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迈向雪花的大统一理论,雪花结晶理论之父提出新思路

冬日漫漫,而当云层够厚、气温够低时,云中的水分便会凝结成冰,降为雪花,为世界增添一分纯洁的白。

关于雪花的形状,虽然早在公元前 135 年,我国汉代文学家韩殷就对此提出过疑问,写道:“植被之花,均为五瓣,雪花却有六瓣”,但直到公元 1611 年,才有德国天文学家开普勒在其送给赞助者的一份文章中提出,“雪花的六角形外观绝非偶然,其背后一定有着什么尚不为人所知的原理,或许于自然形成的六角形就是自然界中最小的液体单位呈现形态”。

然而,就是北国之地如此常见的雪花,对于 “雪花为什么会有那些特有的形状” 和“究竟有哪些因素影响着雪花的外形”这两个如此简单的问题,我们至今也没有答案。

图 | 雪花的显微照片。(来源:Kenneth Libbrecht)

近代对于雪花晶体成型的系统性研究始于 1930 年,日本科学家 Ukichiro Nakaya 开始对该问题进行研究,通过对温度和湿度进行控制,到 50 年代发现“星型的雪花倾向于在零下 2 到 15 摄氏度形成,柱形雪花则倾向于在零下 5 到 30 摄氏度形成,而星型雪花的形成过程在低湿度环境中不易出现分支,在高湿度环境中则倾向于长出更复杂、更高级的花边结果”。

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