{"id":55195,"date":"2020-01-15T00:00:00","date_gmt":"2020-01-14T21:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/blog_prohoster\/velikaya-teoriya-snezhinok"},"modified":"2020-02-18T14:03:17","modified_gmt":"2020-02-18T11:03:17","slug":"velikaya-teoriya-snezhinok","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/de\/blog\/news\/velikaya-teoriya-snezhinok","title":{"rendered":"Die gro\u00dfe Snowflake-Theorie","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

\"Die
\nIn der zentralen Region Russlands gibt es in diesem Winter wenig Schnee. An einigen Orten ist er zwar gefallen, aber im Januar h\u00e4tte man mit k\u00e4lterem und schneereichen Wetter rechnen k\u00f6nnen. Die triste Grauheit und unangenehme N\u00e4sse tr\u00fcben die Freude an den gewohnten Winterfreuden. Deshalb bietet Cloud4Y an, ein wenig Schnee in unser Leben zu bringen, indem wir \u00fcber\u2026 Schneeflocken sprechen.<\/i><\/a><\/noindex><\/p>\n

Es wird angenommen, dass es Schneeflocken nur in zwei Typen gibt. Einer der Wissenschaftler, der manchmal als \u201eVater\u201c der Schneeflockenphysik bezeichnet wird, hat eine neue Theorie aufgestellt, die den Grund daf\u00fcr erkl\u00e4rt. Kenneth Libbrecht<\/a><\/noindex> ist eine erstaunliche Person, die bereit ist, mitten im Winter Kalifornien zu verlassen, um nach Fairbanks (Alaska) zu reisen, eine warme Jacke anzuziehen und sich in einem gefrorenen Feld mit einer Kamera und einem St\u00fcck Styropor in der Hand zu setzen.<\/p>\n

Warum? Er sucht die funkelndsten, strukturiertesten und sch\u00f6nsten Schneeflocken, die die Natur schaffen kann. Seinen Worten nach neigen die interessantesten Exemplare dazu, an den k\u00e4ltesten Orten zu entstehen \u2013 im ber\u00fcchtigten Fairbanks und im schneebedeckten Norden New Yorks. Der beste Schnee, den Kenneth je gesehen hat, fiel in Cochrane, einem Ort im Nordosten von Ontario, wo ein schwacher Wind die vom Himmel fallenden Schneeflocken wirbelte.<\/p>\n

Fasziniert von der Natur untersucht Libbrecht mit der Hartn\u00e4ckigkeit eines Arch\u00e4ologen sein Styroporbrett. Wenn es dort etwas Interessantes gibt, wird sein Blick unweigerlich darauf fallen. Wenn nicht, wird der Schnee vom Brett gefegt und alles beginnt von vorne. Und das geht stundenlang.<\/p>\n

Libbrecht ist Physiker. Bei einem lustigen Zufall besch\u00e4ftigt sich sein Labor am California Institute of Technology mit der Erforschung der inneren Struktur der Sonne und hat sogar moderne Ger\u00e4te zur Erkennung von Gravitationswellen entwickelt. Doch in den letzten 20 Jahren war Libbrechts wahre Leidenschaft der Schnee \u2013 nicht nur sein Aussehen, sondern auch das, was ihn so aussehen l\u00e4sst. \u201eDie Frage, welche Objekte vom Himmel fallen, wie das geschieht und warum sie so aussehen, besch\u00e4ftigt mich st\u00e4ndig\u201c, gesteht Kenneth.<\/p>\n

\"Die
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\nLange Zeit war es f\u00fcr Physiker ausreichend zu wissen, dass man aus einer Vielzahl winziger Schneekristalle zwei vorherrschende Typen herausnehmen konnte. Einer davon ist der flache Stern mit sechs oder zw\u00f6lf Strahlen, von denen jeder mit atemberaubend sch\u00f6nen Spitzen verziert ist. Der andere ist eine Art miniaturisierte S\u00e4ule, manchmal zwischen flachen \"Deckeln\" eingequetscht, manchmal sieht sie aus wie eine gew\u00f6hnliche Schraube. Diese Formen k\u00f6nnen bei unterschiedlichen Temperaturen und Feuchtigkeiten beobachtet werden, doch der Grund f\u00fcr die Bildung der jeweiligen Form blieb ein R\u00e4tsel. Jahre der Beobachtungen von Libbrecht halfen, den Prozess der Kristallisation von Schneeflocken besser zu verstehen.<\/p>\n

Die Arbeiten von Libbrecht auf diesem Gebiet trugen zur Schaffung eines neuen Modells bei, das erkl\u00e4rt, warum Schneeflocken und andere Schneekristalle entstehen, wie wir sie gewohnt sind. Laut seiner Theorie, ver\u00f6ffentlicht <\/a><\/noindex>im Internet im Oktober 2019, beschreibt sie die Bewegung von Wassermolek\u00fclen nahe dem Gefrierpunkt (Kristallisation) und wie spezifische Bewegungen dieser Molek\u00fcle eine Ansammlung von Kristallen erzeugen k\u00f6nnen, die unter verschiedenen Bedingungen entstehen. In seiner Monografie <\/a><\/noindex>von 540 Seiten beschreibt Libbrecht das gesamte Wissen \u00fcber Schneekristalle.<\/p>\n

Sechszackige Sterne<\/h2>\n

\nSie wissen sicherlich, dass es unm\u00f6glich ist, zwei identische Schneeflocken zu sehen (es sei denn, in der Anfangsphase). Dieses Faktum h\u00e4ngt damit zusammen, wie Kristalle am Himmel gebildet werden. Schnee ist eine Ansammlung von Eiskristallen, die in der Atmosph\u00e4re entstehen und ihre Form beibehalten, wenn sie gemeinsam auf die Erde fallen. Sie bilden sich, wenn die Atmosph\u00e4re kalt genug ist, um eine Verschmelzung oder ein Schmelzen und die Umwandlung in nassen Schnee oder Regen zu verhindern.<\/p>\n

Obwohl innerhalb einer Wolke zahlreiche Temperaturen und Feuchtigkeitsstufen gemessen werden k\u00f6nnen, werden diese Variablen f\u00fcr eine einzelne Schneeflocke konstant sein. Deshalb w\u00e4chst eine Schneeflocke oft symmetrisch. Andererseits ist jede Schneeflocke den Einfl\u00fcssen von Wind, Sonnenlicht und anderen Faktoren ausgesetzt. Im Grunde genommen unterliegt jeder Kristall dem Chaos der Wolke und nimmt deshalb unterschiedliche Formen an.<\/p>\n

Laut einer Studie von Libbrecht sind die fr\u00fchesten \u00dcberlegungen zu diesen filigranen Formen 135 v. Chr. in China dokumentiert. \u201eDie Bl\u00fcten von Pflanzen und B\u00e4umen sind in der Regel f\u00fcnfstrahlig, aber die Bl\u00fcten des Schnees sind immer sechsstrahlig\u201c, schrieb der Wissenschaftler Han Yin. Der erste Wissenschaftler, der versuchte zu verstehen, warum das so ist, war vermutlich Johannes Kepler, ein deutscher Wissenschaftler und Gelehrter.<\/p>\n

Im Jahr 1611 machte Kepler seinem Schutzherrn, dem Kaiser des Heiligen R\u00f6mischen Reiches Rudolf II., ein Neujahrsgeschenk: einen kleinen Traktat <\/a><\/noindex>mit dem Titel \u201e\u00dcber die sechseckigen Schneeflocken\u201c. <\/p>\n

\u201eIch \u00fcberquere die Br\u00fccke, von Scham geplagt \u2013 ich habe dich ohne Neujahrsgeschenk gelassen! Und hier bietet sich mir eine g\u00fcnstige Gelegenheit! Der Wasserdampf, der durch die K\u00e4lte zu Schnee wird, f\u00e4llt als Schneeflocken auf meine Kleidung, alle, wie eine, sechseckig mit flauschigen Strahlen. Bei Herkules, das ist das, was weniger ist als jeder Tropfen, hat eine Form und kann als lang erwartetes Neujahrsgeschenk f\u00fcr einen Liebhaber des Nichts dienen und ist f\u00fcr einen Mathematiker, der mit Nichts ausgestattet ist und Nichts erh\u00e4lt, w\u00fcrdig, da es vom Himmel f\u00e4llt und die \u00c4hnlichkeit eines sechseckigen Sterns in sich birgt!\u201c.<\/p><\/blockquote>\n

\u201eEs muss einen Grund geben, warum Schnee die Form eines sechseckigen Sterns hat. Das kann kein Zufall sein\u201c, war sich Johannes Kepler sicher. Vielleicht erinnerte er sich an einen Brief von seinem Zeitgenossen Thomas Harriot, einem englischen Wissenschaftler und Astronomen, der ebenfalls als Navigator f\u00fcr die Erforscher Sir Walter Raleigh gearbeitet hatte. Um 1584 suchte Harriot nach der effizientesten M\u00f6glichkeit, Kanonenkugeln auf den Decks von Raleighs Schiffen zu lagern. Harriot stellte fest, dass sechseckige Muster die beste M\u00f6glichkeit sind, Kugeln anzuordnen, und er diskutierte diese Frage in seiner Korrespondenz mit Kepler. Kepler fragte sich, ob \u00c4hnliches in Schneeflocken geschieht und durch welches Element diese sechs Strahlen entstehen und gehalten werden. <\/p>\n

Die Formen der Schneeflocken<\/b>\"Die
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\n\"Die
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\nKann man sagen, dass dies ein grundlegendes Verst\u00e4ndnis der Prinzipien der Atomphysik war, \u00fcber die erst in 300 Jahren gesprochen werden wird. Tats\u00e4chlich neigen Wassermolek\u00fcle mit ihren zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom dazu, sich zusammenzuschlie\u00dfen und hexagonale Anordnungen zu bilden. Kepler und seine Zeitgenossen hatten noch nicht im Geringsten eine Vorstellung davon, wie wichtig das ist.<\/p>\n

Wie Physiker sagen, k\u00f6nnen wir durch Wasserstoffbr\u00fccken und die Wechselwirkungen zwischen Molek\u00fclen die offene kristalline Struktur beobachten. Neben der F\u00e4higkeit, Schneeflocken zu z\u00fcchten, macht die hexagonale Struktur Eis weniger dicht als Wasser, was enorme Auswirkungen auf die Geochemie, Geophysik und das Klima hat. Mit anderen Worten, wenn Eis nicht schwimmen w\u00fcrde, w\u00e4re Leben auf der Erde unm\u00f6glich.<\/p>\n

Aber nach dem Keplerschen Vertrag wurde die Beobachtung von Schneeflocken eher zu einem Hobby als zu einer ernsthaften Wissenschaft. In den 1880er Jahren begann ein amerikanischer Fotograf namens Wilson Bentley, der in der kalten, st\u00e4ndig schneebedeckten kleinen Stadt Jericho (Vermont, USA) lebte, mit Fotoplatten Fotos von Schneeflocken zu machen. Er schuf \u00fcber 5000 Fotos, bevor er an einer Lungenentz\u00fcndung starb.<\/p>\n

\"Die
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\nSp\u00e4ter, in den 1930er Jahren, begann der japanische Forscher Ukichiro Nakaya mit der systematischen Untersuchung verschiedener Arten von Schneekristallen. In der Mitte des Jahrhunderts z\u00fcchtete Nakaya Schneeflocken im Labor, indem er einzelne Haarstr\u00e4hnen von Kaninchen in einen gek\u00fchlten Raum stellte. Er experimentierte mit Luftfeuchtigkeit und Temperatur, z\u00fcchtete die Haupttypen von Kristallen und stellte seinen originalen Katalog m\u00f6glicher Formen zusammen. Nakaya entdeckte, dass Sternschneeflocken bei -2 \u00b0C und -15 \u00b0C entstehen. S\u00e4ulen bilden sich bei -5 \u00b0C und etwa -30 \u00b0C. <\/p>\n

Hier ist es wichtig zu beachten, dass bei Temperaturen um -2 \u00b0C d\u00fcnne pl\u00e4ttchenf\u00f6rmige Schneeflocken erscheinen, bei -5 \u00b0C bilden sie d\u00fcnne S\u00e4ulen und Nadeln, und wenn die Temperatur auf -15 \u00b0C abf\u00e4llt, werden sie zu wirklich d\u00fcnnen Platten, w\u00e4hrend sie bei Temperaturen unter -30 \u00b0C wieder zu dickeren S\u00e4ulen zur\u00fcckkehren.<\/p>\n

\"Die
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\nBei niedriger Luftfeuchtigkeit bilden Sternschneeflocken mehrere \u00c4ste und erinnern an hexagonale Platten, w\u00e4hrend sie bei hoher Luftfeuchtigkeit ausgefallener und spitz zulaufend werden.<\/p>\n

Nach Libbrecht sind die Gr\u00fcnde f\u00fcr das Erscheinen verschiedener Formen von Schneeflocken gerade durch Nakayas Arbeit klarer geworden. Es wurde festgestellt, dass Schneekristalle in flache Sterne und Platten (nicht in dreidimensionale Strukturen) umgewandelt werden, wenn die R\u00e4nder schnell nach au\u00dfen wachsen, w\u00e4hrend die Fl\u00e4chen langsam nach oben wachsen. D\u00fcnne S\u00e4ulen wachsen anders, mit schnell wachsenden Fl\u00e4chen und langsamer wachsenden R\u00e4ndern.<\/p>\n

Gleichzeitig bleiben die grundlegenden Prozesse, die entscheidend daf\u00fcr sind, ob eine Schneeflocke zu einem Stern oder einer S\u00e4ule wird, unklar. Vielleicht liegt das Geheimnis in den Temperaturbedingungen. Und Libbrecht versuchte, eine Antwort auf diese Frage zu finden.<\/p>\n

Rezept f\u00fcr die Schneeflocke<\/h2>\n

\nZusammen mit seinem kleinen Team von Forschern versuchte Libbrecht, ein Rezept f\u00fcr die Schneeflocke zu entwickeln. Das hei\u00dft, eine Art von Gleichungen und Parametern, die man in einen Computer laden kann, um vom KI eine wunderbare Vielfalt an Schneeflocken zu erhalten.<\/p>\n

Kenneth Libbrecht begann seine Forschungen vor zwanzig Jahren, als er von einer exotischen Form der Schneeflocke erfuhr, die als geschlossene S\u00e4ule bezeichnet wird. Sie \u00e4hnelt einer Spule oder zwei R\u00e4dern mit einer Achse. Im Norden des Landes geboren, war er schockiert, dass er so eine Schneeflocke nie gesehen hatte.<\/p>\n

Beeindruckt von den unendlichen Formen von Schneekristallen, begann er mit der Untersuchung<\/a><\/noindex> ihrer Natur und gr\u00fcndete ein Labor zur Z\u00fcchtung von Schneeflocken. Die Ergebnisse jahrelanger Beobachtungen halfen, ein Modell zu erstellen, das der Autor selbst als bahnbrechend erachtet. Er schlug die Idee der molekularen Diffusion basierend auf Oberfl\u00e4chenenergie vor. Diese Idee beschreibt, wie das Wachstum eines Schneekristalls von den Anfangsbedingungen und dem Verhalten der Molek\u00fcle abh\u00e4ngt, die ihn bilden.<\/p>\n

\"Die
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\nStellen Sie sich vor, dass die Wassermolek\u00fcle frei angeordnet sind, w\u00e4hrend die Wassertr\u00f6pfchen beginnen, zu gefrieren. Wenn man sich in einer winzigen Beobachtungsstelle befinden k\u00f6nnte und diesen Prozess beobachten w\u00fcrde, k\u00f6nnte man sehen, wie die gefrorenen Wassermolek\u00fcle beginnen, ein starres Gitter zu bilden, in dem jedes Sauerstoffatom von vier Wasserstoffatomen umgeben ist. Diese Kristalle wachsen, indem sie Wassermolek\u00fcle aus der umgebenden Luft in ihre Struktur aufnehmen. Sie k\u00f6nnen in zwei Hauptrichtungen wachsen: nach oben oder nach au\u00dfen.<\/p>\n

Ein d\u00fcnner, flacher Kristall (plattig oder sternf\u00f6rmig) entsteht, wenn die Kanten schneller wachsen als die beiden Fl\u00e4chen des Kristalls. Der wachsende Kristall breitet sich nach au\u00dfen aus. Wenn jedoch die Fl\u00e4chen schneller wachsen als die Kanten, wird der Kristall h\u00f6her und bildet eine Nadel, eine hohle S\u00e4ule oder einen Stab.<\/p>\n

Seltene Formen von Schneeflocken<\/b>\"Die
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\nEin weiterer Punkt. Achten Sie auf das dritte Foto, das Libbrecht in Nordontario aufgenommen hat. Dies ist ein Kristall mit \u201egeschlossenen S\u00e4ulen\u201c \u2013 zwei Platten, die an den Enden eines dicken s\u00e4ulenf\u00f6rmigen Kristalls befestigt sind. In diesem Fall ist jede Platte in ein Paar deutlich d\u00fcnnerer Platten unterteilt. Achten Sie auf die R\u00e4nder, Sie werden sehen, wie sich die Platte in zwei teilt. Die Kanten dieser beiden d\u00fcnnen Platten sind etwa so scharf wie eine Rasierklinge. Die Gesamtl\u00e4nge der eisernen S\u00e4ule betr\u00e4gt etwa 1,5 mm.<\/p>\n

Laut Librechts Modell kondensiert der Wasserdampf zuerst an den Ecken des Kristalls und verbreitet sich dann (diffundiert) entweder zur Kante des Kristalls oder zu seinen Fl\u00e4chen, wodurch der Kristall entweder nach au\u00dfen oder nach oben w\u00e4chst. Welcher dieser Prozesse \u201egewinnt\u201c, h\u00e4ngt haupts\u00e4chlich von der Temperatur ab.<\/p>\n

Es ist zu beachten, dass das Modell \u201ehalbempirisch\u201c ist. Das bedeutet, dass es teilweise so konstruiert ist, dass es dem Geschehen entspricht, anstatt die Prinzipien des Wachstums von Schneekristallen zu erkl\u00e4ren. Die Instabilit\u00e4ten und Wechselwirkungen zwischen den unz\u00e4hligen Molek\u00fclen sind zu komplex, um sie vollst\u00e4ndig zu enth\u00fcllen. Es bleibt jedoch die Hoffnung, dass Librechts Ideen als Grundlage f\u00fcr ein umfassendes Modell der Dynamik des Eiswachstums dienen, das durch detailliertere Messungen und Experimente ausgearbeitet werden kann.<\/p>\n

Man sollte nicht denken, dass diese Beobachtungen nur f\u00fcr einen engen Kreis von Wissenschaftlern von Interesse sind. \u00c4hnliche Fragen tauchen in der Physik der kondensierten Materie und in anderen Bereichen auf. Molek\u00fcle von Medikamenten, Halbleiterchips f\u00fcr Computer, Solarzellen und viele andere Branchen sind auf hochwertig gewachsene Kristalle angewiesen, und ganze Gruppen besch\u00e4ftigen sich mit deren Z\u00fcchtung. So k\u00f6nnen die von Libbrecht geliebten Schneekristalle durchaus der Wissenschaft zugutekommen.<\/p>\n

Was gibt es noch N\u00fctzliches im Blog zu lesen Cloud4Y<\/a><\/noindex><\/b><\/p>\n

\u2192 Salzige Sonnenenergie<\/a><\/noindex>
\n\u2192 Pentester an der Front der Cybersicherheit<\/a><\/noindex>
\n\u2192 Startups, die \u00fcberraschen k\u00f6nnen<\/a><\/noindex>
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\n\u2192 Brauchen Rechenzentren Kissen?<\/a><\/noindex><\/p>\n

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Quelle: habr.com<\/a><\/p>","protected":false,"gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"html"}]},"excerpt":{"rendered":"

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