世界上有没有两片相同的雪花？为什么？
科学家们说找不出两片不异的雪花,即使是人工的，但用脚想也知道这是理论，因为它们没有法子拿显微镜不雅察地球甚至是宇宙间所有的雪花。万一，十万年前海说神聊京的雪花和本年哈尔滨呈现的一朵雪花是一样的，他们又怎么会知道。
但我们不克不及就这么抬杠，为了科学地考虑这个问题，我们必需知道雪花里有什么，雪花是若何形当作的，看看他们是怎么证实的。先说成果，真的找不出！
图：各类外形和巨细的雪晶体，它们是天然形当作的。
自然雪花
雪花是由水分子连系在一路形当作特定的固体布局。大大都为六边形对称。这是因为水分子以其特定的键角，即由一个氧原子、两个氢原子和电磁力的物理特征形当作的。经由过程显微镜可以看到的最简单的微不雅雪晶体直径约为百万分之一米(1米)，它们会呈现出很是简单的外形，就像六边形的板状晶体。这大约只有10000个原子，并且有良多处所看起来是一样的。
图：雪花呈现出一种经典的六边形对称，这是众所周知的。
按照《吉尼斯宿世界记载大全》，美国国度大气研究中间的科学家南希·奈特在1988年研究威斯康星州一场风暴形当作的雪花晶体时，偶尔发现了两个完全不异的雪花腔本。可是，当吉尼斯宿世界记载认证两片雪花完全不异，只能说雪花在他们那时用的显微镜的切确度下完全不异;当物理学认为两件工具完全不异时，指的是直到亚原子粒子都是完全不异的!这需要达到以下前提:
您需要不异的粒子，
不异的分子布局，
它们之间有不异的化学键，
在两个完全分歧的宏不雅系统中。（不克不及把一片雪花分当作两半，然后说这两片不异）
让我们来看看如何才能知足这些需求。
图：一片雪花
一个水分子是一个氧原子和两个氢原子连系在一路。当冻结的水分子连系在一路时，一个水分子为一个四面体，在四面体的每个极点上再连系水分。这使得水分子堆积当作一个晶格状，即一个六边形的晶格。
图：雪花分子连系布局图
而冰块的分子布局是大量水分子慎密并排在一路，因为冰块可以呈现“平面”，布局较“硬”，而雪花很懦弱，因为六角键的连系最弱，所以雪花只能按着六边形成长。
图：冰块分子布局
图：雪花的形当作和发展，一种特别的冰晶布局。
雪晶一起头会按着对称模式发展，但一旦达到必然的尺寸，就会成长当作不合错误称的六边形。在显微镜下，大型复杂的雪晶体稀有百个较着的分歧点。据国度大气研究中间的查尔斯·奈特称，一般的雪花大约由10^19个水分子构成。雪花这些分歧点的点位有会形当作数百万成长偏向，形当作分歧的布局分支。那么，在雪花形当作的过程中，有多大的概率每一个点位和成长的分支都完全不异呢?
图：即使是在一毫米的程度上，雪花的缺陷也可以被看到，形当作不异雪花的难易水平就像复制一个完全不异的雪花的坚苦一样。
当您一旦深切到分子连系的分歧点位，意味着您要从水分子形当作的第一个六边形后起头阐发，而且后续成长城市加进来一个个分子，也就是说我们要深切到分子层面，只有这样您才可能有两个不异的雪花。不外，若是您考虑到分子层面阐发，您可能会懵圈。
凡是环境下，氧有8个质子和8个中子，而氢有1个质子和0个中子。然而，大约每500个氧原子中就有1个具有10个中子，而每5000个氢原子中就有1个中子而不是0个中子。以氢和氧含中子的这种概率，这辈子是看不到两个完全不异的雪花了。
图：在电子显微镜下，一个六边的雪花晶体显示了其布局中难以置信的复杂性和缺陷，这些是永远无法在分子程度长进行复制的。
人工雪花
若是我们降低点要求，忽略原子和分子的差别，即愿意抛却“纯自然制造”，您就有机遇了。美国加州理工学院的雪花科学家肯尼斯·利布雷希特发现了一种手艺，可以制造出人造的“同卵双胞胎”雪花。
图：人工雪花
经由过程在特定的尝试室前提下将雪晶并排并“莳植”，他已经证实了制造两种无法区分的雪花是可能的。
图：在加州理工学院尝试室前提下发展的两种几乎不异的雪晶。
在人类的显微镜下，它们没有什么区别，但它们并不是完全不异的。事实上，就像同卵双胞胎一样，它们也有良多分歧之处。它们有分歧的分子连系位点，它们有略微分歧的分支特征，并且它们越大，这些差别就越较着。这就是为什么人工雪花老是很小。当它们不那么复杂时，它们会更相似。
图：两个几乎一模一样的雪花，在加州理工学院的尝试室前提下发展。
然而，固然良多雪花很是相似，但若是您想要在布局、分子或原子层面上完全不异，在大天然中您无法找到。这种“无法找到”并非在地球的时候标准上，对整个宇宙的时候标准来说也是一样的。若是您想知道在宇宙138亿年的汗青中，您需要几多个地球才有机遇呈现两片完全不异的雪花，谜底是大约10的100兆次方个地球。而整个宇宙中只有10^80个原子，所以您无法找到两朵一模一样的雪花。
- 发表于 2020-05-21 02:00
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