulgi de nea au căzut peste ea. Am început să le examinez cu lupa. Nezhinki poate fi văzut clar doar atunci când îți cad în palmă. Sub influența chiar și a unei mici forțe, se sparg, ceea ce înseamnă că fulgii de zăpadă sunt foarte fragili.
Ce sunt fulgii de nea?
INTERVIU Am realizat un interviu în rândul a 25 de elevi de clasa 3-A la școala Nr.619, unde învață prietenul meu. Conform rezultatelor interviului, 20 din 25 de bărbați susțin că un fulg de zăpadă este format din apă; - 24 din 25 de băieți susțin că există fulgi de nea identici;
MIT DESPRE ACEIAȘI FULGI DE ZAPAA
FAPTE INTERESANTE DESPRE fulgii de nea
CONCLUZII Lucrând la subiect, mi-am atins scopul și am învățat multe despre fulgi de nea. În procesul de studiu și cercetare, am rezolvat problemele pe care mi le-am pus. Din păcate, ipotezele mele nu au fost confirmate. Din această cauză, acum știm exact cum se formează fulgii de zăpadă și cum sunt aceștia.
VĂ MULȚUMIM PENTRU ATENȚIE!!!
Ați auzit vreodată expresia „acest fulg de nea este special”, spun ei, pentru că de obicei sunt o mulțime și toate sunt frumoase, unice și fascinante dacă vă uitați cu atenție. Vechea vorbă spune că nu există doi fulgi de zăpadă la fel, dar oare este adevărat? Cum poți declara asta fără să te uiți la toți fulgii de zăpadă care cad și cad? Dintr-o dată, un fulg de zăpadă undeva în Moscova nu este diferit de un fulg de zăpadă undeva în Alpi.
Pentru a privi această întrebare din punct de vedere științific, trebuie să știm cum se naște un fulg de zăpadă și care este probabilitatea (sau improbabilitatea) ca doi dintre aceiași să se nască.
Fulg de zăpadă capturat folosind un microscop optic convențional
Un fulg de zăpadă, în centrul său, este doar molecule de apă care se leagă împreună într-o anumită configurație solidă. Majoritatea acestor configurații au un fel de simetrie hexagonală; are de-a face cu modul în care moleculele de apă cu unghiurile lor specifice de legătură – care sunt determinate de fizica unui atom de oxigen, a doi atomi de hidrogen și forța electromagnetică – se pot lega împreună. Cel mai simplu cristal microscopic de zăpadă care poate fi examinat la microscop are o dimensiune de o milioneme de metru (1 micron) și poate avea o formă foarte simplă, de exemplu, o placă de cristal hexagonală. Lățimea sa este de aproximativ 10.000 de atomi și există multe altele asemenea.
Potrivit Guinness Book of World Records, Nancy Knight de la Centrul Național pentru Cercetarea Atmosferică a descoperit din întâmplare doi fulgi de zăpadă identici în timp ce examina cristale de zăpadă în timpul unei furtuni de zăpadă în Wisconsin, în timp ce purta un microscop. Dar atunci când reprezentanții certifică doi fulgi de nea ca fiind identici, ei pot însemna doar că fulgii de nea sunt identici cu precizia microscopului; când fizica cere ca două lucruri să fie identice, ele trebuie să fie identice până la particulele subatomice. Care înseamnă:
- ai nevoie de aceleași particule,
- in aceleasi configuratii
- cu aceleași conexiuni
- în două sisteme macroscopice complet diferite.
Să vedem cum se poate aranja asta.
O moleculă de apă este un atom de oxigen și doi atomi de hidrogen legați împreună. Când moleculele de apă înghețată se leagă împreună, fiecare moleculă primește alte patru molecule legate în apropiere: una la fiecare vârf tetraedric de deasupra fiecărei molecule individuale. Acest lucru face ca moleculele de apă să se plieze într-o formă de rețea: o rețea cristalină hexagonală (sau hexagonală). Dar „cuburile” mari de gheață, precum cele găsite în depozitele de cuarț, sunt extrem de rare. Când te uiți la cele mai mici scale și configurații, descoperi că planurile de sus și de jos ale acestei rețele sunt împachetate și conectate foarte strâns: ai „margini plate” pe două laturi. Moleculele de pe părțile rămase sunt mai deschise, iar moleculele de apă suplimentare se leagă de ele mai aleatoriu. În special, colțurile hexagonale au cele mai slabe legături, motiv pentru care observăm o simetrie de șase ori în creșterea cristalelor.
Noile structuri cresc apoi în aceleași modele simetrice, crescând în asimetrii hexagonale odată ce ating o anumită dimensiune. Cristalele mari și complexe de zăpadă au sute de caracteristici ușor de distins atunci când sunt privite la microscop. Sute de caracteristici se numără printre cele aproximativ 1.019 molecule de apă care alcătuiesc un fulg de zăpadă tipic, potrivit lui Charles Knight de la Centrul Național pentru Cercetare Atmosferică. Pentru fiecare dintre aceste funcții există milioane de locuri posibile în care se pot forma noi ramuri. Câte astfel de caracteristici noi se poate forma un fulg de zăpadă fără a deveni doar un altul dintre multe?
În fiecare an, aproximativ 1015 (cadrilioane) de metri cubi de zăpadă cad pe pământ în întreaga lume și fiecare metru cub conține aproximativ câteva miliarde (109) de fulgi de zăpadă individuali. De când Pământul există de aproximativ 4,5 miliarde de ani, 1.034 de fulgi de zăpadă au căzut pe planetă de-a lungul istoriei. Și știți, din punct de vedere statistic, câte caracteristici separate, unice și simetrice de ramificare ar putea avea un fulg de zăpadă și să se aștepte să aibă un geamăn la un anumit punct din istoria Pământului? Doar cinci. În timp ce fulgii de zăpadă reali, mari, naturali au de obicei sute.
Chiar și la nivelul unui milimetru într-un fulg de zăpadă se pot observa imperfecțiuni greu de duplicat
Și numai la cel mai banal nivel poți vedea din greșeală doi fulgi de nea identici. Și dacă ești dispus să cobori la nivel molecular, situația se înrăutățește mult. De obicei, oxigenul are 8 protoni și 8 neutroni, în timp ce un atom de hidrogen are 1 proton și 0 neutroni. Dar 1 din 500 de atomi de oxigen are 10 neutroni, 1 din 5000 de atomi de hidrogen are 1 neutron, nu 0. Chiar dacă formați cristale de zăpadă hexagonale perfecte și 1034 de cristale de zăpadă au fost numărate în toată istoria planetei Pământ, va fi suficient. să scadă la dimensiunea câtorva mii de molecule (mai puțin decât lungimea luminii vizibile) pentru a găsi o structură unică pe care planeta nu a mai văzut-o până acum.
Dar dacă ignori diferențele atomice și moleculare și abandonezi „naturalul”, ai o șansă. Cercetătorul Kenneth Libbrecht de la Institutul de Tehnologie din California a dezvoltat o tehnică de creare a „gemenilor identici” artificiali de fulgi de zăpadă și îi fotografiază folosind un microscop special numit SnowMaster 9000.
Cu toate acestea, mulți fulgi de zăpadă sunt similari între ei. Dar dacă cauți fulgi de zăpadă cu adevărat identici la nivel structural, molecular sau atomic, natura nu îți va oferi niciodată asta. Acest număr de posibilități este grozav nu numai pentru istoria Pământului, ci și pentru istoria Universului. Dacă doriți să știți de câte planete aveți nevoie pentru a obține doi fulgi de zăpadă identici în istoria de 13,8 miliarde de ani a universului, răspunsul este de ordinul a 1010000000000000000000000. Având în vedere că există doar 1080 de atomi în universul observabil, acest lucru este extrem de diferit de . Deci da, fulgii de zăpadă sunt cu adevărat unici. Și asta înseamnă ușor.
- Traducere
Fulgi de nea diferite formeși dimensiunile care au apărut în mediul natural. Fotografie din Volumul Lunar Popular Science nr. 53 din 1898.
Poate că ați auzit zicala despre „fulg de zăpadă special”. Ideea este că fulgii de nea sunt frumoși și valoroși, deoarece în cantitatea lor uriașă este imposibil să găsești doi identici. Ei spun că nu există doi fulgi de zăpadă identici - dar este acest lucru cu adevărat adevărat? Merită să ne întoarcem la ceea ce crede știința despre asta – exact despre asta ne întreabă unul dintre cititorii noștri:
Am auzit oameni de știință spunând că nu există doi fulgi de zăpadă la fel. Și voi spune: cum se poate ști asta cu siguranță, dacă nu studiezi toți fulgii de zăpadă care au căzut la pământ? Poate undeva în Rusia un fulg de nea cade în același timp cu un fulg de nea identic undeva în Minnesota.
Pentru a privi această problemă din punct de vedere științific, trebuie să înțelegeți cum este făcut un fulg de nea și cât de probabil este să obțineți doi fulgi de nea identici.
Fulg de zăpadă sub un microscop optic
Un fulg de zăpadă este molecule de apă legate între ele într-o configurație solidă specifică. Cele mai multe dintre ele prezintă simetrie hexagonală; acest lucru se întâmplă din cauza unghiului la care moleculele de apă sunt capabile să se lege între ele. Acest unghi este determinat de fizica unui atom de oxigen, a doi atomi de hidrogen și de interacțiunea electromagnetică. Cel mai simplu cristal de zăpadă microscopic care poate fi văzut cu un microscop optic are o dimensiune de o milioneme de metru (1 µm) și poate dura destul de mult. forme simple- de exemplu, un hexagon plat. Conține doar aproximativ 10.000 de atomi, iar printre aceștia poți găsi mulți identici.
Simetria hexagonală a fulgilor de zăpadă este cunoscută de mult timp. Această colecție de fotografii datează din 1902.
Potrivit Guinness World Records, Nancy Knight, un om de știință la Centrul Național pentru Cercetare Atmosferică, a avut norocul să descopere doi fulgi de zăpadă identici în timp ce examina cristalele de zăpadă dintr-o furtună de zăpadă din Wisconsin din 1988 folosind un microscop. Dar Guinness emite un certificat doar pe baza identității fulgilor de zăpadă, ținând cont de precizia de care dispune un microscop. Când fizica cere identitatea a două obiecte, înseamnă identitate până la particulele subatomice! Și asta înseamnă:
Este necesar ca exact astfel de particule
format exact în această configurație
cu aceleaşi legături între ei
în două sisteme macroscopice diferite.
Să explorăm ce ar necesita acest lucru.
O moleculă de apă este un atom de oxigen și doi atomi de hidrogen legați împreună. Când moleculele de apă înghețată se leagă, alte patru molecule sunt legate de fiecare dintre ele: una la fiecare vârf al tetraedrului centrat pe acea moleculă. Ca rezultat, moleculele de apă sunt împachetate într-o rețea hexagonală rețea cristalină. Dar „cuburile” prismatice mari de gheață, cum ar fi cele văzute în apropierea depozitelor de cuarț, sunt extrem de rare. Trecând de la cele mai mici scale și configurații la nivelul superior, veți vedea că suprafețele superioare și inferioare ale acestei rețele sunt foarte strâns împachetate și conectate între ele - există margini plate pe ambele părți. În schimb, moleculele individuale sunt vizibile pe fețele rămase, iar moleculele noi de apă se leagă de ele într-o ordine mai aleatorie. La colțurile hexagonului, legăturile sunt cele mai slabe, motiv pentru care simetria hexagonală apare în cristalele în creștere.
Formarea și creșterea unui cristal de zăpadă, fragment video
Apoi structurile nou formate cresc conform acestui model simetric, menținând asimetria hexagonală atunci când ating o anumită dimensiune. Cristalele mari și complexe de zăpadă au sute de caracteristici vizibile la microscop. Puteți vedea sute trăsături distinctive, și aproximativ 10 19 molecule de apă care alcătuiesc un fulg de zăpadă tipic, potrivit lui Charles Knight de la Centrul Național pentru Cercetare Atmosferică. Și pentru fiecare dintre aceste caracteristici există milioane locuri potrivite, în care se pot forma lăstari noi. Deci, câte dintre aceste caracteristici noi se poate forma un fulg de zăpadă și totuși să fie identic cu altul?
Video complet
În fiecare an, pe pământ cad aproximativ 3 * 10 13 metri cubi de zăpadă și în fiecare metru cub conţine aproximativ 3*10 10 fulgi de zăpadă. Din moment ce Pământul există de aproximativ 4,5 miliarde de ani, aproximativ 1034 de fulgi de zăpadă au căzut pe el de-a lungul istoriei sale. Din punct de vedere statistic, numărul de caracteristici individuale unice ramificate simetric pe care un fulg de zăpadă și le poate permite să producă un geamăn identic de-a lungul istoriei Pământului este de cinci. În plus, fulgii de zăpadă naturali reali, complet crescuți, au sute de astfel de caracteristici.
Chiar și la scară milimetrică, puteți vedea multe imperfecțiuni pe un fulg de zăpadă care fac dificilă reproducerea altuia, exact același fulg de zăpadă.
Va fi posibil să găsiți doi fulgi de nea identici doar dacă vă uitați la cele mai mici cristale de pe etapele inițiale creştere. Și dacă cobori la nivel molecular, situația se înrăutățește și mai mult. De obicei, oxigenul are 8 protoni și 8 neutroni, în timp ce hidrogenul are 1 proton și 0 neutroni. Cu toate acestea, aproximativ unul din 500 de atomi de oxigen are 10 neutroni, iar unul din 5.000 de atomi de hidrogen are 1 neutron, nu 0. Cu aceste numere, chiar dacă creați un cristal de zăpadă hexagonal perfect și ajungeți la numărul de cristale care cad la în toată povestea - 10 34, va trebui doar să crești până la o dimensiune de câteva mii de molecule, adică până la un fulg de zăpadă cu dimensiunea de 0,01 microni (aceasta este mai mică decât lungimea de undă a luminii vizibile) pentru a obține o structură unică care lumea nu a văzut încă.
Când studiezi un cristal de zăpadă hexagonal cu o margine dedesubt microscop electronic poți vedea câte imperfecțiuni subtile și variate are care nu pot fi reproduse la nivel molecular
Dar dacă vrei să ignori diferențele la nivel atomic și molecular și să folosești fulgi de zăpadă artificiali, iată șansa ta. Cercetătorul Kenneth Libbrecht de la Caltech a dezvoltat o tehnologie pentru a crea fulgi de zăpadă artificiali, identici și a-i fotografia folosind un microscop special pe care îl numește SnowMaster 9000.
Creșterea fulgilor de nea unul lângă altul în anumite condiții de laborator, el a arătat că este posibil să se creeze doi fulgi de nea care nu se distingeau unul de celălalt.
Sau asa ceva. Ele nu se pot distinge pentru o persoană care se uită printr-un microscop - dar în realitate sunt diferite. La fel ca gemenii identici, ei au multe diferențe: diferite locuri ale conexiunilor moleculare, ramuri ușor diferite și cu cât sunt mai mari, cu atât mai bine sunt vizibile aceste diferențe. De aceea, acești fulgi de nea sunt făcuți mici, iar microscopul este puternic: cu cât fulgii de nea sunt mai simpli, cu atât sunt mai puține diferențe între ei.
Cu toate acestea, mulți fulgi de zăpadă sunt similari între ei. Dar dacă cauți fulgi de nea identici, la nivel structural, molecular sau atomic, atunci natura nu îți va oferi niciodată asta. Numărul de posibilități este prea mare nu numai pentru istoria Pământului, ci și pentru istoria Universului. Dacă calculăm de câte planete Pământ am avea nevoie pentru a avea șansa de a găsi doi fulgi de zăpadă identici în toți cei 13,8 miliarde de ani de existență a Universului, obținem un număr de ordinul a 10 10 000 000 000 000 000 000 . Și din moment ce există doar 1080 de atomi în Universul observabil, acest lucru este foarte puțin probabil. Deci, aparent, toți fulgii de zăpadă sunt cu adevărat unici.
