Poate cei doi să fie fulgi de zăpadă perfect identice?

Vreodată auzit expresia „acest fulg de nea - foarte special“, spun ei, deoarece acestea sunt, de obicei, o mulțime și toate sunt frumoase, unic și fascinant, dacă te uiți atent. Un vechi proverb spune că nu există doi fulgi de zăpadă identici, dar dacă acest lucru este adevărat, într-adevăr? Cum ar putea această afirmație nu au trecut în revistă toate fulgi de zăpadă care se încadrează și a căzut? Dintr-o dată fulg de zăpadă oriunde în Moscova, nu este diferit de fulgi de zăpadă undeva în Alpi.

Poate cei doi să fie fulgi de zăpadă perfect identice?

Pentru a lua în considerare această problemă din punct de vedere științific, trebuie să știm ca un fulg de nea se naște și cum probabil (sau puțin probabil) că două născuți identice.

Poate cei doi să fie fulgi de zăpadă perfect identice?

Snowflake, realizate cu ajutorul unui microscop optic convențional

Snowflake, în esență, este doar moleculele de apă care se leagă unul de altul într-o configurație specifică a substanței solide. Cele mai multe dintre aceste configurații au un fel de simetrie hexagonală; acest lucru se datorează modul in care moleculele de apă la unghiurile de valență specifice - definit atom fizica oxigen, doi atomi de hidrogen, și forța electromagnetică - pot fi legate împreună. Cel mai simplu zăpadă cristal microscopice, care poate fi văzută la microscop, dimensiunea o milionime dintr-un metru (1 micron) și poate fi o formă foarte simplă, cum ar fi un cristal placă hexagonală. Lățimea sa este de aproximativ 10.000 de atomi, si ca el foarte mult.

Poate cei doi să fie fulgi de zăpadă perfect identice?

Conform Guinness Book of Records, Nancy Cavaler al Centrului National de Cercetare Atmosferica, descoperit serendipitously doi fulgi de zăpadă identici studiază cristalele de zăpadă în timpul unei furtuni de zăpadă în Wisconsin, a lua un microscop. Dar când reprezentanții atestă două fulgi de zăpadă să fie identice, ele pot însemna doar că fulgii sunt identice cu precizia microscopului; cand fizica a cere ca două lucruri sunt identice, acestea trebuie să fie identic cu cadrul unei particule subatomice. Acest lucru înseamnă:

  • , aveți nevoie de aceleași particule
  • în aceleași configurații,
  • cu aceleași conexiuni între ei
  • în două sisteme macroscopice complet diferite.

Să vedem cum ar putea fi aranjate.

Poate cei doi să fie fulgi de zăpadă perfect identice?

O moleculă de apă - este un atom de oxigen si doi atomi de hidrogen legați unul de altul. Când moleculele de apă congelate se leagă unul de altul, fiecare moleculă se apropie de alte patru molecule legate una pentru fiecare dintre nodurile tetraedrice ale fiecărei molecule individuale. Acest lucru conduce la faptul că moleculele de apă sunt formate într-o formă latice: hexagonal (sau hexagonală) rețea cristalină. Dar „blocuri“ mari de gheață, ca și în depozitele de cuarț sunt extrem de rare. Când te uiți la cea mai mică scară și configurația, observați că planul de sus și de jos a grilajului și ambalate foarte strâns legate: aveți „fețe plane“ pe cele două părți. în partea stângă a moleculei sunt mai deschise și mai multe molecule de apă se leagă la ele mai liber. În particular, colțurile hexagonale sunt cele mai slabe conexiunea, așa cum am văzut-o simetrie de șase ori în creșterea cristalelor.

Poate cei doi să fie fulgi de zăpadă perfect identice?

Formarea și creșterea fulgii de cristal special gheață configurație

Noile structuri și cresc apoi la aceleași modele simetrice, asimetrie în creștere hexagonală atinge o anumită dimensiune. In mare, cristalele de zăpadă complexe sute de caracteristici ușor de distins atunci când este privit sub un microscop. Sute caracteristici între aproximativ 10 19 Moleculele de apă care cuprind fulgii de obicei, în conformitate cu Charles Knight, de la Centrul Național de Cercetare Atmosferica. La fiecare dintre aceste funcții, există milioane de locații posibile, în cazul în care acestea pot forma noi ramuri. Cât de multe pot forma astfel de caracteristici noi fulg de nea și nu devine o alta a celor mulți? In fiecare an, la nivel mondial scade la aproximativ 10 15 (catrilion) metri cubi de zăpadă pe sol și în fiecare metru cub conține aproximativ câteva miliarde (10 9) de fulgi de zăpadă individuale. Așa cum Pământul există aproximativ 4, 5 miliarde de ani, istoria planetei a scăzut 10 34 fulgi de zăpadă. Și știi cât de mult un punct de vedere statistic de caracteristici individuale, unice, simetrice de ramificare ar fi așteptat un fulg de nea și dublu, la un moment dat în istoria Pământului? Doar cinci. Întrucât în ​​prezent mari fulgi de zăpadă, naturale, acestea sunt, de obicei sute.

Poate cei doi să fie fulgi de zăpadă perfect identice?

Chiar și la nivelul de un milimetru la un fulg de zăpadă, puteți vedea imperfecțiunile care sunt dificil de duplicat

Și numai la nivelul lumesc, puteți vedea eronate doi fulgi de zăpadă identici. Și, dacă sunteți dispus să meargă în jos la nivel molecular, situația va deveni mult mai rău. De obicei, oxigen 8 protoni și neutroni 8, și un atom de hidrogen și 0 1 neutroni de protoni. Dar unul dintre atomii de oxigen 500 are 10 neutroni, unul dintre atomii de hidrogen are 5000 de neutroni 1, nu 0. Chiar dacă forma perfectă de cristale hexagonale de zăpadă, și istoria planetei Pământ numărate 10 34 cristale de zăpadă suficient va scădea la dimensiuni de mai multe mii de molecule (mai mici decât lungimea de undă a luminii vizibile), pentru a găsi o structură unică, pe care planeta nu a mai văzut până acum.

Poate cei doi să fie fulgi de zăpadă perfect identice?

Dar dacă ignorați diferențele atomice și moleculare și să abandoneze „natural“, veți avea o șansă. fulgi de zăpadă cercetator Kenneth Libbrecht de la Institutul de Tehnologie din California a dezvoltat o tehnica de a crea artificiale „gemeni identici“ fulgi de zăpadă și le fotografiat folosind un microscop special numit SnowMaster 9000. Growing-le una lângă alta, în laborator, el a arătat că este posibil să se creeze două fulgi de zăpadă, care sunt imposibil de distins.

Poate cei doi să fie fulgi de zăpadă perfect identice?

Doi fulgi de zăpadă substanțial identice cultivate în laborator Caltech

Ei bine, aproape. Ei vor fi distins om care se uită cu ochii lui printr-un microscop, dar nu va fi identic cu adevărul. Ca gemeni identici, ei vor avea o mulțime de diferențe: ei vor avea poziții diferite în mănunchiul moleculă, proprietăți diferite de ramificare, și cu atât mai mult, cu atât mai mult aceste diferențe. De aceea, acești fulgi de zăpadă sunt microscop foarte mici și puternice: ele sunt mai similare atunci când mai puțin complexe.

Poate cei doi să fie fulgi de zăpadă perfect identice?

Două fulgi de zăpadă aproape identice cultivate in laborator la Caltech

Cu toate acestea, mulți fulgi de zăpadă se aseamănă unul cu altul. Dar dacă sunteți în căutarea pentru un fulgi de zăpadă într-adevăr identice pe o scară structurală, moleculare sau atomice, natura are niciodată nu va prezenta. Un astfel de număr mare de posibilități nu numai pentru istoria Pământului, ci și pentru istoria universului. Dacă doriți să aflați cât de multe planete aveți nevoie pentru a obține doi fulgi de zăpadă identice pentru 13, 8 miliarde de ani de istorie a universului, răspunsul este de ordinul a 10 100000000000000000000000. Având în vedere că universul observabil doar 10 80 atomi, este extrem de improbabil. Deci da, fulgi de zăpadă sunt cu adevărat unice. Și este să-l puneți blând.