Tsis muaj daus txaus nyob rau hauv nruab nrab ntawm Russia lub caij ntuj no. Nws poob rau qee qhov chaw, tau kawg, tab sis thaum Lub Ib Hlis ib qho tuaj yeem xav tias yuav muaj huab cua txias dua thiab daus. Npub greyness thiab tsis kaj siab slush tiv thaiv koj los ntawm kev zoo siab ntawm kev lom zem lub caij ntuj no ib txwm. Yog vim li cas Cloud4Y thov kom ntxiv me ntsis daus rau hauv peb lub neej los ntawm kev tham txog ... snowflakes.
Nws ntseeg hais tias tsuas muaj ob hom snowflakes. Thiab ib tug ntawm cov kws tshawb fawb, qee zaum hu ua "txiv" ntawm snowflake physics, muaj ib txoj kev xav tshiab los piav qhia qhov laj thawj ntawm qhov no. yog ib tug neeg zoo kawg nkaus uas tau npaj tawm lub hnub sov sov rau yav qab teb California thaum nruab nrab lub caij ntuj no mus rau Fairbanks (Alaska), muab lub tsho sov so thiab zaum hauv qhov chaw khov nrog lub koob yees duab thiab ib daim npuas ntawm nws txhais tes. .
Rau dab tsi? Nws saib rau qhov ci ntsa iab tshaj plaws, zoo nkauj tshaj plaws, zoo nkauj tshaj plaws snowflakes uas ntuj tsim tau. Raws li nws, cov qauv nthuav dav tshaj plaws yuav tsim nyob rau hauv qhov chaw txias tshaj plaws - lub npe nrov Fairbanks thiab cov daus sab qaum teb ntawm New York. Qhov zoo tshaj plaws daus Kenneth puas tau pom yog nyob rau hauv Cochrane, ib qho chaw nyob rau sab qaum teb sab hnub tuaj Ontario, uas lub teeb cua swirled snowflakes thaum lawv poob saum ntuj.
Txaus siab rau cov ntsiab lus, Libbrecht kawm nws lub rooj tsavxwm ua npuas ncauj nrog lub siab tawv ntawm tus kws tshawb fawb keeb kwm. Yog hais tias muaj ib yam dab tsi nthuav nyob rau ntawd, lub qhov muag yuav twv yuav raug hu mus rau nws. Yog tias tsis yog, cov daus tau tawg tawm ntawm lub rooj tsavxwm, thiab txhua yam pib dua. Thiab qhov no kav ntev li teev.
Libbrecht yog ib tug physicist. Los ntawm ib qho kev lom zem zoo sib xws, nws qhov chaw kuaj mob ntawm California Lub Tsev Kawm Txuj Ci Technology tau koom nrog kev tshawb fawb rau hauv cov qauv sab hauv ntawm Lub Hnub thiab tau tsim cov cuab yeej niaj hnub los tshawb xyuas cov nthwv dej gravitational. Tab sis rau 20 xyoo dhau los, Libbrecht qhov kev mob siab rau qhov tseeb tau yog daus - tsis yog nws qhov tsos, tab sis dab tsi ua rau nws zoo li ntawd. Kenneth lees hais tias "Cov lus nug ntawm cov khoom zoo li cas poob saum ntuj, nws tshwm sim li cas thiab vim li cas lawv zoo li ntawd, tsim txom kuv txhua lub sijhawm," Kenneth lees.
Tau ntev, nws txaus rau physicists kom paub tias ntawm ntau lub pob zeb me me, ob hom tseem ceeb yuav txawv. Ib tug ntawm lawv yog lub hnub qub tiaj tus nrog rau los yog kaum ob caj npab, txhua tus uas yog dai kom zoo nkauj nrog dizzyingly lace. Lwm qhov yog ib hom me me kem, qee zaum sandwiched ntawm lub tiaj "cov npog", thiab qee zaum zoo ib yam li cov ntsia liaj qhov rooj. Cov duab no tuaj yeem pom ntawm qhov sib txawv ntawm qhov kub thiab av noo, tab sis yog vim li cas rau qhov tsim ntawm ib qho duab tshwj xeeb yog qhov tsis paub. Libbrecht xyoo ntawm kev soj ntsuam tau pab kom nkag siab zoo dua cov txheej txheem crystallization ntawm snowflakes.
Libbrecht txoj haujlwm hauv cheeb tsam no tau pab tsim tus qauv tshiab uas piav qhia tias vim li cas cov pob zeb snowflakes thiab lwm cov pob zeb daus ua rau peb tau siv los pom. Raws li nws txoj kev xav, online thaum Lub Kaum Hli 2019, piav qhia txog kev txav ntawm cov dej molecules nyob ze ntawm qhov chaw khov (crystallization) thiab qhov tshwj xeeb txav ntawm cov molecules tuaj yeem ua rau muaj kev sib sau ntawm cov muaju uas tsim nyob rau hauv cov xwm txheej sib txawv. Hauv nws Hauv 540 nplooj ntawv, Libbrecht piav qhia tag nrho cov kev paub txog cov pob zeb daus.
Rau lub hnub qub
Koj, tau kawg, paub tias nws tsis tuaj yeem pom ob lub pob zeb zoo sib xws (tshwj tsis yog nyob rau theem pib). Qhov tseeb no tau ua nrog yuav ua li cas crystals tsim nyob rau hauv lub ntuj. Daus yog ib qho kev sau ntawm cov dej khov nab kuab uas tsim nyob rau hauv qhov chaw thiab khaws lawv cov duab thaum lawv poob ua ke rau lub ntiaj teb. Lawv tsim thaum huab cua txias txaus los tiv thaiv lawv los ntawm kev sib koom ua ke los yog yaj mus rau hauv dej los yog los nag.
Txawm hais tias muaj ntau qhov kub thiab av noo tuaj yeem sau cia hauv ib qho huab, rau ib qho snowflake cov kev hloov pauv no yuav nyob tas li. Qhov no yog vim li cas ib tug snowflake feem ntau loj hlob symmetrically. Ntawm qhov tod tes, txhua qhov snowflake raug cua, hnub ci thiab lwm yam. Qhov tseem ceeb, txhua tus siv lead ua yog nyob rau hauv kev chaos ntawm huab, thiab yog li ntawd siv rau ntau hom.
Raws li Libbrecht txoj kev tshawb fawb, qhov ntxov tshaj plaws xav txog cov ntaub ntawv ilv yog sau nyob rau hauv 135 BC. hauv Suav teb. "Cov paj ntawm cov nroj tsuag thiab ntoo feem ntau yog tsib-taw, tab sis cov paj ntawm cov daus yog ib txwm muaj rau-taw," sau ntawv Han Yin. Thiab thawj tus kws tshawb fawb uas sim txiav txim siab seb vim li cas qhov no tshwm sim yog zaum Johannes Kepler, tus kws tshawb fawb German thiab polymath.
Xyoo 1611, Kepler tau muab khoom plig Xyoo Tshiab rau nws tus thawj coj, Holy Roman Emperor Rudolf II: ib qho me me. hu ua "Hais txog Hexagonal Snowflakes".
"Kuv hla tus choj, tsim txom los ntawm kev txaj muag - Kuv tso koj tseg yam tsis muaj khoom plig Xyoo Tshiab! Thiab ces muaj lub cib fim los kuv txoj kev! Dej vapor, thickened los ntawm txias rau hauv daus, ntog zoo li snowflakes rau kuv cov khaub ncaws, tag nrho cov ntawm lawv, raws li ib tug, hexagonal, nrog fluffy rays. Kuv cog lus los ntawm Hercules, ntawm no yog ib yam uas me dua ib qho poob, muaj qhov zoo, tuaj yeem ua lub txiaj ntsim Xyoo Tshiab tau tos ntev rau tus hlub tsis muaj dab tsi thiab tsim nyog rau tus lej lej uas tsis muaj dab tsi thiab tau txais tsis muaj dab tsi, txij li nws ntog saum ntuj thiab zais hauv nws tus kheej zoo li lub hnub qub hexagonal!
βYuav tsum muaj ib qho laj thawj vim li cas cov daus zoo li lub hnub qub hexagonal. Qhov no tsis tuaj yeem yog qhov xwm txheej, βJohannes Kepler paub tseeb. Tej zaum nws nco txog ib tsab ntawv los ntawm nws niaj hnub Thomas Harriot, tus kws tshawb fawb Askiv thiab tus kws tshawb fawb hnub qub uas tau tswj hwm los ua tus navigator rau tus neeg tshawb nrhiav Sir Walter Raleigh. Nyob ib ncig ntawm 1584, Harriot tab tom nrhiav txoj hauv kev ua tau zoo tshaj plaws los tso cov phom phom rau ntawm cov nkoj ntawm Raleigh nkoj. Harriot pom tias cov qauv hexagonal zoo li yog txoj hauv kev zoo tshaj plaws los npaj cov spheres, thiab nws tau tham txog qhov teeb meem no hauv kev sau ntawv nrog Kepler. Kepler xav tsis thoob yog tias muaj qee yam zoo sib xws hauv cov pob zeb snowflakes thiab dab tsi yog lub luag haujlwm rau cov rays no tau tsim thiab khaws cia.
Snowflake shapes
Peb tuaj yeem hais tias qhov no yog thawj qhov kev nkag siab ntawm cov hauv paus ntsiab lus ntawm atomic physics, uas yuav tau tham txog 300 xyoo tom qab. Qhov tseeb, cov dej molecules, nrog lawv ob lub hydrogen atoms thiab ib qho oxygen, zoo li koom ua ke los tsim cov hexagonal arrays. Kepler thiab nws cov neeg niaj hnub tsis paub tias qhov no tseem ceeb npaum li cas.
Raws li physicists hais, ua tsaug rau hydrogen bonding thiab kev sib cuam tshuam ntawm molecules nrog ib leeg, peb tuaj yeem soj ntsuam qhov qhib crystalline qauv. Ntxiv nrog rau nws lub peev xwm loj hlob snowflakes, cov qauv hexagonal tso cai rau cov dej khov kom tsawg dua li dej, uas muaj qhov cuam tshuam loj rau geochemistry, geophysics thiab huab cua. Hauv lwm lo lus, yog tias dej khov tsis ntab, lub neej hauv ntiaj teb yuav ua tsis tau.
Tab sis tom qab Kepler txoj kev kho mob, kev soj ntsuam snowflakes yog kev nyiam ua ntau dua li kev tshawb fawb loj. Nyob rau xyoo 1880, ib tug kws yees duab Asmeskas hu ua Wilson Bentley, uas nyob hauv qhov txias, ib txwm muaj daus hauv lub nroog me me ntawm Jericho (Vermont, USA), pib thaij duab snowflakes siv daim phiaj duab. Nws tswj tau tsim ntau dua 5000 daim duab ua ntej nws tuag vim mob ntsws.
Txawm tias tom qab ntawd, nyob rau xyoo 1930, tus kws tshawb fawb Nyij Pooj Ukichiro Nakaya tau pib kawm ntau hom snow crystals. Nyob rau hauv nruab nrab ntawm lub xyoo pua, Nakaya loj hlob snowflakes nyob rau hauv lub laboratory siv ib tug neeg luav plaub hau muab tso rau hauv ib tug tub yees. Nws tinkered nrog cov av noo thiab qhov kub thiab txias, loj hlob hom siv lead ua, thiab muab tso ua ke nws thawj phau ntawv ntawm cov duab tau. Nakaya pom tias cov hnub qub snowflake zoo li tsim ntawm -2 Β° C thiab ntawm -15 Β° C. Kem tsim ntawm -5 Β° C thiab ntawm -30 Β° C.
Nws yog ib qho tseem ceeb uas yuav tsum nco ntsoov ntawm no tias nyob rau ntawm qhov kub ntawm -2 Β° C nyias phaj zoo li cov ntaub ntawv snowflakes tshwm, ntawm -5 Β° C lawv tsim cov kab nyias nyias thiab koob, thaum kub poob mus rau -15 Β° C lawv ua nyias nyias. daim hlau, thiab ntawm qhov kub hauv qab - Ntawm 30 Β° C lawv rov qab mus rau cov kab tuab.
Nyob rau hauv cov av qis, lub hnub qub snowflakes tsim ntau ceg thiab zoo li hexagonal daim hlau, tab sis nyob rau hauv high humidity lawv ua ntau intricate thiab lacy.
Raws li Libbrecht, cov laj thawj rau qhov tshwm sim ntawm ntau hom snowflakes tau pom meej dua ua tsaug rau Nakai txoj haujlwm. Nws tau pom tias cov pob zeb daus loj hlob mus rau hauv cov hnub qub tiaj tus thiab cov phiaj (tsis yog cov qauv peb sab) thaum cov npoo loj tuaj sab nraud thiab lub ntsej muag maj mam nce. Cov kab nyias nyias loj hlob txawv, nrog cov npoo loj hlob sai thiab qeeb zuj zus.
Nyob rau tib lub sijhawm, cov txheej txheem tseem ceeb uas cuam tshuam seb lub paj daus puas dhau los ua lub hnub qub lossis ib sab tseem tsis meej. Tej zaum qhov zais cia hauv qhov kub thiab txias. Thiab Libbrecht sim nrhiav cov lus teb rau lo lus nug no.
Daim ntawv qhia Snowflake
Ua ke nrog nws pab pawg me ntawm cov kws tshawb fawb, Libbrecht tau sim los nrog ib daim ntawv qhia rau cov paj ntoo. Ntawd yog, qee qhov kev sib npaug thiab qhov tsis sib xws uas tuaj yeem thauj khoom mus rau hauv lub computer thiab tau txais ntau yam zoo nkauj ntawm cov paj ntoo los ntawm AI.
Kenneth Libbrecht pib nws txoj kev tshawb fawb nees nkaum xyoo dhau los tom qab kawm txog ib qho kab txawv snowflake zoo li hu ua kab kaw. Nws zoo li ib tug spool ntawm xov los yog ob lub log thiab lub qag. Yug nyob rau sab qaum teb ntawm lub teb chaws, nws xav tsis thoob vim qhov tseeb tias nws tsis tau pom cov paj ntoo zoo li no.
Xav tsis thoob los ntawm cov duab tsis kawg ntawm cov pob zeb daus, nws pib ua lawv qhov xwm txheej los ntawm kev tsim lub chaw kuaj mob rau kev loj hlob snowflakes. Cov txiaj ntsig ntawm ntau xyoo ntawm kev soj ntsuam tau pab tsim ib qho qauv uas tus sau nws tus kheej txiav txim siab txog kev tawg. Nws tau npaj lub tswv yim ntawm molecular diffusion raws li lub zog saum npoo. Lub tswv yim no piav qhia txog yuav ua li cas kev loj hlob ntawm lub pob zeb siv lead ua yog nyob ntawm qhov pib mob thiab tus cwj pwm ntawm cov molecules uas tsim nws.
Xav txog tias cov dej molecules nyob hauv xoob raws li cov dej vapor tab tom pib khov. Yog tias koj tuaj yeem nyob hauv ib lub chaw soj ntsuam me me thiab saib cov txheej txheem no, koj tuaj yeem pom tias cov dej khov dej molecules pib ua ib lub pas nrig, qhov twg txhua cov pa atom nyob ib puag ncig ntawm plaub hydrogen atoms. Cov crystals no loj hlob los ntawm kev sib txuas cov dej molecules los ntawm cov huab cua nyob ib puag ncig rau hauv lawv cov qauv. Lawv tuaj yeem loj hlob hauv ob lub ntsiab lus: sab saud lossis sab nraud.
Ib tug nyias, tiaj tus siv lead ua (lamellar los yog lub hnub qub zoo li) yog tsim thaum cov npoo tsim sai dua ob lub ntsej muag ntawm cov siv lead ua. Lub pob zeb loj hlob yuav nthuav tawm sab nraud. Txawm li cas los xij, thaum nws lub ntsej muag loj hlob sai dua nws cov npoo, cov siv lead ua loj hlob tuaj, tsim ib rab koob, hollow ncej, lossis pas nrig.
Tsis tshua muaj daim ntawv ntawm snowflakes
Ib pliag ntxiv. Nco ntsoov daim duab thib peb, coj los ntawm Libbrecht nyob rau sab qaum teb Ontario. Qhov no yog "kab kem" siv lead ua - ob daim hlau txuas mus rau qhov kawg ntawm lub pob zeb tuab tuab. Hauv qhov no, txhua lub phaj tau muab faib ua ib khub ntawm ntau daim hlau nyias. Saib ze ntawm cov npoo, koj yuav pom yuav ua li cas lub phaj muab faib ua ob. Cov npoo ntawm ob daim hlau nyias nyias yog li ntse li rab chais hniav. Tag nrho qhov ntev ntawm kab dej khov yog li 1,5 hli.
Raws li Libbrecht tus qauv, dej vapor thawj zaug nyob rau ntawm cov ces kaum ntawm cov siv lead ua thiab tom qab ntawd kis (diffuses) raws li qhov chaw mus rau ntug ntawm cov siv lead ua los yog rau nws lub ntsej muag, ua rau cov siv lead ua loj hlob sab nraud los yog sab saud. Qhov twg ntawm cov txheej txheem "yeej" yog nyob ntawm qhov kub thiab txias.
Nws yuav tsum tau muab sau tseg tias tus qauv yog "semi-empirical". Qhov ntawd yog, nws yog ib feem ntawm cov txheej txheem kom sib haum mus rau qhov tshwm sim, thiab tsis yog piav qhia txog cov hauv paus ntsiab lus ntawm kev loj hlob snowflake. Cov kev tsis sib haum xeeb thiab kev sib cuam tshuam ntawm cov suav tsis txheeb molecules yog qhov nyuaj dhau los ua kom tiav. Txawm li cas los xij, kev cia siab tseem tshuav tias Libbrecht cov tswv yim yuav ua lub hauv paus rau kev ua qauv zoo ntawm kev loj hlob ntawm cov dej khov, uas tuaj yeem piav qhia los ntawm kev ntsuas thiab kev sim ntau dua.
Ib tug yuav tsum tsis txhob xav tias cov kev soj ntsuam no muaj kev txaus siab rau lub voj voog nqaim ntawm cov kws tshawb fawb. Cov lus nug zoo sib xws tshwm sim hauv condensed teeb meem physics thiab hauv lwm qhov chaw. Cov tshuaj molecules, semiconductor chips rau computers, solar cells thiab ib tug tswv tsev ntawm lwm yam lag luam cia siab rau cov khoom siv lead ua zoo, thiab tag nrho cov pab pawg tau mob siab rau kom loj hlob lawv. Yog li Libbrecht cov snowflakes uas nyiam heev tuaj yeem ua haujlwm zoo rau kev tshawb fawb.
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