雪花的秘密

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每一片從空中飄落的雪花，都經歷過如此奇妙的生長過程。

如果有足夠細膩的情感和觀察力，你便能看到這個世界不輕易示人的美好。

加州理工學院物理學教授 Kenneth G . Libbrecht 是一位重度「雪花患者」，他對雪花的迷戀已持續了20多年！先來看看教授眼裡的雪花吧。

本文所有圖片均已獲得 Professor Libbrecht 的授權

盯著一片兒雪花看，你會為它的迷之精巧與迷之對稱所傾倒。

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給雪花晶體加上不同顏色的背景，並用彩色光線照射，玲瓏剔透的冰花便呈現出驚艷的視覺效果。

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也有骨骼清奇、放浪形骸的：

水邊城市的倒影

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凳子上倒扣一個桌子

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發光二極體？

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阿門……

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天然的雪花遠不能滿足Libbrecht教授的需求，教授用實際行動向我們詮釋了重度痴迷者的最高境界。

他不但跑遍全國各地拍攝雪花，還在實驗室里雕刻雪花，並自豪地稱之為新的冰雕藝術。

腦補一下，畫面是這樣的：

而實際上是這樣噠！

這是實驗室中雪花晶體生長過程：

水蒸氣在藍寶石基板上遇冷凝結成小水珠，就像我們對著一塊冰涼的玻璃哈氣，玻璃上會形成一層薄霧一樣。

而冰晶生成時，會吸走周圍的水氣，所以看起來晶體的觸角向哪裡生長，哪裡的水珠就向後「退卻」。

而實際上，雪花晶體是直接由水蒸氣凝結而成的，中間沒有經歷水蒸氣變成水珠這一環節。

因為越靠近冰晶的地方水氣越稀薄，所以水氣是朝著冰晶移動的。迎面而來的水分子會先遇到冰晶的凸出部分，並在這裡凝華，於是冰晶的凸起將率先迅速生長，最終形成枝叉狀。

經過數碼後期處理，替換掉有水珠的部分，便可以得到這樣富有科幻既視感的畫面：

晶體生成的過程是複雜的，但人們通過實驗摸索到了大致的輪廓。如果沒有外界干擾，分子結晶的過程是以耗能最低的方式自發進行的。

因為粗糙的表面有更多的可結合化學鍵，使得水分子更容易依附，所以不平整的表面最終都會被填平，由此形成了雪花晶體光滑的多面形結構。

因為溫度和濕度不受控制，所以自然生成的雪花實際上是千奇百怪的，譬如這位：

它很可能是在-7℃的環境里出生，然後漫無目的地在空中遊盪，不料進入了-15℃的溫度範圍，只好入鄉隨俗，在兩端又長出兩個帽子來。

然而，在實驗室里「冰雕大師」卻得以大顯神通。通過不同的溫、濕度組合，可以有效地控制雪花晶體的生長。

一般來說單個晶體需要15到20分鐘長成，但很顯然，教授很享受這個過程，於是常常放任它們生長好幾個小時。於是，各種各樣精美複雜的雪花就這樣被雕刻出來了。

在實驗室里，甚至可以得到兩個幾乎長的一樣的「雙胞胎」雪花。

當然，差異還是有的，右側的那個明顯沒長「心眼」。

世界上沒有兩片完全一樣的雪花。

地球上最早發現雪花晶體結構的是中國人。公元前150年左右，漢文帝時期的博士韓嬰在《韓詩外傳》中這樣寫道：

「凡草木花多五齣，雪花多六齣，其數屬陰也。」

唐代高駢的《對雪詩》中，亦有：

「六齣飛花入戶時，坐看青竹變瓊枝。」

在西方，直到1591年英國天文學家托馬斯·哈里奧特才發現這個奧秘。

而首次將雪花晶體的六邊對稱結構作為一種理論來研究的則是德國物理學家約翰尼斯·開普勒

沒錯，就是那位發現了行星運動三大規律的天才開普勒。

1611年，開普勒寫了一篇名為《六角形的雪》的論文，並把它作為新年禮物，送給了當時給他開工資的老闆——羅馬皇帝魯道夫二世。

當時人們認為，雪花和所有的花一樣是有生命的，它的六瓣花形狀是由它的靈魂決定的。（也是非常浪漫了）

開普勒批駁了這一說法。他從加農炮彈珠很容易被堆壘成六邊對稱形的特性，推想到雪花也是由許多小球體緊密堆積而成的。

他敏銳地意識到雪花晶體的六邊對稱結構是一個非常值得探究的科學問題。只是當時原子學說還沒有面世，他也只能在論文的末尾無奈地承認「當代的科學理論還不能解釋這個問題。」

1864年的一天，來自美國緬因州的弗朗西斯·查克林夫人坐在家裡盯著窗外紛飛的大雪發獃。她把目光落向窗檯，發現幾片新飄落的雪花立在毛茸茸的雪裡，心生好奇，湊上去觀看。

雪花精巧絕倫的形狀驚到了她，她趕快拿來紙筆，把它們畫了下來，並隨後用白紙剪出了雪花的形狀。

弗朗西斯夫人的這一動作迅速發展成不可收拾的愛好，於是便天天盼著下雪，好記錄雪花，最終竟積累出了一本風靡一時的書《Cloud Crystal: A Snow-Flake Album》（雲晶：雪花專輯）。

這可能是世界上最早的雪花剪紙作品了。

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來自美國佛蒙特州的一個偏遠小鎮上的農民威爾遜·本特利（Wilson Bentley）是世界上第一位拿起相機記錄雪花影像的人。

威爾遜19歲時在母親的支持下買了一台相機，並把它和自己平時用來觀察雪花的顯微鏡組裝在一起。

1885年冬天，歷史上第一張雪花晶體的照片在威爾遜的奇思妙想下誕生了。

在冬天農閑時拍攝雪花成了威爾遜最大的樂趣，而少年時發明的「顯微照相機」也陪伴了他隨後46年的農場生活。

威爾遜的一生記錄了超過5000朵雪花晶體的影像，感謝這位平凡的農民，讓我們得以看到130年前的雪花。

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迄今為止有記錄的最大雪晶單體直徑達到10.1毫米。顯微鏡的視野都容不下它，攝影師只得將其分成四個部分拍攝，然後後合成整體。

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一般情況下雪花晶體的尺寸要小得多，同一枚硬幣對比可見端倪。（最下面只露出一半的便是那片巨無霸雪花）

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而最小的雪花，直徑不過0.05毫米，那是一根頭髮絲的尺寸。

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這些細微而美好的事物，被世界上絕大多數的人忽略了。然而它們也撐起了另一些人大半生的快樂。

快樂，並不是一種很奢侈的東西，關鍵是要知道往哪裡找尋。

【地球旅客】

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