Почему снежинки шестиугольные доклад
Обновлено: 02.05.2024
Кто из нас хоть раз не любовался таким красивейшим явлением, как снежинка, и не задумывался о том, как природе удаётся выполнять эту ювелирную работу? Почему снежинка имеет шестиугольную форму? Давайте разбираться.
Такие, на первый взгляд, разные явления как образование облаков, образование росы, дождя и снега на самом деле возникают благодаря одному и тому же природному явлению — испарению воды с поверхностей морей, океанов и остальных водоемов. Частички, которые образуются во время этого испарения, называются водяным паром. Они поднимаются вверх, благодаря чему в атмосфере (газообразной оболочке Земли) постоянно находится очень много влаги.
Затем, если водяной пар сталкивается с низкой температурой воздуха, он превращается в кристаллики льда. Благодаря потокам воздуха, которые переносят эти кристаллики с одного места на другое, они сталкиваются и прилипают друг к другу. Удивительно, что иногда между собой должны соединиться тысячи таких маленьких кристалликов, чтобы мы увидели на ладошке то изобретение природы, которое называем снежинкой.
Почему же снежинки чаще всего имеют форму шестиугольников? Причина этого в том, что мельчайшая частица воды (ее молекула) состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. И поэтому, становясь твёрдой и превращаясь в кристаллик, вода может образовывать только трёх— или шестиугольную фигуру. Однако, встретить две одинаковые снежинки ещё никому не удалось.
Многие наверняка задаются вопросом, почему же снежинки белые, а не прозрачные, если они состоят из замёрзшей воды? Дело в том, что кристаллики, образующие снежинку, могут быть разной формы: квадратными, треугольными, плоскими и даже игольчатыми. И приклеиваются они друг к другу по-разному: только кончиком, какой-то гранью, либо вплотную. И такая их форма позволяет свету отражаться в гранях кристаллика, поэтому они и кажутся нам белыми.
Интересно, однако, что снежинки бывают не только белыми. В некоторых странах люди могли наблюдать синий, желтый и даже красный снегопад. Происходит это потому, что снежинка, падая на землю, может сталкиваться на своём пути с пылью, различными бактериями и даже грибками разного цвета. Снежный комок поглощает их и таким образом меняет свою окраску.
В конце предлагаем вам посмотреть видео на тему: Почему все снежинки разные?
В молекуле воды две электронные пары образуют полярные ковалентные связи между атомами водорода и кислорода, а оставшиеся две электронные пары остаются свободными и называются неподеленными.
Рис. Молекула воды
Поскольку у атома кислорода больше электронов (химики говорят, что атом кислорода более электроотрицательный), чем у атома водорода, электроны двух атомов водорода сдвигаются в сторону более электроотрицательного атома кислорода, приводя к тому, что два положительных заряда атомов водорода компенсируются равным по величине двум атомов водорода отрицательным зарядом атома кислорода. Поэтому электронное облако имеет неоднородную плотность. Около ядер водорода имеется недостаток электронной плотности, а на противоположной стороне молекулы, около ядра кислорода, наблюдается избыток электронной плотности. Это приводит к тому, что молекула воды представляет собой маленький диполь, содержащий положительный и отрицательный заряды на полюсах. Именно такая структура и определяет полярность молекулы воды. Если соединить прямыми линиями эпицентры положительных и отрицательных зарядов получится объемная геометрическая фигура - правильный тетраэдр.
Элементарной ячейкой воды являются тетраэдры, содержащие связанные между собой водородными связями пять молекул Н2О. При этом у каждой из молекул воды в простых тетраэдрах сохраняется способность образовывать водородные связи. За счет их простые тетраэдры могут объединяться между собой вершинами, ребрами или гранями, образуя разнообразные пространственные структуры.
Рис. В кристаллической структуре льда каждая молекула воды участвует в 4 водородных связях, образуя тетраэдр
Таким образом, структура воды связана с так называемыми платоновыми телами (тетраэдр, додекаэдр), форма которых связана с золотой пропорцией. Молекула воды также имеет форму платонова тела (тетраэдра).
И из всего многообразия структур в природе базовой является гексагональная (шестигранная) структура, когда шесть молекул воды (тетраэдров) объединяются в кольцо. Такой тип структуры характерен для льда, снега и талой воды.
Рис. 1. Кристаллическая структура льда
Так почему же снежинки шестиугольны? В кристаллической структуре льда каждая молекула воды участвует в 4 водородных связях, направленных к вершинам тетраэдра под строго определенными углами, равными 109°28' (при этом в структурах льда I, Ic, VII и VIII этот тетраэдр правильный). В центре этого тетраэдра находится атом кислорода, в двух вершинах — по атому водорода, электроны которых задействованы в образовании ковалентной связи с кислородом. Две оставшиеся вершины занимают пары валентных электронов кислорода, которые не участвуют в образовании внутримолекулярных связей. Теперь становится понятным, почему кристалл льда шестиугольный.
Главная особенность, определяющая форму кристалла - это связь между молекулами воды, подобная соединению звеньев в цепи. Кроме того, из-за различного соотношения тепла и влаги кристаллы, которые в принципе должны быть одинаковыми, приобретают различную форму. Сталкиваясь на своем пути с переохлажденными мелкими капельками, снежинка упрощается по форме, сохраняя при это симметрию.
Но почему иногда образуются снежинки вытянутой формы? Снежинка — это монокристалл льда, аналог гексагонального кристалла, но выросшего быстро, в неравновесных условиях. В одних условиях ледяные шестигранники усиленно растут вдоль своей оси, и тогда образуются снежинки вытянутой формы — снежинка-столбики, снежинки-иглы. В других условиях шестигранники растут преимущественно в направлениях, перпендикулярных к их оси, и тогда образуются снежинки в виде шестиугольных пластинок или шестиугольных звездочек.
Более подробно о снежинках и процессах их формирования читайте в статье Сергея Апресова “Белая магия”:
К. х. н. О. В. Мосин
ПОЧЕМУ СНЕЖИНКИ ШЕСТИУГОЛЬНЫ?
Чтобы понять, почему снежинки выглядят так красиво, необходимо рассмотреть историю жизни одного снежного кристалла.
Ледяные снежинки в облаке образуются при -15 градусах вследствие перехода водяного пара в твердое состояние. Основой для формирования снежинок являются мелкие частицы пыли или микроскопические льдинки, которые служат ядром для конденсации на них молекулы воды. Ядро кристаллизации - это то, с чего начинается образование снежинок.
Все больше и больше молекул воды присоединяются к растущей снежинке в определенных местах, придавая ей отчетливую форму шестигранника. Разгадка структуры твердой воды кроется в строении ее молекулы, которую можно упрощенно представить себе в виде тетраэдра - пирамиды с треугольным основанием в которой возможны углы лишь в 60° и 120°. В центре находится кислород, в двух вершинах — по водороду, точнее — протону, электроны которых задействованы в образовании ковалентной связи с кислородом. Две оставшиеся вершины занимают пары валентных электронов кислорода, которые не участвуют в образовании внутримолекулярных связей, отчего их называют неподеленными.
Снежинка — это монокристалл льда, вариация на тему гексагонального кристалла, но выросшего быстро, в неравновесных условиях. В одних условиях ледяные шестигранники усиленно растут вдоль своей оси, и тогда образуются снежинки вытянутой формы — снежинка-столбики, снежинки-иглы. В других условиях шестигранники растут преимущественно в направлениях, перпендикулярных к их оси, и тогда образуются снежинки в виде шестиугольных пластинок или шестиугольных звездочек.
К падающей снежинке может примерзнуть капелька воды — в результате образуются снежинки неправильной формы. Распространенное мнение, будто снежинки обязательно имеют вид шестиугольных звездочек, является ошибочным. Формы снежинок оказываются весьма разнообразными.
Существует еще одна тайна, присущая строению снежинки. В ней порядок и хаос сосуществуют вместе. В зависимости от условий получения твердое тело должно находиться либо в кристаллическом (когда атомы упорядочены), либо в аморфном (когда атомы образуют случайную сетку) состоянии. Снежинки же имеют гексагональную решетку, в которой атомы кислорода выстроены упорядочено, образуя правильные шестиугольники, а атомы водорода расположены хаотично. Однако связь между структурой кристаллической решетки и формой снежинки, которая больше молекулы воды в десять миллионов раз, неочевидна: если бы молекулы воды присоединялись к кристаллу в случайном порядке, форма снежинки получилась бы неправильной. Все дело в ориентации молекул в решетке и расположении свободных водородных связей, которое способствует образованию ровных граней.
Молекулы водяного пара с большей вероятностью заполняют пустоты, нежели пристают к ровным граням, потому что пустоты содержат больше свободных водородных связей. В результате снежинки принимают форму правильных шестиугольных призм с ровными гранями. Такие призмы падают с неба, при сравнительно небольшой влажности воздуха в самых разных температурных условиях.
Рано или поздно на гранях появляются неровности. Каждый бугорок притягивает к себе дополнительные молекулы, и начинает расти. Снежинка долго путешествует по воздуху, при этом шансы встретиться с новыми молекулами воды у выступающего бугорка несколько выше, чем у граней. Так на снежинке очень быстро вырастают лучи. Из каждой грани вырастает один толстый луч, так как молекулы не терпят пустоты. Из бугорков, образующихся на этом луче, вырастают ответвления. Во время путешествия крохотной снежинки все ее грани находятся в одинаковых условиях, что служит предпосылкой для роста одинаковых лучей на всех шести гранях. В идеальных лабораторных условиях, все шесть направлений снежинки растут симметрично и с аналогичными конфигурациями. В атмосфере большая часть снежинок это нерегулярные кристаллы у них лишь некоторые из шести ветвей могут быть симметричны.
В наши дни изучение снежинок превратилось в науку. Еще в 1555 году швейцарским исследователем Мангусом были сделаны зарисовки форм снежинок. В 1955 году русский ученый А. Заморский разделил снежинки на 9 классов и 48 видов. Это — пластинки, иглы, звезды, ежи, столбики, пушинки, запонки, призмы, групповые. Международная комиссия по снегу и льду приняла в 1951 году довольно простую классификацию кристаллов льда: пластинки, звездчатые кристаллы, столбцы или колонны, иглы, пространственные дендриты, столбцы с наконечниками и неправильные формы. И еще три вида обледенелых осадков: мелкая снежная крупка, ледяная крупка и град.
В 1932 году физик-ядерщик Укихиро Накайя, профессор Университета в Хоккайдо, занялся выращиванием искусственных снежных кристаллов, что позволило составить первую классификацию снежинок и выявить зависимость величины и формы этих образований от температуры и влажности воздуха. В городе Кага, расположенном на западном берегу острова Хонсю, существует основанный Укихиро Накайя Музей снега и льда, носящий теперь его имя, символично выстроен в виде трех шестиугольников. В музее хранится машина для получения снежинок. Накайа выделил среди снежинок 41 индивидуальный морфологический тип, а метеорологи С. Магано и Сю Ли в 1966 году описали уже 80 типов кристаллов.
Образующий снежинку лед прозрачен, но когда их много, солнечный свет, отражаясь и рассеиваясь на многочисленных гранях, создает у нас впечатление белой непрозрачной массы — мы называем ее снегом. Снежинка белая, потому что вода очень хорошо поглощает красную и инфракрасную часть светового спектра. Замерзшая вода во многом сохраняет свойства воды жидкой. Солнечный свет, проходя сквозь слой снега или льда, теряет красные и желтые лучи, которые рассеиваются и поглощаются в нем, а насквозь проходит свет голубовато-зеленый, голубой или ярко-синий — в зависимости от того, какой толщины слой был на пути у света.
ФАКТЫ о снежинках
Снежинки образуют — снежный покров, который отражает в космос до 90% солнечного света.
В одном кубическом метре снега находится 350 миллионов снежинок, а по всей Земле — 10 в 24 степени.
Вес самой снежинки всего около миллиграмма, редко — 2…3. Тем не менее к концу зимы масса снежного покрова северного полушария планеты достигает 13 500 млрд тонн.
Снег бывает не только белым. В арктических и горных регионах розовый или даже красный снег — обычное явление. Виной тому водоросли, живущие между кристаллов. Но известны случаи, когда снег падал с неба уже окрашенный. Так, на Рождество 1969 года на территории Швеции выпал черный снег. Скорее всего, это впитанная из атмосферы копоть и промышленные загрязнения. В 1955 году около Даны, штат Калифорния, выпал фосфоресцирующий зеленый снег, унесший несколько жизней и причинивший тяжкий вред здоровью жителям, рискнувшим попробовать его на язык. Возникали разные версии этого феномена, даже атомные испытания в штате Невада. Однако, все они были отвергнуты и происхождение зеленого снега осталось тайной.
Снега в центральной части России этой зимой маловато. Кое-где он выпал, конечно, но в январе месяце можно было ждать какой-то более морозной и снежной погоды. Унылая серость и неприятная слякоть мешают ощутить радость от привычных зимних забав. Поэтому Cloud4Y предлагает добавить немного снега в нашу жизнь, поговорив о… снежинках.
Зачем? Он ищет самые сверкающие, самые фактурные, самые красивые снежинки, которые может создать природа. По его словам, наиболее интересные образцы имеют тенденцию образовываться в самых холодных местах — пресловутом Фэрбенксе и в заснеженной северной части Нью-Йорка. Самый же лучший снег, который Кеннет когда-либо наблюдал, шёл в Кокрейне, местечке на северо-востоке Онтарио, где слабый ветер кружил снежинки, падающие с неба.
Очарованный стихией, Либбрехт с упорством археолога изучает свою пенопластовую доску. Если там есть что-то интересное, взгляд обязательно зацепится за это. Если же нет — снег сметается с доски, и всё начинается заново. И это длится часами.
Наработки Либбрехта в этой области помогли создать новую модель, которая объясняет, почему снежинки и другие снежные кристаллы образуют то, что мы привыкли видеть. Согласно его теории, опубликованной в интернете в октябре 2019 года, описывает движение молекул воды возле точки замерзания (кристаллизации) и то, как конкретные движения этих молекул могут порождать совокупность кристаллов, которые образуются в различных условиях. В своей монографии объёмом 540 страниц Либбрехт описывает все знания о снежных кристаллах.
Шестиконечные звёзды
Вы, конечно же, знаете, что невозможно увидеть две одинаковые снежинки (разве что на этапе зарождения). Этот факт связан с тем, как кристаллы формируются в небе. Снег — это скопление ледяных кристаллов, которые образуются в атмосфере и сохраняют свою форму, когда они все вместе падают на Землю. Они образуются, когда атмосфера достаточно холодная, чтобы не допустить слияния или таяния и превращения в мокрый снег или дождь.
Хотя в пределах одного облака можно зафиксировать множество температур и уровней влажности, для одной снежинки эти переменные будут постоянными. Вот почему снежинка часто растёт симметрично. С другой стороны, каждая снежинка подвергается воздействию ветра, солнечного света и другим факторам. По сути, каждый кристалл подчиняется хаосу облака, и потому принимает различные формы.
Можно сказать, что это было начальное понимание принципов атомной физики, о которой заговорят лишь через 300 лет. Действительно, молекулы воды с их двумя атомами водорода и одним кислородом имеют тенденцию соединяться вместе, образуя гексагональные массивы. Кеплер и его современники даже не представляли, насколько это важно.
Как говорят физики, благодаря водородной связи и взаимодействия молекул друг с другом мы можем наблюдать открытую кристаллическую структуру. Помимо способности выращивать снежинки, шестиугольная структура позволяет сделать лёд менее плотным по сравнению с водой, что оказывает огромное влияние на геохимию, геофизику и климат. Другими словами, если бы лёд не плавал, жизнь на Земле была бы невозможна.
Но после трактата Кеплера наблюдение за снежинками было скорее хобби, чем серьёзной наукой. В 1880-х годах американский фотограф по имени Уилсон Бентли, живший в холодном, вечно заснеженном маленьком городишке Иерихон (штат Вермонт, США), начал делать снимки снежинок с помощью фотопластин. Он успел создать более 5000 фотографий, прежде чем умер от пневмонии.
Ещё позднее, в 1930-х годах, японский исследователь Укичиро Накая начал систематическое изучение различных типов снежных кристаллов. В середине столетия Накая выращивал снежинки в лаборатории, используя отдельные волоски кролика, помещённые в охлаждённое помещение. Он возился с настройками влажности и температуры, выращивая основные типы кристаллов, и собрал свой оригинальный каталог возможных форм. Накая обнаружил, что снежинки-звёзды имеют тенденцию образовываться при -2 °C и при -15 °C. Столбцы образуются при -5 °C и примерно при -30 °C.
Тут важно отметить, что при температуре около -2 °C появляются тонкие пластинчатые формы снежинок, при -5 °С они создают тонкие столбики и иголки, когда температура опускается до -15 °C, они становятся действительно тонкими пластинами, а при температуре ниже -30 °C они возвращаются в более толстые колонны.
В условиях низкой влажности снежинки-звёзды образуют несколько ветвей и напоминают гексагональные пластины, но при высокой влажности становятся более замысловатыми, кружевными.
По мнению Либбрехта причины появления различных форм снежинок стали понятнее именно благодаря работе Накая. Было установлено, что снежные кристаллы превращаются в плоские звёзды и пластины (а не трёхмерные структуры), когда края быстро растут наружу, а грани медленно растут вверх. Тонкие колонны растут по-другому, с быстро растущими гранями и более медленно растущими краями.
В то же время, основные процессы, влияющие на то, станет ли снежинка звездой или колонной, остались невыясненными. Возможно, секрет крылся в температурных условиях. И Либбрехт пытался найти ответ на этот вопрос.
Рецепт снежинки
Вместе со своей маленькой командой исследователей Либбрехт пытался придумать рецепт снежинки. То есть некий набор уравнений и параметров, которые можно загрузить в компьютер и получить от ИИ великолепное разнообразие снежинок.
Свои исследования Кеннет Либбрехт начал двадцать лет назад, узнав об экзотической форме снежинки, называемой закрытой колонной. Она похожа на катушку для ниток или на два колеса и ось. Рождённый на севере страны, он был шокирован тем фактом, что ни разу не видел такой снежинки.
Поражённый бесконечными формами снежных кристаллов, он занялся изучением их природы, создав лабораторию для выращивания снежинок. Результаты многолетних наблюдений помогли создать модель, которую сам автор считает прорывной. Он предложил идею молекулярной диффузии на основе поверхностной энергии. Эта идея описывает, как рост снежного кристалла зависит от начальных условий и поведения молекул, которые его образуют.
Представьте, что молекулы воды расположены свободно, так как пары воды только начинают замерзать. Если бы можно было оказаться внутри крошечной обсерватории и смотреть на этот процесс, то можно было бы увидеть, как молекулы замёрзшей воды начинают образовывать жёсткую решетку, где каждый атом кислорода окружён четырьмя атомами водорода. Эти кристаллы растут путём включения молекул воды из окружающего воздуха в их структуру. Они могут расти в двух основных направлениях: вверх или наружу.
Тонкий плоский кристалл (пластинчатый или звездообразный) образуется, когда края формируются быстрее, чем две грани кристалла. Растущий кристалл будет распространяться наружу. Однако, когда его грани растут быстрее, чем его края, кристалл становится выше, образуя иглу, полый столб или стержень.
Не стоит думать, что эти наблюдения интересны узкому кругу учёных. Подобные вопросы возникают в физике конденсированных сред и в других сферах. Молекулы лекарств, полупроводниковые чипы для компьютеров, солнечные элементы и множество других отраслей полагаются на высококачественные кристаллы, и целые группы занимаются вопросом их выращивания. Так что нежно любимые Либбрехтом снежинки вполне могут послужить на благо науки.
Снежинки существуют в миллиардах различных вариантов. Фактически нет двух одинаковых снежинок. Но что объединяет их все - каждая снежинка имеет шестиконечную форму. Давайте разбираться в чем причина.
Что такое снежинки?
Многие думают, что снежинки, это замерзшие капли дождя. Это не так. На самом деле снежинки представляют собой сублимированный водяной пар. Фактически влага из воздуха находящаяся в нем в газообразном состоянии превращается в кристаллы льда минуя жидкое состояние. Такой процесс "перескакивания" через агрегатное состояние называют сублимацией .
Как формируется снежинка?
Формирование снежинки начинается с формирования маленькой шестиугольной пластинки. Когда снежинка падает сквозь атмосферу продолжается сублимация влаги и новые кристаллики льда нарастают по углам этого изначального шестиугольника. Именно поэтому не существует двух одинаковых снежинок: путь каждой из них сквозь атмосферу уникален, и даже малейшие изменения в температуре, влажности, силе ветра и т.п. могут оказать большое влияние на рост кристаллов льда.
При этом в одной снежинке все шесть ветвей растут примерно одинаково, хотя и крайне редко встречается полная симметрия - межд ветвями все равно есть незначительные различия. Впрочем идентичные снежинки могут быть получены в лабораторных условиях.
Почему шесть?
Шестиугольность снежинок обусловлена геометрией кристаллической решетки льда.
Как известно молекула воды состоит из двух атомов кислорода и одного атома водорода. Принимая во внимание то, как атомы обмениваются электронами в молекуле воды атом водорода имеет положительный заряд, а атомы кислорода - отрицательный. Заряженный "конец" молекулы привлекает к себе противоположно заряженный "конец" другой молекулы воды. Возникает так называемая водородная связь .
В жидкой воде водородные связи между молекулами постоянно возникают и разрушаются из-за высокой температуры, но когда вода охлаждается до температуры близкой к нулю градусов Цельсия энергия броуновского движения молекул также падает и между молекулами начинают устанавливаться более стабильные водородные связи. Каждая молекула воды может установить водородную связь с четырьмя другими молекулами.
Под влиянием давления молекулы в кристалле льда стремятся занять наиболее энергоэффективную форму. Такой формой является тетраэдр в котором в каждой вершине находится молекула воды имеющая водородную связь с одной из других вершин. Математически возможно несколько повторяющихся структур полученных из тетраэдров, но наиболее стабильной и энергоэффективной является шестиугольная структура. Такой лед называют Лёд Ih (h - hexagonal, шестиугольный). 99 процентов льда на Земле имеет такую структуру.
Существуют и другие варианты кристаллической решетки льда, однако они обычно требуют иных условий формирования, к примеру Лёд Ic с кубической кристаллической решеткой может формироваться в верхних слоях атмосферы где температура и давление гораздо ниже.
Таким образом шестиугольной форме снежинок мы обязаны тому, что в основе кристаллической решетки льда лежат шестиугольные ячейки.
Подписывайтесь на мой канал здесь, а также на мой канал в телеграме . Там вы можете почитать большое количество интересных материалов, а также задать свой вопрос.
— Чем объясняется форма снежинки? Почему она шестиугольная?
— Снежинка — это всего-навсего кристаллик льда. Кристаллическая структура льда имеет гексагональную (то есть шестиугольную) симметрию, проявлением которой и является шестиугольная форма снежинок. Такая же структура, как у льда, известна для гексагонального алмаза — лонсдейлита. В этой структуре каждый атом углерода связан с четырьмя другими атомами углерода и сидит как бы в центре тетраэдра. Угол между связями в такой тетраэдрической конфигурации составляет 109°, что очень близко к углу в молекуле воды — 104°. В структуре льда вместо атомов углерода сидят молекулы воды. Атомы кислорода смотрят на другие четыре атома кислорода. В двух из четырех направлениях у этого кислорода свои атомы водорода. А в двух других этот атом кислорода своими неподеленными (несвязывающими) парами электронов смотрит на атомы водорода чужих молекул — это взаимодействие известно как водородная связь.
В кристаллической структуре льда существуют оси симметрии шестого порядка. К слову, это не простые оси шестого порядка, а винтовые, которые являются сочетанием поворота на 60° с частичным переносом вдоль оси.
— Поговорим про углы. В молекуле воды угол 104,5°. Соответственно, аппроксимировать природе было бы удобно до 120°, тогда была бы трехугольная, или до 90°, — тогда четырехугольная, причем ближе к 90°. Откуда же берутся эти самые 60°?
— Угол в молекуле воды 104° связан с sp3-гибридизацией орбиталей атома кислорода. В идеальном случае sp3-гибридизации четыре электронные пары дают угол 109,5°, типичный для тетраэдра. Если вы берете тетраэдр, в центре него ставите точку, то от этой точки до вершины тетраэдра углы получаются такие же — 109,5°.
В молекуле воды этот угол несколько меньше из-за того, что две из четырех орбиталей являются несвязывающими, а такие орбитали занимают несколько больший объем и давят на связывающие орбитали, делая связи кислород — водород несколько ближе друг к другу. Это простое, в двух словах, объяснение о том, откуда берется угол 104°. Угол в 120° или 60° требовал бы совсем другого характера химической связи, невозможного в молекуле воды. Но такой угол совсем не требуется для гексагональной симметрии.
— Популярный вопрос в Сети: почему не бывает двух одинаковых снежинок? Или это миф?
— Я слышал этот вопрос миллион раз, и он каждый раз вызывает у меня недоумение. Люди это рассматривают как какой-то таинственный парадокс снежинок. Не знаю, кто его придумал, но с какой стати все кристаллы льда должны быть одинаковыми?
Разве что-то во Вселенной бывает абсолютно одинаковым? Не бывает двух одинаковых кристаллов соли, двух одинаковых отпечатков пальцев или двух одинаковых цветочков ромашки. Там, где растет один кристалл и где другой, могут быть разные температурные режимы, разные течения питающего раствора. Они абсолютно одинаковыми и не должны быть. Но они могут быть очень похожими.
— Что еще можно добавить о снежинках из научно-популярных фатов?
— Очень часто, даже как правило, снежинки являются так называемыми скелетными кристаллами. Это само по себе достаточно необычно. Большинство веществ образуют кристаллы, являющиеся выпуклыми многогранниками. А снежинки являются не выпуклыми многогранниками, а, наоборот, выпирают наружу ребра и вершины, а грани являются как бы вдавленными внутрь.
Обычная снежинка выглядит подобно ветке дерева: от ствола отходят ветки, а от них — еще более мелкие ветки. Это фрактальная структура, если хотите. Почему же так происходит в случае снежинок? Обычно скелетные кристаллы образуются при быстрой кристаллизации из сильно пересыщенных растворов или переохлажденных расплавов и газов. То есть такие скелетные формы образуются, когда кристалл растет быстро и пытается дотянуться до максимального количества питательной среды. Если бы кристаллы льда — снежинки — образовывались в более равновесных условиях, то они бы выросли как выпуклые многогранники (и такие кристаллы тоже известны). Но интересно, что в атмосфере, когда идет образование снега, условия не такие — они далеки от равновесных.
— Со снежинками современной науке все предельно ясно и понятно? Ими уже никто не занимается?
— Есть много людей, которые занимаются льдом. Лед вызывает большой интерес у людей, там интересная физика. Про лед можно долго рассказывать — у него есть много полиморфных модификаций, которые образуются, в частности, при высоких давлениях. Там много интересных явлений, таких как аморфизация, вызванная давлением. Если вы берете обычный лед и сдавливаете его при низкой температуре, он вдруг превращается в стеклообразный лед без кристаллической структуры. Это само по себе интересно и не до конца еще понято.
Есть люди, которые всю свою жизнь занимаются льдом и про лед знают всё. Я касался темы льда всего лишь несколько раз в своей жизни. Но мне никогда не было интересно посвящать свою жизнь одному конкретному соединению.
— В науке есть модные темы. И когда они возникают, в эти темы идет огромное число исследователей. Это неплохо само по себе, потому что модными темы становятся не просто так, а потому, что они интересны и многообещающи. Но я всегда сторонился модных тем, если только не видел, что могу в этой моде стать законодателем. Я люблю заниматься теми задачами, где нет толкучки и суеты, и при этом знаю, что могу сдвинуть гору и завтра эта тема станет модной. Как правило, темы, которыми я занимаюсь, вчера еще не были модными, а сегодня или завтра вдруг становятся популярными. Но мне удается избежать толкучки, потому что в этой теме я имею фору по времени.
— Назовите, пожалуйста, сами темы, чтобы было понятно, чем занимается кристаллограф.
Мы, ученые, все разные, и это очень хорошо. Мне кажется, что это и в науке, и в жизни очень важно — быть самим собой. Люди, как правило, сильно недооценивают и не вполне понимают этот принцип. Есть люди, которые считают, что быть собой — это ходить в трусах по улице и красить волосы в фиолетовый цвет, они так самовыражаются. А кто-то считает, что надо быть как другие и не высовываться. Я думаю, оба эти подхода неправильные. Мой принцип такой: знать себя, стараться понять себя и мир, в котором ты живешь, и следовать своим лучшим инстинктам. Развиваться, искать себя, не пытаться кого-то копировать, а стремиться найти свой путь и быть честным по отношению к себе и другим. Это применимо и к науке. Не нужно делать то, что делают все вокруг тебя. Жизнь пройдет, и ты так и не узнаешь, зачем ты ее прожил. Ученый не может себе позволить копировать других. Если ты всегда остаешься самим собой, то и научные задачи у тебя будут свои, и результаты будут свои. Когда человек остается самим собой, он незаменим. Когда же он копирует других, он по определению заменим и не уникален.
Читайте также: