هل هناك عدد 2 من رقاقات الثلج متطابقة. نظرية الثلج: لا توجد ندفتان متماثلتان. عند تسجيل فيلم "ألكسندر نيفسكي" ، تم الحصول على صرير الثلج عن طريق الضغط على خليط السكر والملح

يحدد العلماء خيارين لتشكيل بلورات الثلج. في الحالة الأولى ، يمكن أن يتجمد بخار الماء الذي تحمله الرياح على ارتفاعات عالية جدًا ، حيث تبلغ درجة الحرارة حوالي 40 درجة مئوية ، بشكل مفاجئ مكونًا بلورات ثلجية. في الطبقة السفلية من السحب ، حيث يتجمد الماء بشكل أبطأ ، يتم تكوين بلورة حول بقعة صغيرة من الغبار أو التربة. هذه البلورة ، التي يوجد منها من 2 إلى 200 في ندفة ثلجية واحدة ، لها شكل مسدس ، لذا فإن معظم رقاقات الثلج عبارة عن نجمة سداسية.

"أرض الثلج" - اخترع هذا الاسم الشعري للتبت من قبل سكانها.

يعتمد شكل ندفة الثلج على عدة عوامل: درجة الحرارة المحيطة والرطوبة والضغط. ومع ذلك ، يتم تمييز 7 أنواع رئيسية من البلورات: الصفائح (إذا كانت درجة الحرارة في السحابة من -3 إلى 0 درجة مئوية) ، والبلورات النجمية ، والأعمدة (من -8 إلى -5 درجة مئوية) ، والإبر ، والتشعبات المكانية ، والأعمدة ذات نصيحة وأشكال خاطئة. من الجدير بالذكر أنه إذا استدار ندفة الثلج عند سقوطها ، فسيكون شكلها متماثلًا تمامًا ، ولكن إذا سقطت بشكل جانبي أو بطريقة أخرى ، فلن يحدث ذلك.

بلورات الجليد سداسية: لا يمكنها الاتصال بزاوية - فقط عند الحافة. لذلك ، تنمو أشعة ندفة الثلج دائمًا في ستة اتجاهات ، ولا يمكن أن ينحرف التفرع من الحزمة إلا بزاوية 60 أو 120 درجة.

منذ عام 2012 ، يتم الاحتفال باليوم العالمي للثلج في يوم الأحد قبل الأخير من شهر يناير. بدأ هذا من قبل الاتحاد الدولي للتزلج.

تظهر رقاقات الثلج بيضاء بسبب الهواء الذي تحتويه: ينعكس الضوء بترددات مختلفة على الحواف بين البلورات وينتشر. يبلغ حجم ندفة الثلج العادية حوالي 5 مم ، والكتلة 0.004 جم.

عند تسجيل فيلم "ألكسندر نيفسكي" ، تم الحصول على صرير الثلج عن طريق الضغط على خليط السكر والملح.

من المعتقد أنه لا توجد رقاقات ثلجية متماثلة. تم إثبات ذلك لأول مرة في عام 1885 ، عندما التقط المزارع الأمريكي ويلسون بنتلي أول صورة مجهرية ناجحة لندفة الثلج. كرس 46 عامًا لهذا والتقط أكثر من 5000 صورة ، على أساسها تم تأكيد النظرية.

تم العثور على رقاقات الثلج متطابقة في الطبيعة. في حالات استثنائية. تم تسجيل هذا لأول مرة من قبل المركز الوطني الأمريكي لأبحاث الغلاف الجوي في عام 1988.

الصورة: pixabay.com

الباحث نانسي نايتفي عمله "لا اثنين على حد سواء؟" أثبت أن رقاقات ثلجية متطابقة يمكن أن تحدث في الطبيعة.

توصلت نايت إلى هذا الاستنتاج بعد أن حصلت على نفس رقاقات الثلج تجريبياً في المختبر. أثبتت نظريتها رياضياً من خلال نظرية الاحتمال. استنتجت 100 سمة مميزة لرقائق الثلج ، والتي يمكن من خلالها الحكم على أن هناك من 10 إلى 158 درجة من المتغيرات المختلفة للثلج. يجادل نايت ، على الرغم من أن الرقم الناتج كبير بشكل لا نهائي ، إلا أن هذا لا يستبعد إمكانية مطابقة رقاقات الثلج.

في نفس الوقت ، وفقا ل أستاذ الفيزياء في جامعة كاليفورنيا كينيث ليبرخت، رقاقات الثلج المتطابقة ظاهريًا لها اختلافات في الهيكل الداخلي ، أي في الشبكة البلورية. لذلك ، لا يمكن القول أنه من الممكن ، من حيث المبدأ ، العثور على رقاقات ثلجية متطابقة تمامًا في الشكل والتركيب الذري.

كيف تتشكل رقاقات الثلج ولماذا تختلف أشكالها؟

تتضمن عملية تكوين ندفة الثلج تسامي البلورات من الطور الغازي ، وتجاوز الحالة السائلة. أثناء تكوين ندفة الثلج ، تنمو جزيئات الماء بشكل عشوائي من لحظة تكوين البلورة الأولية. وبالتالي ، فإن نمو ندفة الثلج يستمر بطريقة غير مرتبة.

يعتمد نمو رقاقات الثلج على الظروف الخارجية ، مثل درجة الحرارة والرطوبة. اعتمادًا على هذه الظروف وغيرها ، يتم فرض طبقات جديدة من الجزيئات على بعضها البعض ، في كل مرة تشكل شكلًا جديدًا من ندفة الثلج.

كل رقاقات الثلج لها ستة جوانب ، لأنه عندما تتجمد جزيئات الماء ، فإنها تصطف في ترتيب خاص ، مما ينتج عنه شكل هندسي سداسي.

يتم تحديد نمو ندفة الثلج من خلال درجة حرارة الهواء التي تشكلت فيها. كلما انخفضت درجة الحرارة ، كان حجم ندفة الثلج أصغر.

ترجع اتجاهات نمو ندفة الثلج إلى حقيقة أن بلورات الجليد سداسية. لا يمكن توصيل بلورتين بزاوية ، فهما دائمًا متصلان ببعضهما البعض بواسطة وجه. لذلك ، تنمو الأشعة دائمًا في ستة اتجاهات ، ولا يمكن أن ينحرف "فرع" عن الشعاع إلا بزاوية 60 أو 120 درجة.

كان رائد دراسة "نظرية الثلج" المزارع الشاب ويلسون أليسون بنتلي ، الملقب بـ "ندفة الثلج". منذ الطفولة ، كان ينجذب إلى الشكل غير العادي للبلورات المتساقطة من السماء. في مسقط رأسه في أريحا في شمال الولايات المتحدة ، كان تساقط الثلوج حدثًا منتظمًا ، وقضى ويلسون الشاب الكثير من الوقت في الخارج في دراسة رقاقات الثلج.

ويسلون "رقاقات الثلج" بنتلي

قام بنتلي بتكييف كاميرا مع مجهر قدمته والدته في عيد ميلاده الخامس عشر وحاول التقاط رقاقات الثلج. لكن الأمر استغرق ما يقرب من خمس سنوات لتحسين التكنولوجيا - فقط في 15 يناير 1885 كانت أول صورة واضحة تم التقاطها.

طوال حياته ، صور ويلسون 5000 ندفة ثلجية مختلفة. لم يتوقف أبدًا عن الإعجاب بجمال أعمال الطبيعة المصغرة هذه. للحصول على روائعه ، عمل بنتلي في درجات حرارة دون الصفر ، ووضع كل رقاقات الثلج التي وجدها على خلفية سوداء.

أشاد كل من العلماء والفنانين بعمل ويلسون. غالبًا ما تمت دعوته للتحدث في المؤتمرات العلمية أو لعرض الصور في المعارض الفنية. لسوء الحظ ، ماتت بنتلي عن عمر يناهز 65 عامًا من التهاب رئوي ، دون إثبات عدم وجود رقاقات ثلجية متطابقة.

التقطت نانسي نايت ، الباحثة في المركز الوطني لأبحاث الغلاف الجوي ، عصا "نظرية الثلج" بعد مائة عام. في بحث نُشر في عام 1988 ، أثبتت عكس ذلك - يمكن أن توجد رقاقات ثلج متطابقة ويجب أن توجد!

حاول الدكتور نايت إعادة إنتاج عملية بناء رقاقات الثلج في المختبر. للقيام بذلك ، قامت بزراعة العديد من بلورات الماء ، وأخضعتهم لنفس عمليات التبريد الفائق والتشبع الفائق. نتيجة للتجارب ، تمكنت من الحصول على رقاقات ثلجية متطابقة تمامًا مع بعضها البعض.

سمحت الملاحظات الميدانية الإضافية ومعالجة الأخطاء التجريبية لنانسي نايت بتأكيد أن حدوث رقاقات ثلجية متطابقة أمر ممكن ولا يتم تحديده إلا من خلال نظرية الاحتمالات. بعد تجميع كتالوج مقارن للبلورات السماوية ، خلص نايت إلى أن رقاقات الثلج لها 100 علامة اختلاف. وبالتالي ، فإن العدد الإجمالي لخيارات المظهر هو 100! أولئك. ما يقرب من 10 أس 158.

العدد الناتج هو ضعف عدد الذرات في الكون! لكن هذا لا يعني أن الصدف مستحيلة تمامًا - يختتم الدكتور نايت في عمله.

والآن - بحث جديد حول "نظرية الثلج". في ذلك اليوم ، نشر أستاذ الفيزياء في جامعة كاليفورنيا ، كينيث ليبرخت ، نتائج سنوات عديدة من البحث الذي أجرته مجموعته العلمية. "إذا رأيت رقاقات ثلجية متطابقة ، فلا تزال مختلفة!" - يقول الأستاذ.

أثبت ليبرخت أنه مقابل كل خمسمائة ذرة أكسجين بكتلة 16 جم / مول ، توجد ذرة واحدة كتلتها 18 جم / مول في تكوين جزيئات الثلج. إن بنية روابط الجزيء مع مثل هذه الذرة هي من النوع الذي يشير إلى عدد لا يحصى من الخيارات للمركبات داخل الشبكة البلورية. بعبارة أخرى ، إذا كانت رقاقات الثلج تبدو متشابهة حقًا ، فلا يزال يتعين التحقق من هويتها على المستوى المجهري.

تعلم خصائص الثلج (والثلج على وجه الخصوص) ليس لعبة أطفال. المعرفة حول طبيعة الثلوج والغيوم الثلجية مهمة جدا في دراسة تغير المناخ. ويمكن أيضًا أن تجد بعض الخصائص غير العادية وغير المستكشفة للجليد تطبيقات عملية.

مألوفًا لدى كل تلميذ في المدرسة ، تم التشكيك مرارًا وتكرارًا في البيان القائل بعدم وجود ندفتين ثلجيتين متطابقتين. لكن الدراسات الفريدة التي أجراها معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا تمكنت من وضع حد لهذا العام الجديد حقًا.

يتشكل الثلج عندما تنجذب قطرات الماء المجهرية في السحب إلى جزيئات الغبار وتتجمد.

بلورات الجليد التي تظهر في هذه الحالة والتي لا يتجاوز قطرها في البداية 0.1 مم تسقط وتنمو نتيجة تكاثف الرطوبة من الهواء عليها. في هذه الحالة ، يتم تشكيل أشكال بلورية سداسية الرؤوس.

نظرًا لتركيب جزيئات الماء ، يمكن استخدام زوايا 60 درجة و 120 درجة فقط بين أشعة البلورة. بلورة الماء الرئيسية لها شكل مسدس منتظم في الطائرة. ثم يتم ترسيب بلورات جديدة على قمم مثل هذا الشكل السداسي ، وتوضع بلورات جديدة عليها ، وبالتالي يتم الحصول على أشكال مختلفة من نجوم ندفة الثلج.

نشر أستاذ الفيزياء في جامعة كاليفورنيا كينيث ليبرخت نتائج سنوات عديدة من البحث من قبل مجموعته العلمية. "إذا رأيت رقاقات ثلجية متطابقة ، فلا تزال مختلفة!" يقول الأستاذ.

أثبت ليبرخت أنه مقابل كل خمسمائة ذرة أكسجين بكتلة 16 جم / مول ، توجد ذرة واحدة كتلتها 18 جم / مول في تكوين جزيئات الثلج.

إن بنية روابط الجزيء مع مثل هذه الذرة هي من النوع الذي يشير إلى عدد لا يحصى من الخيارات للمركبات داخل الشبكة البلورية.

بعبارة أخرى ، إذا كانت رقاقات الثلج تبدو متشابهة حقًا ، فلا يزال يتعين التحقق من هويتها على المستوى المجهري.

تعلم خصائص الثلج (والثلج على وجه الخصوص) ليس لعبة أطفال. المعرفة حول طبيعة الثلوج والغيوم الثلجية مهمة جدا في دراسة تغير المناخ.

الطبيعة جميلة في الشتاء: عليك فقط أن تبطئ من سرعتك لمدة دقيقة ، وأن تنظر إلى الأشجار المغطاة بالثلوج ، والثلوج الرقيقة وتمدد يدك - حيث تسقط عليها بضع رقاقات ثلجية. لا يوجد شيء أجمل وخفيف من هذه الأعمال المصغرة للطبيعة.

يا له من مؤسف أنه لا يمكن الإعجاب بنمطهم الجميل إلا لفترة قصيرة.

ربما سمعت البيان: لا توجد ندفتان متماثلتان. دعونا ننظر في "قضية الشتاء".

إن عملية تكوين رقاقات الثلج للوهلة الأولى معقدة للغاية. هنا يتم تضمين القوانين الفيزيائية لتفاعلات الجسيمات الأولية. في الغلاف الجوي ، عند درجات حرارة دون الصفر ، تنجذب جزيئات الماء إلى جزيئات الغبار وتتصلب ، وتشكل بلورات سداسية الرؤوس. بين الأشعة الفردية للبلورة ، نظرًا لخصائص بنية جزيء الماء ، من الممكن أن تكون الزوايا 60 أو 120 درجة فقط ، وتتشكل أشكال وأنماط مختلفة من رقاقات الثلج بسبب انضمام بلورات جديدة إلى رؤوس السداسي.

وهكذا اكتشفنا أن:

• تتكون رقاقات الثلج من البخار داخل سحابة جليدية ، متجاوزة المرحلة السائلة.
• يعتمد نمو رقاقات الثلج على الظروف الخارجية: على الرطوبة ودرجة حرارة الهواء.
• "أجنة" رقاقات الثلج سداسية الشكل.
• يمكن أن يتغير شكل ندفة الثلج أثناء مرورها عبر الغلاف الجوي.
• سرعة سقوط ندفة الثلج 15 م / دقيقة.
• الجليد الذي يشكل ندفة الثلج شفاف.

دعونا نلقي نظرة فاحصة على الحقيقة الأخيرة. لماذا بياض الثلج إذا كانت ندفة الثلج شفافة؟ تجيب قوانين الفيزياء على هذا السؤال: الضوء ، المنعكس من حواف رقاقات الثلج ، يخلق انطباعًا بوجود كتلة بيضاء ، نسميها ثلج.

لذا ، فإن عملية تكوين رقاقات الثلج أثارت الكثير من العقول.

رواد نظرية "الثلج" هم المزارع دبليو. بنتلي والدكتور ن. نايت.

ابتكر بنتلي مجموعة ضخمة من صور رقاقات الثلج طوال حياته ، والتي أثارت اهتمام العلماء والمصورين. تمكن الدكتور نايت من إعادة إنتاج تشكيل رقاقات الثلج في المختبر.

تم تنظيم معرفتهم وعملهم العلمي من قبل الأستاذ من جامعة كاليفورنيا K. Libbrecht ، الذي ، أثناء دراسة هذه القضية ، طرح العبارة: "إذا رأيت رقاقات ثلجية متطابقة ، فلا تزال مختلفة!".

كان هو الذي أثبت بيانه علميًا ، موضحًا أن الجزيئات والذرات التي تشكل شبكة بلورية يمكن أن يكون لها مجموعة كبيرة ومتنوعة من الطرق للاتصال.

صرح ليبرخت أن رقاقات الثلج قد تبدو متشابهة بصريًا ، ولكن إذا نظرت إليها تحت المجهر ، فسيكون النمط مختلفًا تمامًا!

الآن أنت تعلم ، إذا تساقط الثلج خارج النافذة ، فستكون كل واحدة من رقاقات الثلج فريدة من نوعها وجميلة بشكل لا يضاهى بطريقتها الخاصة!