Удивительные шестигранники
Еще Иоганн Кеплер в начале XVII века задался вопросом: почему снежинки имеют общую первичную форму шестигранной звезды? Конечно, в процессе падения, соударения и слипания возможно возникновение любой, сколь угодно сложной конструкции, но если снежинка падает свободно, то почему она никогда не будет иметь пяти, или, скажем, семи лучей?
Снежные кристаллы — это письма, посланные нам с небес.
Укихиро Накайя
Почему всегда шестиугольники? Причем выполненные с такой изумительной геометрической точностью, что «человеку невозможно создать что-либо подобное», вторил Кеплеру Рене Декарт.
Ответ на этот вопрос дает современная кристаллография. Снежинки — не что иное, как лед. А лед — это вода. Первичный кристалл льда (его еще называют «алмазной пылью») образуют при понижении температуры шесть молекул воды.
Именно шесть, а не пять, семь или десять. Ведь молекула воды состоит из трех атомов (двух атомов водорода и одного атома кислорода). Поэтому минимальная устойчивая кристаллическая конструкция, когда атомы «цепляются» друг за друга, должна состоять из шести элементов.
Из этого крошечного шестиугольника «вырастают» лучи будущей снежинки после того, как на них оседают новые молекулы воды. Разность температуры, влажности, атмосферного давления приводит к огромному разнообразию форм образующихся шестигранников и шестилучевых звезд. Однако при огромном количестве снежинок, выпавших за все время существования планеты, по крайней мере несколько пар могли бы быть абсолютно идентичными.
Это не происходит (и едва ли произойдет в ближайшие несколько триллионов лет) по причине, которая называется «дейтерий».
Дело в том, что в одной из нескольких тысяч молекул воды вместо обычного водорода может быть так называемый тяжелый водород, или дейтерий. Отличие «тяжелого» водорода от обычного заключается в том, что ядро атома «тяжелого» водорода кроме протона содержит еще и нейтрон.
Теперь представьте себе снежинку, которая, так ни с чем и не столкнувшись по пути, в чистом и первозданном виде упала на вашу ладонь. Эта прекрасная шестилучевая звезда состоит из огромного количества молекул воды — десять в восемнадцатой степени. Если бы каждая молекула была размером с песчинку, едва ли вы смогли бы удержать ее на ладони; ведь снежинка приобрела бы размеры целого континента!
Какое разнообразие возможных сочетаний этих молекул, пусть и несколько ограниченное законами роста кристаллов! А если представить себе, что эти молекулы не все одинаковые, часть из них с дейтерием вместо водорода, то количество возможных комбинаций становится практически бесконечным.
Иными словами, вероятность появления двух совершенно одинаковых снежинок близка к нулю.
Близка, но все же не равна нулю, может возразить дотошный читатель. Да, разумеется, это так. Но чтобы дождаться появления двух совершенно одинаковых снежинок, дотошному читателю понадобится время, во много раз превышающее все время существования Вселенной…
Как объять необъятное
Несмотря на осознание того факта, что разнообразие форм снежинок практически бесконечно, многие ученые пытались создать систему их классификации, объединить их в группы хотя бы по основным видимым признакам.
Эти попытки в разное время привели к выделению 35, 41 и даже 80 типов снежинок — на любой, что называется, вкус.
Люди, занимавшиеся классифицированием снежинок, иногда посвящали этому всю свою жизнь и научную карьеру. В середине прошлого века они даже объединились в международную комиссию снега и льда, которая после недолгих споров предложила самую упрощенную, общую классификацию — семь форм снежных кристаллов и три вида других снежно-ледяных осадков (крупа, ледяной дождь, град).
Что касается снежных кристаллов, то только две из семи разновидностей снежинок являются чистыми, первозданными шестигранниками и шести-лучевыми звездами. Это те формы, чей кристаллический рост не был нарушен какими-то внешними влияниями и которые на своем пути с небес на землю не претерпели драматических столкновений с другими снежинками или микрочастицами пыли.
Снежинка — создание не только очень красивое, но и музыкальное. Падая в воду, снежинки издают звук высокой частоты, недоступный нашему слуху, но хорошо различимый для рыб. Правда, рыбам он не очень нравится.
Остальные пять форм образовались именно вследствие нарушения кристаллического роста, соударения, слипания и других повреждений первичной формы. Некоторые из них красивы и изящны (ледяные иглы, полые столбики), другие напоминают причудливых насекомых. Попадаются, хотя и крайне редко, своеобразные «мутации» на основе шестиугольной формы — правильные двенадцатилучевые снежинки. По мнению людей, влюбленных в хрупкую недолговечную красоту снежных кристаллов, найти двенадцатилучевую снежинку — это к ОЧЕНЬ БОЛЬШОЙ удаче. Удаче, не сравнимой с той, которую вы обретаете, найдя, скажем, пятилепестковый цветок сирени или увидев двойную радугу.
Среди таких людей, истинных поэтов и восторженных поклонников снега и льда, японский физик по имени Укихиро Накайя занимает совершенно особое место. Он дал одно из самых поэтических определений многообразию и красоте снежинок, уподобив их «небесным посланиям».
Накайя создал одну из самых признаваемых учеными всего мира классификацию снежинок — 41 тип. Он изобрел (в 50-х годах прошлого века) машину для производства снежинок. На этой машине ему удалось воспроизвести все основные типы снежных кристаллов, однако главная мечта — получить искусственную двенадцатилучевую снежинку — так и осталась неосуществленной.
Где таится югэн?
Машина Укихиро Накайя хранится в созданном им Музее снежинок в городе Kaгa, что на острове Хонсю. Само здание музея выстроено в форме трех шестигранников, и внутренние помещения, стены которых увешаны тысячами подсвеченных макрофотографий снежинок, также имеют форму гексаэдров.
К слову сказать, японцам, создавшим понятие «ускользающей красоты» — югэн, — одного Музея снежинок показалось, конечно же, мало. Некоторое время спустя после открытия музея в Каге появился еще один, на острове Хоккайдо.
Этот музей был построен в самой настоящей ледяной пещере, температура в которой неизменно поддерживается на уровне минус 15 градусов. Музей выстроен, точнее, вырублен во льду, с размахом — настоящий замок со спиральной лестницей, высокими колоннами и статуями.
Музей на острове Хоккайдо, благодаря не столько фотографиям снежинок, сколько огромному залу, где проводятся публичные выступления и даже празднуются свадьбы, стал гораздо более популярен, чем музей в Каге.
В некоторых туристических справочниках даже указывается, что именно этот музей является «единственным в мире» Музеем снежинок, который основал физик, поэт и мечтатель, верный рыцарь Снежной королевы Укихиро Накайя.
Ольга Строгова
