Svakom školarcu poznata tvrdnja da ne postoje dvije identične pahulje je više puta dovedena u pitanje. Ali jedinstvene studije Kalifornijskog instituta za tehnologiju uspjele su staviti tačku na ovo zaista novogodišnje izdanje.
Snijeg nastaje kada mikroskopske kapljice vode u oblacima privlače čestice prašine i smrzavaju se.
Kristali leda koji se pojavljuju u ovom slučaju, koji u početku ne prelaze 0,1 mm u prečniku, padaju i rastu kao rezultat kondenzacije vlage iz zraka na njima. U ovom slučaju nastaju šestokraki kristalni oblici.
Zbog strukture molekula vode, mogući su uglovi od samo 60° i 120° između zraka kristala. Glavni kristal vode ima oblik pravilnog šestougla u ravnini. Potom se na vrhove takvog šesterokuta talože novi kristali, na njih se talože novi i tako se dobijaju različiti oblici zvijezda pahuljica.
Profesor fizike na Kalifornijskom univerzitetu Kenneth Libbrecht objavio je rezultate dugogodišnjeg istraživanja svoje naučne grupe. “Ako vidite dvije identične pahulje, one su i dalje različite!” kaže profesor.
Libbrecht je dokazao da na svakih pet stotina atoma kisika mase 16 g/mol u sastavu molekula snijega dolazi jedan atom mase 18 g/mol.
Struktura veza molekula s takvim atomom je takva da implicira bezbroj opcija za spojeve unutar kristalne rešetke.
Drugim riječima, ako dvije snježne pahulje zaista izgledaju isto, onda njihov identitet još uvijek treba provjeriti na mikroskopskom nivou.
Učenje svojstava snijega (a posebno pahuljica) nije dječja igra. Poznavanje prirode snijega i snježnih oblaka je veoma važno u proučavanju klimatskih promjena.
Pionir proučavanja "teorije snijega" bio je mladi farmer Wilson Alison Bentley, prozvan "Pahulja". Od djetinjstva ga je privlačio neobičan oblik kristala koji padaju s neba. U njegovom rodnom gradu Jerihonu na sjeveru Sjedinjenih Država, snježne padavine su bile redovna pojava, a mladi Wilson je provodio mnogo vremena napolju proučavajući pahulje.
Wislon "Snowflakes" Bentley
Bentley je prilagodio kameru mikroskopu koji mu je majka poklonila za 15. rođendan i pokušao snimiti pahulje. Ali bilo je potrebno skoro pet godina da se poboljša tehnologija - tek 15. januara 1885. napravljena je prva jasna slika.
Tokom svog života, Wilson je fotografisao 5.000 različitih pahulja. Nikada nije prestao da se divi ljepoti ovih minijaturnih djela prirode. Da bi dobio svoja remek-djela, Bentley je radio na temperaturama ispod nule, stavljajući svaku cjelinu pahuljica koje je pronašao na crnu pozadinu.
Vilsonov rad su pohvalili i naučnici i umjetnici. Često su ga pozivali da govori na naučnim konferencijama ili izlaže fotografije u umjetničkim galerijama. Nažalost, Bentley je umro u 65. godini od upale pluća, a da nije dokazao da ne postoje identične pahulje.
Palicu "teorije snijega" stotinu godina kasnije preuzela je Nancy Knight, istraživačica u Nacionalnom centru za istraživanje atmosfere. U radu objavljenom 1988. godine dokazala je suprotno – identične pahulje mogu i trebaju postojati!
Doktor Najt je pokušao da reproducira proces pravljenja pahuljica u laboratoriji. Da bi to učinila, uzgojila je nekoliko kristala vode, podvrgavajući ih istim procesima prehlađenja i prezasićenja. Kao rezultat eksperimenata, uspjela je dobiti snježne pahulje apsolutno identične jedna drugoj.
Dalja zapažanja na terenu i obrada eksperimentalnih grešaka omogućili su Nensi Najt da tvrdi da je pojava identičnih pahuljica moguća i da je određena samo teorijom verovatnoće. Nakon što je sastavio uporedni katalog nebeskih kristala, Knight je zaključio da pahulje imaju 100 znakova razlike. Dakle, ukupan broj opcija izgleda je 100! one. skoro 10 na 158. stepen.
Rezultirajući broj je dvostruko veći od broja atoma u svemiru! Ali to ne znači da su slučajnosti potpuno nemoguće - zaključuje u svom radu dr. Najt.
A sada - novo istraživanje o "teoriji snijega". Pre neki dan, profesor fizike na Kalifornijskom univerzitetu, Kenneth Libbrecht, objavio je rezultate dugogodišnjeg istraživanja svoje naučne grupe. “Ako vidite dvije identične pahulje, one su i dalje različite!” - kaže profesor.
Libbrecht je dokazao da na svakih pet stotina atoma kisika mase 16 g/mol u sastavu molekula snijega dolazi jedan atom mase 18 g/mol. Struktura veza molekula s takvim atomom je takva da implicira bezbroj opcija za spojeve unutar kristalne rešetke. Drugim riječima, ako dvije snježne pahulje zaista izgledaju isto, onda njihov identitet još uvijek treba provjeriti na mikroskopskom nivou.
Učenje svojstava snijega (a posebno pahuljica) nije dječja igra. Poznavanje prirode snijega i snježnih oblaka je veoma važno u proučavanju klimatskih promjena. A neka neobična i neistražena svojstva leda mogu naći i praktičnu primjenu.
Da li ste ikada čuli frazu „ova pahulja je posebna“, kažu, jer ih je obično mnogo i sve su lepe, jedinstvene i fascinantne, ako dobro pogledate. Stara mudrost kaže da ne postoje dvije iste pahulje, ali da li je to zaista istina? Kako to uopće možete izjaviti, a da ne gledate sve pahulje koje padaju i pale? Odjednom se pahulja negdje u Moskvi ne razlikuje od pahulje negdje na Alpima.
Da bismo ovo pitanje razmotrili sa naučne tačke gledišta, moramo znati kako se pahulja rađa i kolika je vjerovatnoća (ili nevjerovatnost) da će se roditi dvije identične.
Pahulja snimljena konvencionalnim optičkim mikroskopom
Snježna pahulja, u svojoj srži, su samo molekuli vode koji se međusobno vežu u određenu čvrstu konfiguraciju. Većina ovih konfiguracija ima neku vrstu heksagonalne simetrije; ima veze sa načinom na koji se molekule vode, sa svojim specifičnim uglovima veze - koji su određeni fizikom atoma kiseonika, dva atoma vodika i elektromagnetne sile - mogu međusobno povezati. Najjednostavniji mikroskopski snježni kristal koji se može vidjeti pod mikroskopom je jedan milioniti dio metra (1 mikron) i može biti vrlo jednostavnog oblika, kao što je heksagonalna kristalna ploča. Široko je oko 10.000 atoma, a ima mnogo sličnih.
Prema Ginisovoj knjizi rekorda, Nensi Najt iz Nacionalnog centra za istraživanje atmosfere slučajno je otkrila dve identične pahulje dok je proučavala snežne kristale tokom mećave u Viskonsinu dok je nosila mikroskop. Ali kada predstavnici potvrde da su dve pahulje identične, to može značiti samo da su pahulje identične za tačnost mikroskopa; kada fizika zahtijeva da dvije stvari budu identične, one moraju biti identične sve do subatomske čestice. Što znači:
- potrebne su vam iste čestice
- u istim konfiguracijama
- sa istim priključcima
- u dva potpuno različita makroskopska sistema.
Hajde da vidimo kako se ovo može urediti.
Jedan molekul vode je jedan atom kisika i dva atoma vodika povezani zajedno. Kada se molekuli smrznute vode povežu, svaki molekul dobija četiri druga vezana molekula u blizini: po jedan na svakom od tetraedarskih vrhova iznad svakog pojedinačnog molekula. Ovo uzrokuje da se molekuli vode savijaju u oblik rešetke: heksagonalnu (ili heksagonalnu) kristalnu rešetku. Ali velike "kocke" leda, kao u naslagama kvarca, izuzetno su rijetke. Kada pogledate u najmanju skalu i konfiguracije, otkrićete da su gornja i donja ravnina ove mreže zbijene i povezane vrlo čvrsto: imate "ravne ivice" na dvije strane. Molekuli na preostalim stranama su otvoreniji, a dodatni molekuli vode se nasumičnije vezuju za njih. Konkretno, heksagonalni uglovi imaju najslabije veze, zbog čega uočavamo šesterostruku simetriju u rastu kristala.
i rast pahulje, posebna konfiguracija ledenog kristala
Nove strukture tada rastu u istim simetričnim obrascima, izgrađujući heksagonalne asimetrije nakon postizanja određene veličine. U velikim, složenim snježnim kristalima, postoje stotine lako prepoznatljivih karakteristika kada se posmatraju pod mikroskopom. Stotine karakteristika među otprilike 1019 molekula vode koje čine tipičnu pahulju, prema Charlesu Knightu iz Nacionalnog centra za istraživanje atmosfere. Za svaku od ovih funkcija postoje milioni mogućih mjesta na kojima se mogu formirati nove grane. Koliko takvih novih karakteristika može formirati pahulja, a da ne postane još jedna od mnogih?
Svake godine širom svijeta otprilike 10 15 (kvadriliona) kubnih metara snijega padne na tlo, a svaki kubni metar sadrži reda veličine nekoliko milijardi (10 9) pojedinačnih pahulja. Budući da Zemlja postoji oko 4,5 milijardi godina, 1034 pahulje su pale na planetu kroz istoriju. A znate li koliko bi, statistički gledano, odvojenih, jedinstvenih, simetričnih granastih karakteristika pahulja mogla imati i očekivati blizanca u određenom trenutku u istoriji Zemlje? Samo pet. Dok prave, velike, prirodne pahulje obično imaju stotine njih.
Čak i na nivou od jednog milimetra u pahulji, možete uočiti nedostatke koje je teško ponoviti.
I samo na najobičnijem nivou možete pogrešno vidjeti dvije identične pahulje. A ako ste voljni da se spustite na molekularni nivo, stvari postaju mnogo gore. Kiseonik obično ima 8 protona i 8 neutrona, dok vodonik ima 1 proton i 0 neutrona. Ali 1 od 500 atoma kiseonika ima 10 neutrona, 1 od 5000 atoma vodika ima 1 neutron, a ne 0. Čak i ako formirate savršene heksagonalne snežne kristale, a izbrojali ste 10 34 snežnih kristala u čitavoj istoriji planete Zemlje, to će biti dovoljan da se smanji na veličinu nekoliko hiljada molekula (manje od dužine vidljive svjetlosti) da pronađe jedinstvenu strukturu kakvu planeta nikada prije nije vidjela.
Ali ako zanemarite atomske i molekularne razlike i napustite "prirodno", imate šansu. Istraživač snježnih pahulja Kenneth Libbrecht sa Kalifornijskog instituta za tehnologiju razvio je tehniku za stvaranje umjetnih "identičnih blizanaca" snježnih pahulja i fotografiranje pomoću posebnog mikroskopa nazvanog SnowMaster 9000.
Uzgajajući ih jednu pored druge u laboratoriji, pokazao je da je moguće stvoriti dvije snježne pahulje koje se ne mogu razlikovati.
Dvije gotovo identične snježne pahulje uzgojene u Caltech laboratoriju
Skoro. Oni će biti nerazlučivi za osobu koja gleda svojim očima kroz mikroskop, ali u istini neće biti identična. Poput identičnih blizanaca, oni će imati mnogo razlika: imat će različita molekularna vezna mjesta, različita svojstva grananja, a što su veći, to su ove razlike veće. Zato su ove pahulje jako male i zašto je mikroskop moćan: sličnije su kada su manje složene.
Dvije gotovo identične snježne pahulje uzgojene u Caltech laboratoriju
Ipak, mnoge pahulje su slične jedna drugoj. Ali ako tražite istinski identične pahulje na strukturnom, molekularnom ili atomskom nivou, priroda vam to nikada neće dati. Toliki broj mogućnosti je veliki ne samo za istoriju Zemlje, već i za istoriju Univerzuma. Ako želite da znate koliko vam je planeta potrebno da dobijete dvije identične pahulje u 13,8 milijardi godina istorije svemira, odgovor je reda veličine 10 1000000000000000000000000. S obzirom na to da postoji samo 1080 atoma u svemiru koji se može promatrati, to je vrlo malo vjerovatno. Dakle, da, pahulje su zaista jedinstvene. I to je blago rečeno.
Stranica za školarce i njihove roditelje Zateevo.ru otkrila je da ne postoje identične pahulje!
S E G I N K I
ON
FOTOGRAFIJE JAROSLAVA GNATJUKA!
Ne postoji ništa lakše od sitnih pahuljica. Padnete na ruku, nećete to osetiti!
Teški su oko miligrama, rijetko - 2 ... 3 miligrama.
Ljudi rijetko gledaju pahulje, a ne možete pronaći dvije potpuno identične pahulje. U najboljim zbirkama mikrofotografija nalazi se više od 5 hiljada snimaka pahulja koje se međusobno razlikuju.
ZATEEVO predstavlja kolekciju snježnih pahulja ukrajinskog fotografa Yaroslava Yuryevicha Gnatyuka. Yaroslav Gnatiuk živi i radi u Dnjepropetrovsku, njegov posao je vezan za bankarske platne sisteme, a mikrofotografija je hobi. Ali njegove fotografije su toliko profesionalne da je ove godine osvojio Yandex foto konkurs.
Zašto su sve pahulje toliko različite?
U početku, svi embrioni pahuljica izgledaju kao male heksagonalne prizme. Tada iz šest uglova prizme počinju rasti potpuno identične ledene iglice - bočni procesi. Identične igle jer su temperatura i vlažnost oko embriona također iste. Na njima, zauzvrat, rastu, kao na drvetu, bočni procesi - grančice. Snježna pahulja počinje brzo rasti. U ovom slučaju, konveksni dijelovi pahulje rastu brže. Dakle, šestokraka zvjezdica raste iz prvobitno šesterokutne ploče. Krećući se gore-dole u oblaku, pahulja ulazi u uslove sa različitim temperaturama i sadržajem vodene pare. Njena forma se menja. Tako pahulje postaju drugačije. Iako u istom oblaku na istoj visini mogu "nastati" isto. Svaka pahulja ima svoj put do zemlje. To znači da svaki ima svoj konačni oblik. Pahulje padaju brzinom od oko 15 metara u minuti. Oni su gotovo nepovezani, a čak ih i mali vjetar od 2 metra u sekundi pokreće. U vazduhu se oblik pahuljica stalno menja. Mnogi faktori utiču na formiranje i rast pahuljica.
Led koji formira pahulju je providan. Ali kada ima mnogo pahuljica, onda sunčeva svetlost, reflektujući se i raspršujući se po brojnim licima pahuljica, ostavlja utisak bele neprozirne mase - mi to zovemo sneg. Suočena na svom putu sa prehlađenim malim kapljicama vode, pahulja je pojednostavljena u obliku. Suočen sa velikom padom, može se pretvoriti u grad. Na različitim mjestima pada "njihov" snijeg, ovisno o vremenskim prilikama.
Poznato je da su u proleće 1944. u Moskvi padale snežne pahulje veličine do 10 centimetara. U Sibiru su uočene pahulje do 30 centimetara. Neophodan uslov za to je potpuna smirenost. Pahulje se dugo vrte u vazduhu, dižu se i spuštaju, putuju dugo, sudaraju se i grče jedna s drugom. Najmanji povjetarac razbija takve pahuljice na odvojene dijelove. Pri niskim temperaturama i jakom vjetru pahulje se sudaraju u zraku, drobe se i padaju na tlo u obliku krhotina.
Ovdje se prikupljaju svi materijali dječje stranice Zateevo.ru:. Stranica za djecu Zateevo.ru jedini je obrazovni resurs ove vrste među onima koji se mogu naći u direktorijima dječjih stranica. Zateevo.ru mijenja uobičajeni pogled na školski internet!
Naučnici identificiraju dvije opcije za formiranje snježnih kristala. U prvom slučaju, vodena para koju vjetar prenosi na vrlo veliku nadmorsku visinu, gdje je temperatura oko 40°C, može se iznenada smrznuti, formirajući kristale leda. U donjem sloju oblaka, gdje se voda sporije smrzava, stvara se kristal oko male trunke prašine ili zemlje. Ovaj kristal, kojih u jednoj pahulji ima od 2 do 200, ima oblik šestougla, tako da je većina pahuljica šestokraka zvijezda.
"Zemlja snijega" - takvo poetsko ime za Tibet su izmislili njegovi stanovnici.
Oblik pahulje zavisi od mnogih faktora: temperature oko, vlažnosti, pritiska. Ipak, razlikuje se 7 glavnih tipova kristala: ploče (ako je temperatura u oblaku od -3 do 0 °C), zvezdasti kristali, stubovi (od -8 do -5 °C), igle, prostorni dendriti, stubovi sa vrh i pogrešni oblici. Važno je napomenuti da ako se pahulja rotira prilikom pada, tada će njen oblik biti savršeno simetričan, a ako padne bočno ili na neki drugi način, onda neće.
Kristali leda su heksagonalni: ne mogu se spojiti pod uglom - samo na ivici. Stoga, zraci pahuljice uvijek rastu u šest smjerova, a grananje od snopa može otići samo pod uglom od 60 ili 120 °.
Od 2012. godine Svjetski dan snijega obilježava se pretposljednje nedjelje u januaru. To je pokrenula Međunarodna skijaška federacija.
Snježne pahulje izgledaju bijele zbog zraka koji sadrže: svjetlost različitih frekvencija se reflektira na rubovima između kristala i raspršuje. Veličina obične pahulje je oko 5 mm u prečniku, a masa je 0,004 g.
Prilikom snimanja filma "Aleksandar Nevski", škripa snijega se dobija cijeđenjem pomiješanog šećera i soli.
Vjeruje se da ne postoje dvije iste snježne pahulje. To je prvi put dokazano 1885. godine, kada je američki farmer Wilson Bentley napravio prvu uspješnu mikroskopsku sliku pahulje. Tome je posvetio 46 godina i napravio više od 5.000 fotografija, na osnovu kojih je teorija potvrđena.
