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雪花設計師:實驗室里的科學藝術家

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加州理工學院物理系的利布布雷希特(Kenneth Libbrecht)在實驗室設置了一套培育雪花的裝置,通過調整各項條件,設計出各種形態的雪花,他說仿佛體驗到「魔術師般的樂趣」。

近期接受美國新聞和娛樂網站salon.com採訪時利布布雷希特介紹說,一個偶然的機會,他發現一種「槓鈴」形態的雪花讓他驚嘆不已,這讓他對雪花開始著迷,想利用他的專業知識和實驗室的設備,研究各種自然條件究竟如何影響著雪花的形態。

就像世界上不存在任何兩片完全相同的樹葉一樣,世界上也沒有兩片完全一樣的雪花。人們熟悉的雪花多數是六角形的。利布布雷希特發現了一種奇特的雪花,長得像「連著兩個輪子的車軸」。

中間的「車軸」是六角稜柱體,也像一支六角形鉛筆的筆桿。研究顯示,在空氣中21華氏度的條件下形成中間的稜柱體,空氣溫度5華氏度的時候形成兩邊的「車輪」。

利布布雷希特說:「在野外的環境裡很難找到一片完美的雪花。環境很惡劣,有風、有四處亂蹦的各種雜質粒子,雪花的晶粒之間還會相撞,所以它們都被撞得不成樣子了,一般很難形成大片、形狀對稱的雪花。」

利布布雷希特說,雪花的形態受到太多複雜的因素牽制,即使在完全一樣的外在條件下,由於微觀條件的不同,仍然產生不同的形狀。「這太有趣了,不知道是誰負責在雲層中設計雪花的形狀,讓它們如此多樣和隨性?」

他提到其它研究已經發現一個規律,隨著溫度的降低,雪花的形狀不斷地在片狀和柱狀之間變換:剛低於冰點的時候是片狀,溫度再低一些變成柱狀,再低一些又變成片狀,更低一些又變成柱狀。為什麼雪花具有這樣的特點,75年來這仍然是個謎。

研究雪花的形狀沒有太多實際的用途,所以這項研究沒有得到任何撥款資助。利布布雷希特打趣說,每次演講這個話題的時候,他都會告訴聽眾,這不來自於納稅人的錢。

他用一個冰箱先產生一些漂浮在空氣中的微小的雪花晶體,直徑大約相當於人類的一根頭髮,之後抽取部分空氣,讓這些晶體粘在一片玻璃上,將這片玻璃放在顯微鏡下,向它們吹入潮濕的空氣,通過顯微鏡看著這些晶體長成各式各樣的雪花。

這一系列操作中,冷空氣和玻璃片的溫度、吹入空氣的濕度等這些影響雪花形狀的條件,都設計成通過旋鈕可以調節,由此通過電子儀器控制雪花的培育。

有的時候,他按照計劃控制所有的條件,生成設計的雪花形狀,有的時候,隨意搭配這些條件,比如讓雪花在零下15度的條件下長一會,然後再降溫至零下17度再觀察它的變化。大約半小時到一個小時能夠長成一片雪花。

利布布雷希特說,這套設備除了研究的用途,更多的是體驗像藝術家創作一樣的樂趣。他的部分目標是為了設計出各種奇特形態的雪花。◇

責任編輯: 夏雨荷   來源:大紀元 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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