Firma „nu există doi fulgi de zăpadă exact la fel” stârnește uimire în inimile copiilor de pretutindeni – dar ce spune știința despre acest truism des repetat? Pe scurt, că scara contează atunci când se fac afirmații despre cât de asemănătoare ar putea fi două obiecte.
La nivel vizual, cu echipamente de laborator costisitoare, se pot crea fulgi de zăpadă care arată destul de mult identici. La nivel molecular, șansa de a avea doi fulgi de zăpadă identici este atât de mică din punct de vedere astronomic, încât este considerată imposibilă.
Cum se formează fulgii de zăpadă?
Pe site-ul său, Kenneth G. Libbrecht, președintele departamentului de fizică de la Institutul de Tehnologie din California și un cunoscut fotograf de fulgi de zăpadă, explică faptul că în interiorul unui nor, mici schimbări în micro-mediul din jurul unui fulg de zăpadă îi influențează forma. Acest lucru se datorează faptului că aceste schimbări forțează fulgul de zăpadă să treacă de la un proces de cristalizare la altul – fațetare și ramificare.
Fațetarea, cel mai simplu dintre cele două procese, produce prisme cu șase laturi datorită structurii atomice a moleculelor de apă înghețată. Formarea acestor prisme hexagonale conferă fulgilor de zăpadă faimoasa lor simetrie cu șase fețe.
Prizme hexagonale simple produse prin fațetare. Credit: snowflakes.com.
Branșarea produce trăsăturile haotice care se extind în afara prismelor hexagonale în creștere; ramificarea are loc deoarece colțurile acestor prisme atrag vaporii de apă care se cristalizează mai repede decât suprafețele plane:
Exemplu de bază de ramificare. Credit: snowflakes.com.
Schimbarea repetată între aceste două moduri de creștere a cristalului determină, în cele din urmă, caracteristicile unui fulg de zăpadă, explică Libbrecht:
În timp ce se rostogolește printre nori, cristalul experimentează temperaturi și umidități în continuă schimbare, iar fiecare schimbare face ca brațele să crească puțin diferit. Forma exactă a cristalului de zăpadă final este determinată de calea precisă pe care a parcurs-o prin nori. Dar toate cele șase brațe au urmat aceeași traiectorie, astfel încât fiecare a experimentat aceleași schimbări în aceleași momente.
Pot doi fulgi de zăpadă să semene unul cu celălalt?
Utilizând condiții de temperatură și umiditate controlate cu precizie în laboratorul său de la Caltech, Libbrecht a creat mulți „fulgi de zăpadă de design” și poate chiar controla forma finală într-o anumită măsură. Folosind această tehnologie, el a generat ceea ce el numește fulgi de zăpadă „gemeni identici” ca acesta:
Leibrich a declarat prin e-mail că el descrie acești fulgi cu aspect similar ca fiind „gemeni identici” deoarece, la fel ca și gemenii umani, „sunt în mod clar destul de asemănători ca aspect, dar nu sunt *exact* identici”. Deși calitativ au un aspect similar, această asemănare s-ar destrăma odată ce începi să privești la o scară din ce în ce mai mică. Libbrecht a spus:
Vizual, la microscop, se poate spune că sunt în esență identice. Dar dacă te uiți la nivel molecular, ele sunt departe de a fi identice. Așadar, dacă vrei să vorbești despre fulgi de zăpadă identici, trebuie să definești exact ce înțelegi prin identic.
Este deci imaginabil ca doi fulgi de zăpadă să pară identici, dar asta este departe de a fi identici la nivel molecular. Conceptul ca doi fulgi de zăpadă să fie „identici”, deci, se bazează pe modul în care este definit acest termen.
Ce se întâmplă la nivel molecular?
La nivel molecular, probabilitatea ca doi fulgi să se formeze identic este matematic imposibilă, având în vedere numărul efectiv infinit de moduri de a crea un fulg de zăpadă, ne-a spus Liebrich:
Numărul de moduri posibile de a aranja ramurile și ramurile laterale este mult, mult, mult, mult mai mare chiar decât numărul total de fulgi de zăpadă care au căzut vreodată pe Pământ.
Pe lângă imposibilitatea existenței a două microambite complet identice pentru ca doi fulgi de zăpadă să crească în afara laboratorului, probabil că nici componentele chimice care alcătuiesc fulgul de zăpadă nu sunt 100% identice. Acest lucru se datorează faptului că în natură există o mică fracțiune de izotopi de oxigen și hidrogen care sunt ușor mai grei decât forma lor mai comună. Ideea că moleculele de apă anormale alcătuite din acești atomi mai grei ar putea exista în același loc în doi fulgi diferiți este atât imposibil de demonstrat, cât și nerezonabil de presupus.
Ce înseamnă chiar să fii identic?
Întrebarea dacă două obiecte pot fi literalmente identice este una cu o istorie bogată atât în filosofie, cât și în fizica teoretică. Mulți filozofi susțin că întrebarea despre fulgii de zăpadă identici este inutilă, deoarece niciun obiect – nici măcar atomii – nu poate fi cu adevărat identic.
Această afirmație este denumită popular „Legea lui Leibniz” și a fost o întrebare filozofică dezbătută viguros, în diferite forme, timp de secole. În timp ce conceptul s-ar aplica oricărui lucru considerat obiect, fulgii de zăpadă oferă o modalitate atractivă de a ilustra implauzibilitatea obiectelor cu adevărat imposibil de distins, deoarece, în ciuda faptului că toți sunt construiți din molecule de apă, fiecare fulg de zăpadă produce în mod individual modele extrem de complicate și complexe.
Similitudinea vizuală între fulgii de zăpadă poate fi obținută doar în mod superficial în condiții de laborator extrem de controlate. Ca atare, calificăm drept adevărată afirmația că nu există doi fulgi de zăpadă exact la fel.
.