花為何千姿百態(tài)

姑蘇云煙

隆冬時節(jié)，又到了我們與雪花親密接觸的時候了。自古以來，多少文人雅士為它吟詩作賦，留下膾炙人口的千古佳句。不過，比詩句更美麗的，是雪花神奇的造型圖案。很早以前，就有人發(fā)現(xiàn)，大自然中沒有兩片完全相同的花，就像地球上沒有兩個完全相同的人一樣。這是為什么呢？

美麗的傳說

20世紀初，美國一位名叫本特雷的科學(xué)家，花了約50年的時間，借助一架顯微鏡和一架照相機，年復(fù)一年地拍攝了4000多張形狀各異的雪花照片，出版了一本《雪花目錄冊》。他發(fā)表的這些照片，后來幾乎被世界各國所有的氣象工作者復(fù)制和利用。其中，最令他們好奇的是：為什么雪花都是六角形的，而不是三角形或者五角形？

相傳，玉皇大帝有七個女兒。一年冬天，幾位公主待在宮里悶得難受，決定出去走一走。正好王母娘娘有事離開了天庭，姐妹七個

約好到王母娘娘的后花園里玩。王母娘

娘的園子里四季如春，七位公主玩得不亦樂乎。直到天黑，外面起了大風，她們才想起來回宮。可是，出了后花園，她們卻找不著回去的路了，只好手牽著手跌跌撞撞往前摸。誰知道，她們走出了天庭的邊界，跌落下來，只有七公主膽小，手沒有抓緊，留在了天上。那飄向人間的六位公主緊緊抱在一起，變成了晶瑩的雪花從天而降，雪花從此成了六角形。

計算機揭開謎底

當然，達只是美麗的傳說，真正具有說服力的是美國的理論物理研究者詹姆斯·蘭格博士，他通過計算機模擬雪花圖案的程序，初步揭開了這個謎底。通過研究，人們發(fā)現(xiàn)，每片雪花約由10000顆聚集在一起的微小水滴組成。當這些水滴飄浮在空中時，起初都具有相同的對稱六角形結(jié)構(gòu)，但隨后便開始生出6條羽狀分枝，它們使每片雪花各自具有完全不同的圖案花形。

據(jù)研究，雪花的形成過程與硫酸晶體的生長過程相仿。如果將一些懸掛在繩子上的硫酸銅晶體（也稱為晶種）放入過飽和的硫酸銅溶液中，這些小晶體處于相同的溶液環(huán)境，最后總是形成具有相同形狀的、有規(guī)則的大晶體。這些大晶體屬于六方晶系，六方晶系具有4個結(jié)晶軸，其中3個輔軸在一個平面上，互相以60度角相交，另一主軸與這3個輔軸組成平面垂直，而六方晶系的最典型形狀是六棱柱體。但是，如果同樣的晶種放在不同濃度的硫酸銅溶液中，外部條件不同，形成的大晶體就千變?nèi)f化，形狀也就各不相同了。

相似的，雪花是由微小的冰晶飄浮在大氣中吸收水分子生成的，它的生成環(huán)境是不穩(wěn)定的?？諝庵?，雪花晶體吸收水分子的速率取決于雪花向下飄落時大氣變化的情況。由于空氣紊亂多變的性質(zhì)，每片雪花下落的途徑不同，在不斷生成過程中受到的溫度、濕度以及雜質(zhì)的影響也各不相同?？茖W(xué)家認為，哪怕溫度、濕度的一絲微小變化都會改變 雪花的最終圖形。因此，雪花的圖案花形總是千姿百態(tài)、令人不可捉摸的。

如果你再仔細觀察一下雪花，就可以看到每片雪花中的6條分枝十分相似。這是因為，每一片雪花的枝條，比起雪花的形成過程，它們的生長條件是十分近似的，計算機的模擬試驗已經(jīng)證實了這一點。另外，計算機試驗還發(fā)現(xiàn)，在自然界的條件下形成一片美麗的雪花，可能需要幾個小時。

雪花圖形有大意義

借助計算機，雪花形狀之謎初步解開了。其實，對這個謎題感興趣的不僅有氣象工作者，還有醫(yī)學(xué)、生物學(xué)乃至冶金學(xué)等眾多領(lǐng)域的專家?；蛟S你會問：這些領(lǐng)域的專家怎么會對雪花的圖形感興趣呢？原來，這里還真有不少道理呢。比如，冶金工作者想了解晶體的生長速度和不規(guī)則形狀究竟是什么因素決定的，因為這些因素對凝固后合金的抗拉強度有著重要的影響。此外，雪花圖案問題還是新興的圖形形成學(xué)內(nèi)容之一?？茖W(xué)家認為，研究雪花圖形的最重要意義，在于人們找到并開始了一個 新的研究方向一一數(shù)學(xué)與實驗齊頭并進。