برای پاسخ به این سوالباید داستان زندگی یك دانه برف را دانست.
داستان زندگی دانه برف، از ابر آغاز میشود، از زمانی كه یك قطره بسیار ریز ابریخ زده و به یك ذره كوچك یخی تبدیل میشود.
زمانی كه بخار آب روی سطح ذره یخ شروع به سخت شدن میكند، به سرعت در این یخكوچك چند وجه ایجاد و به یك شش وجهی تبدیل میشود.
ذره یخ تا مدتی این شكل شش وجهی را حفظ میكند اما به تدریج كه بلور بزرگتر وبزرگتر میشود، از هر یك از وجوه این شش وجهی شاخهای بیرون میآید. از آنجا كهشرایط جوی (یعنی دما و رطوبت) در همه نقاط این بلور كوچك یكسان است، هر شش شاخهجدید، تقریبا به یك اندازه رشد میكنند.
بلور برف در حالیكه بزرگتر میشود، در داخل ابر با باد به اینسو و آنسو میرود وبه همین دلیل است كه در طول زمان، با دماهای مختلفی روبرو میشود.
اما رشد كریستال تا حد بسیار زیادی به میزان دما مربوط میشود و از آنجا كه هرشش شاخه بلور در هر زمان در شرایط مساوی قرار دارند، همه آنها به یك شكل رشدمیكنند.
نتیجه نهایی این روند، ایجاد ساختاری شش شاخه و متقارن است. باید توجه داشت كهچون هر بلور برف مسیری خاص خود را در ابر میپیماید، هر یك شكل خاص خود را پیدامیكنند.
** چه چیزی باعث همزمانی رشد شش بازوی كریستال برف میشود؟
هیچ چیز. همانطور كه قبلا اشاره شد هر یك از بازوهای دانه برف مستقلا رشد میكند اما از آنجاكه نقاط مختلف هر بلور اولیه برف درشرایط مساوی دمایی قرار دارد، این رشد همزمان وبرابر صورت میگیرد.
شاید این موضوع عجیب و باورنكردنی به نظر برسد اما شاید اشاره به یك نكته، اینموضوع را باوركردنی كند: در واقع بلورهای برف چندان كامل متقارن نیستند. برایاطمینان به زیر برف بروید و خودتان آزمایش كنید.
به ندرت ممكن است كریستالی كاملا متقارن پیدا كنید.
** دانه برف چرا شش بازو دارد؟
علت این امر به خصوصیات هندسه شش ضلعیشبكه بلور یخ برمیگردد. اما این شبكه ابعاد مولكولی دارد و پی بردن به این موضوعكه این تقارن در ابعاد نانو چگونه به ساختار یك كریستال برف كه به مراتب بزرگتراست،منتقل میشود، كار سادهای نیست.
اما بطوركلی باید گفت ایجاد بازو در دانه برف از طریق "تشكیل وجوه" ( facetingیا ایجاد ساختاری مانند جواهرات تراش داده شده) صورت میگیرد.
این وجوه بدون نیاز به نیروی خاصی تشكیل میشوند كه علت آن، نحوه قرار گرفتنمولكولها در داخل شبكه دانه برف است. در فرآیند تشكیل وجوه است كه دانه ابتداییبرف به یك شش وجهی تبدیل میشود كه ساختاری بزرگتر با یك تقارن شش بری است. درنهایت، بازوها از گوشههای شش ضلعی بیرون میآیند و وجود شش گوشه اساس به وجود آمدنشش بازوست.
فرآیند "تشكیل وجوه" نشان میدهد كه هندسه مولكول آب چگونه به هندسه یك كریستالدرشت برف منتقل میشود.
** چرا برف سفید است؟
برف سفید نیست. برف از كریستالهای یخ درست شده وانبوه آنها سفید به نظر میرسد درست مانند خرده شیشههایی كه انبوه آنها سفید بهنظر میآید.
نور بازهم مانند شیشه، از بخشی از سطوح یخ دانه برف منعكس میشود و رنگ خاصی رابازتاب میدهد. هنگامی كه مقدار زیادی برف انباشته شده باشد و از روی هر وجه هردانه برف بخشی از نور منعكس شود، این نور به نقاط اطراف بازتاب یافته و دوبارهبرمیگردد. از آنجا كه همه رنگها تقریبا به میزان مساوی پراكنده هستند، انبوه برفسفیدرنگ به نظر میرسد.
در واقع، هنگامی كه نور در حال تابش و بازتابش است، یخ بخشی از آن را جذب میكندو رنگ قرمز، آسانتر از رنگ آبی جذب میشود و در نتیجه، رنگ آبی بازتاب مییابد. بههمین دلیل اگر به داخل یك توده برف خوب نگاه كنید، گاه در آن رنگ آبی را مشاهدهمیكنید.
** فایده دانستن این اطلاعات درباره دانههای برف چیست؟
بلورهای زیبایبرف رقص كنان از آسمان به زمین میبارند و یك انسان پرسشگر باید بداند كه ایندانهها از چه و چگونه تشكیل شدهاند. مطمئنا از میان بیش از شش میلیارد جمعیتزمین، عدهای هستند كه بخواهند به رازهای دانههای برف پی ببرند.
با همه اینها، یافتن راز چگونگی تشكیل بلورها، بدون تردید كار بیفایدهای نیست. برای مثال، كل صنعت كامپیوتر به سیلیكون و دیگر كریستالهای نیمههادی متكی است ولیما هنوز درباره فیزیك چگونگی تشكیل این كریستالها اطلاعات زیادی نداریم.
اگر از فیزیك پایهای كه در پس رشد بلورها ، از جمله بلور یخ، وجود دارد، دركبهتری پیدا كنیم، توانایی بیشتری برای ایجاد مواد جدید خواهیم داشت.
دانش، هرگز بیفایده نیست.