雪花设计师:实验室里的科学艺术家

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【大纪元2021年01月17日讯】(大纪元记者张妮编译报导)加州理工学院物理系的利布布雷希特(Kenneth Libbrecht)在实验室设置了一套培育雪花的装置,通过调整各项条件,设计出各种形态的雪花,他说仿佛体验到“魔术师般的乐趣”。

近期接受美国新闻和娱乐网站salon.com采访时利布布雷希特介绍说,一个偶然的机会,他发现一种“杠铃”形态的雪花让他惊叹不已,这让他对雪花开始着迷,想利用他的专业知识和实验室的设备,研究各种自然条件究竟如何影响着雪花的形态。

就像世界上不存在任何两片完全相同的树叶一样,世界上也没有两片完全一样的雪花。人们熟悉的雪花多数是六角形的。利布布雷希特发现了一种奇特的雪花,长得像“连着两个轮子的车轴”。

中间的“车轴”是六角棱柱体,也像一支六角形铅笔的笔杆。研究显示,在空气中21华氏度的条件下形成中间的棱柱体,空气温度5华氏度的时候形成两边的“车轮”。

利布布雷希特说:“在野外的环境里很难找到一片完美的雪花。环境很恶劣,有风、有四处乱蹦的各种杂质粒子,雪花的晶粒之间还会相撞,所以它们都被撞得不成样子了,一般很难形成大片、形状对称的雪花。”

利布布雷希特说,雪花的形态受到太多复杂的因素牵制,即使在完全一样的外在条件下,由于微观条件的不同,仍然产生不同的形状。“这太有趣了,不知道是谁负责在云层中设计雪花的形状,让它们如此多样和随性?”

他提到其它研究已经发现一个规律,随着温度的降低,雪花的形状不断地在片状和柱状之间变换:刚低于冰点的时候是片状,温度再低一些变成柱状,再低一些又变成片状,更低一些又变成柱状。为什么雪花具有这样的特点,75年来这仍然是个谜。

研究雪花的形状没有太多实际的用途,所以这项研究没有得到任何拨款资助。利布布雷希特打趣说,每次演讲这个话题的时候,他都会告诉听众,这不来自于纳税人的钱。

他用一个冰箱先产生一些漂浮在空气中的微小的雪花晶体,直径大约相当于人类的一根头发,之后抽取部分空气,让这些晶体粘在一片玻璃上,将这片玻璃放在显微镜下,向它们吹入潮湿的空气,通过显微镜看着这些晶体长成各式各样的雪花。

这一系列操作中,冷空气和玻璃片的温度、吹入空气的湿度等这些影响雪花形状的条件,都设计成通过旋钮可以调节,由此通过电子仪器控制雪花的培育。

有的时候,他按照计划控制所有的条件,生成设计的雪花形状,有的时候,随意搭配这些条件,比如让雪花在零下15度的条件下长一会,然后再降温至零下17度再观察它的变化。大约半小时到一个小时能够长成一片雪花。

利布布雷希特说,这套设备除了研究的用途,更多的是体验像艺术家创作一样的乐趣。他的部分目标是为了设计出各种奇特形态的雪花。◇

责任编辑:朱涵儒

 

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