今年冬天，俄罗斯中部地区的积雪还不够。 当然，在某些地方他跌倒了，但是在一月的月份中，人们可能会遇到更多的霜冻和大雪天气。 暗淡的灰色和令人不快的雪泥使得难以感受到通常冬天乐趣的乐趣。 因此，Cloud4Y建议通过谈论...雪花为我们的生活增添些雪。 可以相信只有两种类型的雪花。 一位有时被称为雪花物理学的“父亲”的科学家，有了一个新的理论来解释其原因。
肯尼斯·利布布雷希特 （
Kenneth Libbrecht）是一位了不起的人，他准备在冬季中旬离开阳光普照的南加州，前往费尔班克斯（阿拉斯加），穿上保暖外套，坐在冰冻的野外，手中拿着照相机和一块泡沫。
怎么了 他正在寻找自然界可以创造的最闪闪发光，最纹理，最美丽的雪花。 据他介绍，最有趣的模式往往在最寒冷的地方形成-臭名昭著的费尔班克斯和纽约北部多雪的地区。 肯尼斯（Kenneth）观测到的最好的降雪是在安大略省东北部的科克伦（Cochrane），那里一阵轻风盘旋着从天而降的雪花。
利勃布雷希特（Libbrecht）着迷于元素，并因考古学家的固执而研究了他的泡沫板。 如果那里有有趣的东西，外观肯定会流行起来。 如果不是这样，雪就会从板上扫过，一切都会重新开始。 它持续数小时。
利布布雷希特是物理学家。 碰巧的是，他在加州理工学院的实验室一直在研究太阳的内部结构，甚至还开发了用于检测引力波的先进仪器。 但是在最近的20年中，利布布雷特（Libbrecht）的真正热情一直是雪-不仅是雪的外观，还有雪的外观。 肯尼斯承认：“什么样的物体从天上掉下来，如何发生以及为什么看起来像这样的问题一直困扰着我。”
长期以来，物理学家已经掌握了足够的知识，可以在许多微小的雪晶中区分出两种主要的雪晶。 其中之一是有六到十二条射线的扁平星，每条射线都饰有令人眼花beautiful乱的美丽花边。 另一种是微型柱，有时夹在扁平的“盖”之间，有时类似于常规螺栓。 可以在不同的温度和湿度下看到这些形式，但是形成一种或另一种形式的原因是个谜。 多年来对Libbrecht的观察有助于更好地了解雪花的结晶过程。
Libbrecht在这一领域的工作帮助创建了一个新模型，该模型解释了为什么雪花和其他雪晶形成了我们惯常看到的东西。 根据他于2019年10月在互联网上
发布的理论，它描述了水分子在凝固点附近的运动（结晶），以及这些分子的特定运动如何引起一系列在不同条件下形成的晶体。 Libbrecht在其540页的
专着中描述了雪晶的所有知识。
六颗尖星
您当然知道，不可能看到两个相同的雪花（在原始阶段除外）。 这个事实与天空中晶体的形成有关。 雪是在大气中形成的冰晶的堆积，当它们全部落到地球上时便保持其形状。 它们在大气温度足够低以防止合并或融化并变成潮湿的雪或雨时形成。
尽管可以在单个云中记录许多温度和湿度水平，但是对于单个雪花，这些变量将是恒定的。 这就是为什么雪花经常对称地生长的原因。 另一方面，每个雪花都暴露于风，日光和其他因素的影响。 实际上，每种晶体都容易受云层混乱的影响，因此具有多种形式。
根据利伯布雷希特（Libbrecht）的一项研究，最早对这些精致形式的反映是在公元前135年。 在中国。 科学家韩茵写道：“植物和树木的花朵通常是五角形的，而雪花总是六角形的。” 第一位试图弄清楚为什么会发生这种情况的科学家可能是德国科学家兼学者约翰尼斯·开普勒。
1611年，开普勒（Kepler）向其赞助人神圣罗马皇帝鲁道夫（Rudolph II）赠送了新年礼物：一份名为“六角雪花”的小
论文 。
“我羞愧地过了桥-我没有新年礼物就离开了你！ 在这里，一个好机会来到了我！ 水蒸气从雪中的寒冷中增稠，使雪花落在我的衣服上，全部呈六边形，呈六边形，带有蓬松的射线。 我向赫拉克勒斯发誓，那东西比任何水滴都小，具有一定的形状，可以作为期待已久的新年礼物送给虚无的情人，并且值得一个没有虚无却什么也得不到的数学家，因为他从天上掉下来，掩盖了六角形恒星的相似之处！”
“雪一定有一个六边形星状的原因。 这绝非偶然，”约翰内斯·开普勒（Johannes Kepler）确信。 也许他还记得他当代的托马斯·哈里奥特（Thomas Harriot）的一封信，他是一位英国科学家和天文学家，他也曾设法担任探险家沃尔特·罗利爵士的导航员。 在1584年左右，哈里奥特（Harriot）一直在寻找最有效的方法来在罗利的船甲板上堆放炮弹。 Harriot发现六角形图案似乎是排列球体的最佳方法，他在开普勒的书信中讨论了这个问题。 开普勒想知道雪花中是否正在发生这样的事情，这要归功于这六种射线的出现并保持住了。
可以说，这是对原子物理学原理的初步理解，将仅在300年后进行讨论。 实际上，具有两个氢原子和一个氧的水分子往往会结合在一起形成六边形阵列。 开普勒和他的同时代人甚至没有意识到这是多么重要。
正如物理学家所说，由于氢键和分子之间的相互作用，我们可以观察到开放的晶体结构。 除了能够生长雪花之外，六边形结构还使冰的密度低于水，从而对地球化学，地球物理学和气候产生了巨大影响。 换句话说，如果冰不游动，地球上的生命将是不可能的。
但是，在开普勒（Kepler）发表论文后，观察雪花更多的是业余爱好，而不是一门严肃的科学。 在1880年代，一位名叫威尔逊·本特利（Wilson Bentley）的美国摄影师生活在寒冷，多雪的杰里科小镇（美国佛蒙特州），开始用照相底片照相雪花。 在肺炎去世之前，他设法制作了5000多张照片。
甚至在1930年代，日本研究员中谷宇一郎（Ukichiro Nakaya）也开始对各种类型的雪晶进行系统的研究。 在本世纪中叶，Nakaya在实验室中使用放在冷藏室中的分开的兔毛种植了雪花。 他摸索着湿度和温度设置，生长出主要的晶体类型，然后将其原始的可能形状目录汇总在一起。 Nakaya发现星状雪花往往在-2°C和-15°C下形成。 柱在-5°C和约-30°C下形成。
重要的是要注意，在大约-2°C的温度下会出现薄板状的雪花，在-5°C时它们会形成薄的圆柱和针状结构，当温度降至-15°C时，它们会变成真正的薄板，而在较低的温度下30°C后，它们返回较粗的色谱柱。
在低湿度条件下，星状雪花形成多个分支并类似于六角形板，但在高湿度下，它们会变得更加复杂，呈花边状。
根据Libbrecht的说法，正是由于Nakai的工作，出现了各种形式的雪花的原因才变得更加清楚。 人们发现，当边缘迅速向外生长且面孔逐渐长大时，雪晶变成扁平的星状和板状（而不是三维结构）。 细圆柱体的生长方式有所不同，面的增长速度快，而边缘的增长速度则更慢。
同时，影响雪花变成星星还是圆柱的主要过程仍然不清楚。 也许秘密隐藏在温度条件下。 Libbrecht试图找到这个问题的答案。
雪花食谱
Libbrecht和他的小型研究人员团队正在尝试提出雪花食谱。 也就是说，可以下载到计算机并从AI接收大量雪花的一组特定的方程式和参数。
肯尼斯·利布布雷希特（Kenneth Libbrecht）于20年前开始研究，学习了异国情调的雪花形式，即封闭圆柱。 它看起来像一个线轴或两个轮子和一个轴。 生于该国北部，他为从未见过如此雪花而感到震惊。
受无尽形式的雪晶的打击，他开始
研究它们的性质，建立了一个生长雪花的实验室。 多年观察的结果有助于创建一个模型，作者本人认为这是一个突破。 他提出了基于表面能的分子扩散思想。 这个想法描述了雪晶的生长如何取决于初始条件和形成雪晶的分子的行为。
想象一下，由于水蒸气刚刚开始冻结，水分子自由定位。 如果您可以在一个很小的天文台内观察这一过程，那么您会看到冷冻水分子如何开始形成一个刚性晶格，其中每个氧原子被四个氢原子包围。 这些晶体通过将周围空气中的水分子掺入其结构中而生长。 它们可以在两个主要方向上生长：向上或向外生长。
当边缘的形成速度快于晶体的两个面时，就会形成薄的扁平晶体（层状或星形）。 生长的晶体将向外扩散。 但是，当其面的生长快于其边缘的生长时，晶体会变得更高，从而形成针状，空心柱状或棒状。
另一刻。 请注意第三张Libbrecht在安大略北部拍摄的照片。 这是一个“封闭柱”晶体，两个板连接到一个厚柱状晶体的末端。 在这种情况下，每个板都分成一对薄得多的板。 仔细看一下边缘，您将看到盘子是如何分成两部分的。 这两个薄板的边缘大约与剃须刀一样锋利。 冰柱的总长度为约1.5mm。
根据Libbrecht模型，水蒸气首先沉积在晶体的各个角落，然后沿表面扩散（扩散）到晶体的边缘或表面，导致晶体向外或向上生长。 这些过程中哪个“获胜”主要取决于温度。
应当指出，该模型是半经验的。 也就是说，它被部分构造以便与正在发生的事情相对应，并且不解释雪花生长的原理。 无数分子之间的不稳定性和相互作用太复杂而无法完全发现。 然而，人们仍然希望利伯布雷希特的思想将成为建立冰生长动力学综合模型的基础，该模型可以使用更详细的测量和实验进行详细描述。
不要认为这些观察结果对一小撮科学家感兴趣。 在凝聚态物理和其他领域也出现了类似的问题。 药物分子，计算机，太阳能电池和许多其他行业的半导体芯片都依赖于高质量的晶体，并且整个团队都在研究如何生长它们。 因此，利勃布雷特（Libbrecht）倍受喜爱的雪花很可能有益于科学。
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