5月 29, 2024

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雪の結晶の科学 – BBC Ideas

雪の結晶の科学 – BBC Ideas

雪の結晶は私たちの宇宙について何を教えてくれるでしょうか?

ブライアン・コックス教授: 雪の結晶は複雑で、美しく、神秘的で、とても魅惑的です。 しかし、その複雑さと無限の多様性にもかかわらず、雪の結晶の構造はいくつかの普遍的な自然法則によって説明できます。 雪の結晶から銀河まで、あらゆるものを説明する法則。 最初から始めましょう。 雪の結晶とは何ですか? それとも、より専門的な名前を使うと、氷の結晶でしょうか? 水蒸気が塵や花粉の小さな斑点に出会うと、雲の中に氷の結晶が形成されます。 これにより、小さな六角形のコアが形成されます。 先端が飛び出ていてザラザラしています。 これにより水分子が引き寄せられます。 次に水分子が増えます。 もっと。 これらは雪の結晶の枝を形成します。 これらの枝のサイズと形状は、雪の結晶が重力によって下に引っ張られる雲の中を移動中に遭遇する正確な温度と湿度によって決まります。 それぞれの雪の結晶はわずかに異なるルートをたどります。つまり、まったく同じ雪の結晶は 2 つとありません。 雪の結晶があなたの袖に落ちると、それはあなたに届くまでにまったくユニークな旅を始めます。 あっという間に溶けてしまう前に。 1611年、プラハの極寒の1月の朝、数学者ヨハネス・ケプラーの袖に雪が降った。 そこで彼は、「なぜ雪の結晶には 6 つの面があるのでしょう?」と考えました。 ケプラーの画期的な点は、この六角形のパターンが空間を最も効率的に利用できるという理論でした。 蜂の巣が蜂の巣の中にあるかどうか。 あるいは積み上げられた砲弾の山。 あるいは繊細で儚い雪の結晶。 彼の理論を証明するのに400年かかりました、400年。 当時ケプラーが知らなかったことは、水、つまり H2O の各分子が 2 つの水素原子と 1 つの酸素原子で構成されていることです。 凍結時に水分子が固まると、水素原子間の角度は常に約 105 度になります。 これで 6 つの側面が得られます。 雪の結晶の中心部は常に六角形です。 しかし、それらはあらゆる種類の奇妙で素晴らしい形に成長することができます。 鉛筆のように長くて細い。 針のように鋭い。 弾丸のような円筒形。 あるいは、三角形の場合もあります。 しかし真実は、ほとんどの雪の結晶は一種の…まあ、泡のようなものです。 雪の結晶の写真家(世界でも数は少ないですが)に相談すると、「お金になる写真」を撮るには寒い中何日もかかると言われるでしょう。 マイナス 15 度からマイナス 13 度までのちょうど良い条件でなければなりません。 しかし、1885 年にバーモント州の農夫ウィルソン・ベントレーが見事な雪の結晶の写真を初めて撮影して以来、私たちはその虜になってしまいました。 科学者たちは、対称性が人間の脳にとって信じられないほど心地よいものであることを証明しました。 雪の結晶はすべて放射状に対称なので、ケーキのように同じスライスに切ることができます。 貝殻、花、ヒトデ、さらには天の川などの渦巻銀河も、このタイプの対称性を共有しています。 そして自然は最後の策略を仕掛けています。 雪の結晶は実際には白くありません。 透明ですがエッジが多く光が散乱して白く見えます。 すべての雪の結晶は物理法則の縮図です。 重力が彼を落下させます。 電磁気によってその形状が決まります。 そして、あなたは対称性を持っています。 同じことが恒星、太陽系、惑星にも当てはまります。 そして私たちと一緒に。 雪の結晶を見ると、その歴史がわかります。 独自のユニークなストーリー。 彼女が直面する経験が彼女を形作ります。 本当に私たちと同じです。


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