|
||||
-多像6把利劍
-猶如盛開的鮮花
-像一個精雕細刻的盤子
-哇噻!多美的恆星板狀雪花
-瞧!美不勝收的恆星樹枝狀雪花
-多複雜的一盤棋
我們經常聽說,每朵雪花都是不相同的,但光憑鑑賞力有限的肉眼,難以欣賞世界上這種大自然的神奇產物。 2012年12月25日,人們雖然沒有過一個大雪紛飛的聖誕節,但仍然能夠有幸仔細地觀看水分子的複雜“傑作”——雪花。這多虧了美國加州理工學院物理學教授肯尼斯·里布雷希特,他自1997年以來一直在研究雪花、冰紋、晶體生長和冰的形成。這位53歲的科學家冒着氣溫零攝氏度以下的嚴寒,在安大略省北部地區、阿拉斯加州,佛蒙特州,密歇根州上半島和內華達山脈收集飄零的雪花,趕在它們融化前置於顯微鏡下,用相機攝入鏡頭。爲了很好地呈現雪花的構造和樣式,里布雷希特在拍照時使用各種不同的彩色濾光片,藉助了光線修飾效果。
吸引里布雷希特產生捕捉雪花的靈感,是在意識到它們從來沒有以這種引起自己興趣的方式注意過。他說:“當我開始醞釀寫一本關於雪花的書時,沒有找到真正漂亮的照片,因爲沒有誰對雪花進行藝術化攝影。這是一個機會,所以我動手準備特別的攝影器材,以便拍攝最佳的雪花照片。”
里布雷希特很快就發現,要獲得所需要的理想照片,不得不接受一系列的挑戰。晶體很小,普通的微距攝影效果不理想,需要高品質的低倍顯微鏡。爲此,他在顯微鏡和尼康D1X照相機之間使用了一種自己設計的名叫“雪王9000型”的特殊裝罝。另外,在冰天雪地裏使用的攝影設備必須堅固結實,能承受氣溫零攝氏度以下的嚴寒,所以又進行了必要的改進和包裝。要選到好照片需拍攝大量的照片,因此攝影器材使用起來必須得心應手。
當雲滴凍結成小冰粒時,雪花就形成了。隨着水蒸氣開始在其表面上冷凝,冰顆粒迅速變成小平面,依賴溫度而出現不同形狀的雪花。雖然科學家對雪花的分類方法有所不同,但已經確定了35個不同類型的形態。例如,恆星樹枝狀雪花有分枝和更細的枝,直徑爲2~4毫米。再如,恆星板狀雪花有形成星狀的六個長臂,通常在溫度接近-2℃或-15℃時形成。
雪花沒有引導其形成的遺傳密碼,但奇妙複雜的結構卻不可思議地憑空出現了。作爲一名物理學家,里布雷希特很想從專業的角度去研究這種奇蹟。晶體應用廣泛,需要進一步弄清楚它的形成。通過研究雪花的物理性能,可以看到分子如何凝結形成結晶。雪花是一個很簡單的自組裝例子,有助於更好地理解結構的形成和自組裝。隨着電子產業朝着研發更小的設備、裝置和器件的方向發展,自組裝的製造很可能將發揮越來越重要的作用。
“研究雪花是掌握基本科學的需要,它的形成是分子動力學中一個有趣的謎。”里布雷希特指出,“我想弄明白分子是如何爭相擠到一處形成晶體的。這種情況會如何快速出現?怎樣隨着溫度變化?如果冰面上出現化學雜質又會發生什麼?”李忠東