La frase «no hay dos copos de nieve exactamente iguales» despierta el asombro de los niños de todo el mundo, pero ¿qué dice la ciencia sobre este tópico tan repetido? En pocas palabras, que la escala importa a la hora de hacer afirmaciones sobre la similitud de dos objetos.
A nivel visual, con un costoso equipo de laboratorio, se pueden crear copos de nieve que parezcan prácticamente idénticos. A nivel molecular, la probabilidad de que haya dos copos de nieve idénticos es tan astronómicamente baja que se considera imposible.
¿Cómo se forman los copos de nieve?
En su página web, Kenneth G. Libbrecht, director del departamento de Física del Instituto Tecnológico de California y conocido fotógrafo de copos de nieve, explica que dentro de una nube, los pequeños cambios en el microambiente que rodea a un copo de nieve influyen en su forma. Esto se debe a que estos cambios obligan al copo de nieve a alternar entre dos procesos de cristalización diferentes: el facetado y la ramificación.
El facetado, el más sencillo de los dos procesos, produce prismas de seis lados gracias a la estructura atómica de las moléculas de agua congeladas. La formación de estos prismas hexagonales da a los copos de nieve su famosa simetría de seis lados.
Prismas hexagonales simples producidos por facetado. Crédito: snowflakes.com.
La ramificación produce los rasgos caóticos que se extienden fuera de los prismas hexagonales en crecimiento; la ramificación se produce porque las esquinas de esos prismas atraen el vapor de agua cristalizado más rápidamente que las superficies planas:
Ejemplo básico de ramificación. Crédito: snowflakes.com.
El cambio repetido entre estos dos modos de crecimiento del cristal determina, en última instancia, las características de un copo de nieve, explica Libbrecht:
A medida que se desplaza por las nubes, el cristal experimenta temperaturas y humedades siempre cambiantes, y cada cambio hace que los brazos crezcan de forma un poco diferente. La forma exacta del cristal de nieve final está determinada por la trayectoria precisa que siguió a través de las nubes. Pero los seis brazos siguieron el mismo camino, por lo que cada uno experimentó los mismos cambios en el mismo momento.
¿Pueden dos copos de nieve parecerse entre sí?
Usando condiciones de temperatura y humedad controladas con precisión en su laboratorio de Caltech, Libbrecht ha creado muchos «copos de nieve de diseño», e incluso puede controlar la forma final hasta cierto punto. Utilizando esta tecnología, ha generado lo que él llama copos de nieve «gemelos idénticos» como éste:
Leibrich dijo por correo electrónico que describe estos copos de aspecto similar como «gemelos idénticos» porque, al igual que los gemelos humanos, «son claramente muy similares en apariencia, pero no son *exactamente* idénticos». Aunque cualitativamente tienen un aspecto similar, esa similitud se rompería una vez que se empieza a mirar a una escala cada vez más pequeña. Libbrecht dijo:
Visualmente, bajo el microscopio, se podría decir que son esencialmente idénticos. Pero si se mira a nivel molecular, están lejos de ser idénticos. Así que si quieres hablar de copos de nieve idénticos, tienes que definir exactamente lo que quieres decir con idéntico.
Por lo tanto, es concebible que dos copos de nieve parezcan idénticos, pero eso está muy lejos de ser idéntico a nivel molecular. El concepto de que dos copos de nieve sean «iguales», entonces, depende de cómo se defina el término.
¿Qué ocurre a nivel molecular?
A nivel molecular, la probabilidad de que dos copos se formen de forma idéntica es matemáticamente imposible, dado el número efectivamente infinito de formas de crear un copo de nieve, nos dijo Liebrich:
El número de formas posibles de disponer las ramas y las ramificaciones laterales es mucho, mucho, mucho mayor incluso que el número total de copos de nieve que han caído en la Tierra.
Además de la imposibilidad de que dos microambientes completamente idénticos para dos copos de nieve crezcan fuera del laboratorio, tampoco es probable que los bloques químicos que componen el copo de nieve sean 100% idénticos. Esto se debe a que en la naturaleza hay una pequeña fracción de isótopos de oxígeno e hidrógeno que son ligeramente más pesados que su forma más común. La idea de que las moléculas de agua anómalas formadas por estos átomos más pesados puedan existir en el mismo lugar en dos copos diferentes es imposible de demostrar y poco razonable de asumir.
¿Qué significa siquiera ser idéntico?
La cuestión de si dos objetos pueden ser literalmente idénticos tiene una rica historia tanto en filosofía como en física teórica. Muchos filósofos sostienen que la cuestión de los copos de nieve idénticos no tiene sentido, ya que no hay dos objetos -incluso los átomos- que puedan ser realmente idénticos.
Esta afirmación se conoce popularmente como «Ley de Leibniz» y ha sido una cuestión filosófica muy debatida, en diversas formas, durante siglos. Aunque el concepto se aplicaría a cualquier cosa que se considere un objeto, los copos de nieve proporcionan una forma atractiva de ilustrar la inverosimilitud de los objetos verdaderamente indistinguibles porque, a pesar de que todos están construidos a partir de moléculas de agua, cada copo de nieve produce individualmente patrones extremadamente intrincados y complejos.
La similitud visual entre los copos de nieve sólo puede lograrse superficialmente bajo condiciones de laboratorio extremadamente controladas. Por ello, calificamos de cierta la afirmación de que no hay dos copos de nieve exactamente iguales.