Μπορεί οι δύο να είναι απολύτως όμοια νιφάδες χιονιού;

Έχετε ακούσει ποτέ τη φράση «αυτό νιφάδα χιονιού - πολύ ξεχωριστό», λένε, επειδή είναι συνήθως πολύ και είναι όλα όμορφα, μοναδικά και συναρπαστικά, αν κοιτάξετε προσεκτικά. Μια παλιά παροιμία λέει ότι δεν υπάρχουν δύο ίδιες νιφάδες χιονιού, αλλά αν αυτό είναι αλήθεια, πραγματικά; Πώς θα μπορούσε αυτός ο ισχυρισμός δεν έχει εξετάσει όλες τις πτώση νιφάδες χιονιού και τα νεκρά; Ξαφνικά Snowflake οπουδήποτε στη Μόσχα δεν είναι διαφορετική από νιφάδες χιονιού κάπου στις Άλπεις.

Μπορεί οι δύο να είναι απολύτως όμοια νιφάδες χιονιού;

Για να εξετάσουμε αυτό το θέμα από επιστημονική άποψη, πρέπει να γνωρίζουμε ως μια νιφάδα χιονιού γεννιέται και πόσο πιθανό (ή μάλλον απίθανο) ότι δύο πανομοιότυπα γεννήθηκε.

Μπορεί οι δύο να είναι απολύτως όμοια νιφάδες χιονιού;

Snowflake, λαμβάνονται χρησιμοποιώντας ένα συμβατικό οπτικό μικροσκόπιο

Snowflake, κατ 'ουσίαν, είναι μόνο μόρια νερού τα οποία δεσμεύονται το ένα στο άλλο σε μια συγκεκριμένη διαμόρφωση του στερεού. Οι περισσότερες από αυτές τις ρυθμίσεις έχουν κάποιο είδος εξαγωνική συμμετρία? αυτό οφείλεται στο πώς τα μόρια του νερού σε συγκεκριμένες γωνίες σθένος τους - ορίζεται φυσική άτομο οξυγόνου, δύο άτομα υδρογόνου, και ηλεκτρομαγνητική δύναμη - μπορούν να συνδεθούν μεταξύ τους. Η απλούστερη μικροσκοπική χιόνι κρύσταλλο που μπορεί να δει κάτω από ένα μικροσκόπιο, το μέγεθος του ενός εκατομμυριοστού του μέτρου (1 micron) και μπορεί να είναι πολύ απλό σχήμα, όπως ένα εξαγωνικό κρύσταλλο πλάκα. Το πλάτος του είναι περίπου 10.000 άτομα, και σαν κι αυτόν πολύ.

Μπορεί οι δύο να είναι απολύτως όμοια νιφάδες χιονιού;

Σύμφωνα με το βιβλίο των ρεκόρ Γκίνες, Nancy Ιππότης του Εθνικού Κέντρου Ατμοσφαιρικών Ερευνών, ανακάλυψε serendipitously δύο όμοια νιφάδες χιονιού μελέτη κρυστάλλους χιονιού κατά τη διάρκεια μιας χιονοθύελλας στο Wisconsin, λαμβάνοντας ένα μικροσκόπιο. Αλλά όταν οι εκπρόσωποι της πιστοποίησης δύο νιφάδες χιονιού να είναι ίδια, μπορεί να σημαίνει μόνο ότι οι νιφάδες χιονιού είναι ταυτόσημη με την ακρίβεια του μικροσκοπίου? όταν φυσικής απαιτεί δύο πράγματα είναι ίδια, θα πρέπει να είναι ίσες με ανοχή σε υποατομικό σωματίδιο. Αυτό σημαίνει ότι:

  • , θα πρέπει τα ίδια σωματίδια
  • με τον ίδιο διαμορφώσεις,
  • με τις ίδιες συνδέσεις με το άλλο
  • σε δύο εντελώς διαφορετικές μακροσκοπικά συστήματα.

Ας δούμε πώς θα μπορούσε να γίνει.

Μπορεί οι δύο να είναι απολύτως όμοια νιφάδες χιονιού;

Ένα μόριο νερού - είναι ένα άτομο οξυγόνου και δύο άτομα υδρογόνου συνδέονται μεταξύ τους. Όταν καταψύχονται μόρια του νερού συνδέονται μεταξύ τους, κάθε μόριο παίρνει κοντά σε τέσσερα άλλα συνδεδεμένα μόρια: ένα για κάθε μία από τις τετραεδρικές κορυφές του κάθε ατόμου μορίου. Αυτό οδηγεί στο γεγονός ότι τα μόρια του νερού σχηματίζονται σε ένα πλέγμα μορφή: εξάγωνη (ή εξαγωνικό) κρυσταλλικού πλέγματος. Αλλά μεγάλο «μπλοκ» του πάγου, όπως και στις καταθέσεις χαλαζία είναι εξαιρετικά σπάνια. Αν κοιτάξει κανείς το μικρότερο μέγεθος και τη διαμόρφωση, θα διαπιστώσετε ότι το πάνω και το κάτω επίπεδο του πλέγματος και συσκευασμένα πολύ στενά συνδεδεμένα: έχετε «επίπεδες επιφάνειες» για τις δύο πλευρές. στην αριστερή πλευρά του μορίου είναι πιο ανοικτή, και περισσότερα μόρια ύδατος συνδέονται προς τους πιο ελεύθερα. Ειδικότερα, οι εξαγωνικές γωνίες είναι ο πιο αδύναμος σύνδεση, έτσι έχουμε δει μια έξι φορές συμμετρία στην ανάπτυξη των κρυστάλλων.

Μπορεί οι δύο να είναι απολύτως όμοια νιφάδες χιονιού;

Ο σχηματισμός και η ανάπτυξη των νιφάδες χιονιού ιδίως πάγου διαμόρφωση κρυστάλλων

Νέες δομές και στη συνέχεια να αυξάνονται με τους ίδιους συμμετρικά σχέδια, εξαγωνικό αύξηση της ασυμμετρίας φτάσει σε ένα ορισμένο μέγεθος. Σε μεγάλες, σύνθετες κρυστάλλους χιονιού εκατοντάδες εύκολα διακριτά χαρακτηριστικά όταν προβάλλονται κάτω από ένα μικροσκόπιο. Εκατοντάδες χαρακτηριστικά μεταξύ περίπου 10 19 Τα μόρια του νερού που περιλαμβάνουν το συνηθισμένο νιφάδα, σύμφωνα με την Charles Knight, από το Εθνικό Κέντρο για την Ατμοσφαιρική Έρευνα. Σε κάθε μία από αυτές τις λειτουργίες, υπάρχουν εκατομμύρια πιθανές τοποθεσίες, όπου μπορούν να σχηματίσουν νέα καταστήματα. Πόσοι μπορούν να σχηματίσουν τέτοιες νέα νιφάδα χιονιού χαρακτηριστικά και να μην γίνει άλλο ένα από τα πολλά; Κάθε χρόνο πέφτει σε όλο τον κόσμο περίπου 10 15 (τετράκις εκατομμύρια) κυβικά μέτρα χιονιού στο έδαφος και σε κάθε κυβικό μέτρο περιέχει περίπου πολλών δισεκατομμυρίων (10 9) των μεμονωμένων νιφάδες χιονιού. Καθώς η Γη υπάρχουν περίπου 4, 5 δισεκατομμύρια χρόνια, η ιστορία του πλανήτη έχει μειωθεί 10 34 νιφάδες χιονιού. Και ξέρετε πόσο μια στατιστική άποψη του ατόμου, μοναδική, συμμετρικά χαρακτηριστικά διακλάδωσης θα μπορούσε να αναμένεται μια νιφάδα χιονιού και το διπλό σε κάποιο σημείο στην ιστορία της Γης; Μόνο πέντε. Λαμβάνοντας υπόψη ότι σήμερα, μεγάλο, φυσικό νιφάδες χιονιού είναι συνήθως εκατοντάδες.

Μπορεί οι δύο να είναι απολύτως όμοια νιφάδες χιονιού;

Ακόμα και στο επίπεδο του ενός χιλιοστού σε μια νιφάδα χιονιού, μπορείτε να δείτε τις ατέλειες που είναι δύσκολο να επαναλάβει

Και μόνο για το κοσμικό επίπεδο, μπορείτε να δείτε τις λανθασμένες δύο πανομοιότυπες νιφάδες χιονιού. Και αν είστε πρόθυμοι να πάει κάτω στο μοριακό επίπεδο, η κατάσταση θα γίνει πολύ χειρότερη. Συνήθως το οξυγόνο 8 πρωτόνια και τα νετρόνια 8, και ένα άτομο υδρογόνου και 0 1 νετρόνια πρωτόνιο. Αλλά ένα από τα άτομα οξυγόνου 500 έχει 10 νετρόνια, ένα από τα άτομα υδρογόνου έχει 5000 νετρονίων 1, δεν 0. Ακόμα και αν σχηματίζουν τέλεια εξαγωνική κρυστάλλους χιονιού, και η ιστορία του πλανήτη Γη μετρήθηκαν 10 34 κρυστάλλους χιονιού αρκετά θα πέσει σε μεγέθη μερικών χιλιάδων μορίων (μικρότερο από το μήκος κύματος του ορατού φωτός), για να βρει μια μοναδική δομή, η οποία ο πλανήτης δεν έχει δει ποτέ πριν.

Μπορεί οι δύο να είναι απολύτως όμοια νιφάδες χιονιού;

Αλλά αν αγνοήσουμε τις ατομικές και μοριακές διαφορές και να εγκαταλείψει το «φυσικό», θα έχετε την ευκαιρία. Ερευνητής Kenneth Libbrecht νιφάδες χιονιού του California Institute of Technology έχει αναπτύξει μια τεχνική για τη δημιουργία τεχνητού «πανομοιότυπα δίδυμα» νιφάδες χιονιού και τα φωτογραφηθεί χρησιμοποιώντας ένα ειδικό μικροσκόπιο κάλεσε SnowMaster 9000. Καλλιέργεια τους δίπλα-δίπλα στο εργαστήριο, έδειξε ότι είναι δυνατή η δημιουργία δύο νιφάδες χιονιού που είναι δυσδιάκριτες.

Μπορεί οι δύο να είναι απολύτως όμοια νιφάδες χιονιού;

Δύο ουσιαστικά ταυτόσημη νιφάδες χιονιού που καλλιεργούνται στο εργαστήριο Caltech

Λοιπόν, σχεδόν. Θα είναι διακεκριμένος άνθρωπος που κοιτάζει με τα μάτια του μέσα από ένα μικροσκόπιο, αλλά δεν θα είναι ίδια με την αλήθεια. Όπως πανομοιότυπα δίδυμα, θα έχουν πολλές διαφορές: θα έχουν διαφορετικές θέσεις στη δέσμη μόριο, διαφορετικές ιδιότητες διακλάδωσης, και όσο περισσότερο είναι, τόσο περισσότερο οι διαφορές αυτές. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο αυτές οι νιφάδες χιονιού είναι πολύ μικρό και ισχυρό μικροσκόπιο: είναι πιο παρόμοια με όταν λιγότερο περίπλοκη.

Μπορεί οι δύο να είναι απολύτως όμοια νιφάδες χιονιού;

Δύο σχεδόν ταυτόσημη νιφάδες χιονιού που καλλιεργούνται στο εργαστήριο στο Caltech

Παρ 'όλα αυτά, πολλές νιφάδες χιονιού μοιάζουν μεταξύ τους. Αλλά αν ψάχνετε για μια πολύ όμοια νιφάδες χιονιού σε μια δομική, μοριακή και ατομική κλίμακα, η φύση έχει ποτέ δεν θα παρουσιάσει. Ένα τέτοιο μεγάλο αριθμό δυνατοτήτων, όχι μόνο για την ιστορία της Γης, αλλά και για την ιστορία του σύμπαντος. Αν θέλετε να μάθετε πόσοι πλανήτες θα πρέπει να πάρετε δύο πανομοιότυπες νιφάδες χιονιού για 13, 8 δισεκατομμύρια χρόνια της ιστορίας του σύμπαντος, η απάντηση είναι της τάξης των 10 100000000000000000000000. Λαμβάνοντας υπόψη ότι η παρατηρήσιμο σύμπαν μόνο το 10 80 άτομα, είναι εξαιρετικά απίθανη. Ναι λοιπόν, νιφάδες χιονιού είναι πραγματικά μοναδική. Και είναι για να το θέσω ήπια.

Σχετικά άρθρα
Νέα άρθρα