Fráze „žádné dvě sněhové vločky nejsou úplně stejné“ vyvolává úžas v srdcích dětí po celém světě – ale co o tomto často opakovaném truismu říká věda? Stručně řečeno, že při tvrzeních o tom, jak moc si mohou být dva objekty podobné, záleží na měřítku.
Na vizuální úrovni lze pomocí drahého laboratorního vybavení vytvořit sněhové vločky, které vypadají téměř totožně. Na molekulární úrovni je pravděpodobnost vzniku dvou stejných sněhových vloček tak astronomicky nízká, že je považována za nemožnou.
Jak vznikají sněhové vločky?
Kenneth G. Libbrecht, vedoucí katedry fyziky na Kalifornském technologickém institutu a známý fotograf sněhových vloček, na svých webových stránkách vysvětluje, že uvnitř mraku ovlivňují tvar sněhové vločky malé změny v mikroprostředí kolem ní. Tyto změny totiž nutí sněhovou vločku přecházet mezi dvěma různými krystalizačními procesy – fasetováním a větvením.
Fasetování, jednodušší z obou procesů, vytváří díky atomární struktuře molekul zmrzlé vody šestiboké hranoly. Tvorba těchto šestibokých hranolů dává sněhovým vločkám jejich proslulou šestibokou symetrii.
Fazetováním vznikají jednoduché šestiboké hranoly. Kredit: snowflakes.com.
Větvení vytváří chaotické rysy, které se rozšiřují směrem od rostlých šestibokých hranolů; k větvení dochází proto, že rohy těchto hranolů přitahují krystalizující vodní páru rychleji než rovné plochy:
Základní příklad větvení. Kredit: snowflakes.com.
Opakované střídání těchto dvou způsobů růstu krystalů nakonec určuje vlastnosti sněhové vločky, vysvětluje Libbrecht:
Když se krystal potácí mezi mraky, zažívá neustále se měnící teploty a vlhkost a každá změna způsobuje, že ramena rostou trochu jinak. Přesný tvar výsledného sněhového krystalu je dán přesnou cestou, kterou prošel mraky. Všech šest ramen se však vydalo stejnou cestou, a tak každé z nich zažilo stejné změny ve stejnou dobu.
Mohou se dvě sněhové vločky navzájem podobat?
Pomocí přesně řízených teplotních a vlhkostních podmínek ve své laboratoři na Caltechu vytvořil Libbrecht mnoho „designových sněhových vloček“, a dokonce může do určité míry kontrolovat jejich konečný tvar. Pomocí této technologie vytvořil takzvaná „identická dvojčata“ sněhových vloček, jako je tato:
Leibrich e-mailem sdělil, že tyto podobně vypadající vločky označuje jako „identická dvojčata“, protože podobně jako lidská dvojčata „jsou si vzhledově zjevně dost podobné, ale nejsou *přesně* identické“. I když kvalitativně vypadají podobně, tato podobnost by se rozpadla, jakmile byste se začali dívat ve stále menším měřítku. Libbrecht řekl:
Vizuálně, pod mikroskopem, by se dalo říci, že jsou v podstatě totožní. Ale když se podíváte na molekulární úroveň, zdaleka nejsou totožné. Pokud tedy chcete mluvit o identických sněhových vločkách, musíte přesně definovat, co myslíte tím, že jsou identické.
Je tedy myslitelné, že dvě sněhové vločky vypadají identicky, ale to má daleko k tomu, aby byly identické na molekulární úrovni. Pojem dvou sněhových vloček, které jsou „stejné“, tedy závisí na tom, jak je tento pojem definován.
Co se děje na molekulární úrovni?
Na molekulární úrovni je pravděpodobnost, že dvě vločky vznikly stejně, matematicky nemožná vzhledem k fakticky nekonečnému počtu způsobů, jak vytvořit sněhovou vločku, řekl nám Liebrich:
Počet možných způsobů uspořádání větví a postranních větví je mnohem, mnohem, mnohem větší než dokonce celkový počet sněhových vloček, které kdy na Zemi spadly.
Kromě nemožnosti dvou zcela identických mikroprostředí pro růst dvou sněhových vloček mimo laboratoř nejsou pravděpodobně stoprocentně identické ani chemické stavební kameny, z nichž se sněhová vločka skládá. To proto, že v přírodě existuje malá část izotopů kyslíku a vodíku, které jsou o něco těžší než jejich běžnější forma. Myšlenku, že by anomální molekuly vody tvořené těmito těžšími atomy mohly existovat na stejném místě ve dvou různých vločkách, je jednak nemožné prokázat, jednak není rozumné ji předpokládat.
Co to vůbec znamená být identický?“
Otázka, zda mohou být dva objekty doslova identické, má ve filozofii i teoretické fyzice bohatou historii. Mnozí filozofové zastávají názor, že otázka identických sněhových vloček je nesmyslná, protože žádné dva objekty – dokonce ani atomy – nemohou být ve skutečnosti skutečně identické.
Toto tvrzení se lidově označuje jako „Leibnizův zákon“ a v různých podobách je již po staletí živě diskutovanou filozofickou otázkou. Ačkoli by se tento koncept vztahoval na cokoli, co je považováno za objekt, sněhové vločky poskytují atraktivní způsob, jak ilustrovat nepravděpodobnost skutečně nerozlišitelných objektů, protože navzdory skutečnosti, že jsou všechny zkonstruovány z molekul vody, každá sněhová vločka jednotlivě vytváří mimořádně složité a komplexní vzory.
Vizuální podobnosti mezi sněhovými vločkami lze dosáhnout pouze povrchně za mimořádně kontrolovaných laboratorních podmínek. Jako pravdivé proto hodnotíme tvrzení, že žádné dvě sněhové vločky nejsou úplně stejné.