Pentru a examina această problemă din punct de vedere științific, trebuie să știm cum sa născut o fulg de zăpadă și care este probabilitatea (sau improbabilitatea) de a se naște două identice.
Fulgi de zăpadă luați cu un microscop optic convențional
Snowflake, prin natura sa, este doar o molecula de apa care se leaga impreuna intr-o anumita configuratie solida. Majoritatea acestor configurații au o formă de simetrie hexagonală; acest lucru se datorează faptului că moleculele de apă cu unghiurile lor specifice de valență - care sunt determinate de fizica atomului de oxigen, doi atomi de hidrogen și forța electromagnetică - pot comunica între ei. 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 lui este de aproximativ 10.000 de atomi, și există multe similare.
Potrivit Guinness Book of Records, Nancy Cavaler al Centrului National de Cercetare Atmosferica, descoperit serendipitously doi fulgi de zăpadă identice, studiind cristale de zăpadă în timpul unei furtuni de zăpadă în Wisconsin, a lua un microscop. Dar când reprezentanții certifică două felii de zăpadă ca fiind identice, ele pot însemna doar că fulgii de zăpadă sunt identici pentru precizia microscopului; când fizica cere ca două lucruri să fie identice, ele trebuie să fie identice cu o particulă subatomică. Deci, înseamnă:
- aveți nevoie de aceleași particule,
- în aceleași configurații,
- cu aceleași conexiuni între ele
- în două sisteme macroscopice complet diferite.
Să vedem cum poate fi aranjată.
O moleculă de apă este un atom de oxigen și doi atomi de hidrogen conectați împreună. Atunci când moleculele congelate de apă sunt legate între ele, fiecare moleculă primește patru alte molecule apropiate: una pe fiecare dintre vârfurile tetraedice deasupra fiecărei molecule individuale. Aceasta conduce la faptul că moleculele de apă sunt adăugate la forma de zăbrele: o latură hexagonală (sau hexagonală) de cristal. Dar "cuburi" mari de gheață, ca și în depozitele de cuarț, sunt extrem de rare. Când vă uitați la cele mai mici scale și configurații, descoperiți că planurile superioare și inferioare ale acestei rețele sunt ambalate și conectate foarte strâns: pe ambele părți aveți "fețe plate". Moleculele pe părțile rămase sunt mai deschise, iar moleculele suplimentare de apă sunt asociate cu ele mai arbitrar. În special, unghiurile hexagonale au legăturile cele mai slabe, deci observăm o simetrie de șase ori în creșterea cristalelor.
Formarea și creșterea unei fulgii de zăpadă, o configurație specială a unui cristal de gheață
Noile structuri cresc apoi în conformitate cu aceleași scheme simetrice, sporind asimetriile hexagonale după ce ajung la o anumită dimensiune. În cristalele de zăpadă complexe mari, sute de trăsături ușor de distins, dacă sunt văzute sub microscop. Sute de caracteristici se numără printre cele aproximativ 19 molecule de apă care formează o fulg de zăpadă obișnuită, potrivit lui Charles Knight de la Centrul Național pentru Cercetări Atmosfere. Pentru fiecare dintre aceste funcții există milioane de posibile locuri în care se pot forma noi ramuri. Cât de mult poate o fulg de zăpadă să formeze astfel de noi caracteristici și să nu devină una dintre cele mai multe?
În fiecare an, în jurul lumii, aproximativ 10-15 metri cubi de zăpadă coboară la sol, iar fiecare metru cub conține câteva miliarde (10) fulgi de zăpadă individuali. Deoarece Pamantul exista acum 4,5 miliarde de ani, 10 34 de fulgi de zăpadă au căzut pe planetă. Și știi cât de mult din punctul de vedere al statisticilor caracteristicilor individuale, unice, ramificate simetrice ar putea avea o fulg de zăpadă și se așteaptă un dublu la un moment dat în istoria Pământului? Doar cinci. În timp ce în fulgii de zăpadă reale, mari, sunt de obicei sute.
Chiar și la nivelul unui milimetru într-o fulg de zăpadă se pot lua în considerare imperfecțiunile care sunt dificil de reprodus
Și numai la cel mai jos nivel, puteți vedea în mod eronat două fulgi de zăpadă identici. Și dacă sunteți gata să mergeți la nivelul molecular, situația va deveni mult mai rău. De obicei, în oxigen există 8 protoni și 8 neutroni, iar în atomul de hidrogen 1 proton și 0 neutroni. 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 10 34 numărate de zăpadă cristale va fi suficient pentru a coborî la dimensiunea câteva 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 ignorați diferențele atomice și moleculare și abandonați "naturalele", 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.
Îndreptându-le în laborator, el a arătat că puteți crea două fulgii de zăpadă care nu pot fi diferențiate.
Două fulgi de zăpadă aproape identici crescuți în laboratorul lui Caltech
Aproape. Ele vor fi indisolubile față de o persoană care arată cu ochii săi printr-un microscop, dar ei nu vor fi identici în adevăr. Ca gemeni identici, vor avea multe diferențe: vor avea locuri diferite ale unui pachet de molecule, proprietăți diferite ale ramificării și cu cât sunt mai multe, cu atât mai puternice sunt aceste diferențe. De aceea, aceste fulgi de zăpadă sunt foarte mici, iar microscopul este puternic: ele sunt mai asemănătoare atunci când sunt mai puțin complexe.
Două fulgi de zăpadă aproape identici, crescuți într-un laborator din Caltech
Cu toate acestea, multe fulgi de zăpadă sunt similare cu celelalte. Dar dacă căutați fulgi de zăpadă cu adevărat identici la nivel structural, molecular sau atomic, natura nu vă va da niciodată acest lucru. Acest număr de posibilități este mare nu numai pentru istoria Pământului, ci și pentru istoria universului. Dacă doriți să aflați cât de multe planete aveți nevoie pentru a obține două fulgi de zăpadă identice 13,8 miliarde de ani de istorie a universului, răspunsul este de aproximativ 10 100000000000000000000000. Având în vedere că universul observabil este de numai 10 până la 80 atomi, este extrem de improbabil. Așa că da, fulgii de zăpadă sunt cu adevărat unici. Și asta este să-l spui blând.
Articole similare
-
Există fulgi de zăpadă identice - rusia geografică națională
-
Trusa de frumusețe Viva călătoresc cu toții pentru călătoria dvs. perfectă (fotografie)
Trimiteți-le prietenilor: