Frasen ”inga två snöflingor är exakt likadana” väcker förundran hos barn överallt – men vad säger vetenskapen om denna ofta upprepade sanning? Kort sagt, skalan spelar roll när man gör påståenden om hur lika två objekt kan vara.
På visuell nivå kan man med dyr laboratorieutrustning skapa snöflingor som ser ganska identiska ut. På molekylär nivå är chansen för två identiska snöflingor så astronomiskt liten att den anses omöjlig.
Hur bildas snöflingor?
På sin webbplats förklarar Kenneth G. Libbrecht, ordförande för fysikavdelningen vid California Institute of Technology och en välkänd snöflingefotograf, att inne i ett moln påverkar små förändringar i mikromiljön runt en snöflinga dess form. Det beror på att dessa förändringar tvingar snöflingan att växla mellan två olika kristalliseringsprocesser – fasettering och förgrening.
Fasettering, den enklare av de två processerna, ger sexsidiga prismor tack vare den atomära strukturen hos frusna vattenmolekyler. Bildandet av dessa hexagonala prismor ger snöflingorna deras berömda sexsidiga symmetri.
Enkla sexkantiga prismor som framställs genom fasettering. Credit: snowflakes.com.
Breddning producerar de kaotiska egenskaperna som sträcker sig bort från de växande hexagonala prismorna; förgrening sker eftersom hörnen på dessa prismor drar till sig kristalliserande vattenånga snabbare än de plana ytorna:
Basisexempel på förgrening. Credit: snowflakes.com.
Det upprepade skiftet mellan dessa två former av kristalltillväxt bestämmer i slutändan en snöflingas egenskaper, förklarar Libbrecht:
När kristallen tumlar genom molnen upplever den ständigt skiftande temperaturer och luftfuktigheter, och varje förändring får armarna att växa lite annorlunda. Den slutliga snökristallens exakta form bestäms av den exakta väg som den tog genom molnen. Men de sex armarna tog alla samma väg och upplevde därför samma förändringar vid samma tidpunkter.
Kan två snöflingor se likadana ut?
Med hjälp av exakt kontrollerade temperatur- och luftfuktighetsförhållanden i sitt Caltech-laboratorium har Libbrecht skapat många ”designersnöflingor” och kan till och med styra den slutliga formen i viss mån. Med hjälp av denna teknik har han genererat vad han kallar ”enäggstvillingar” som dessa snöflingor:
Leibbrecht berättade via e-post att han beskriver dessa likadana flingor som ”enäggstvillingar” eftersom de, i likhet med mänskliga tvillingar, ”är helt klart ganska lika till utseendet, men de är inte *exakt* identiska”. Även om de kvalitativt sett ser likadana ut, skulle denna likhet brytas ner när man börjar titta på en allt mindre skala. Libbrecht sade:
Visuellt, i mikroskop, kan man säga att de i huvudsak är identiska. Men om man tittar på den molekylära nivån är de långt ifrån identiska. Så om man vill tala om identiska snöflingor måste man definiera exakt vad man menar med identiskt.
Det är därför tänkbart att två snöflingor ser identiska ut, men det är långt ifrån att de är identiska på molekylär nivå. Begreppet att två snöflingor är ”likadana” beror alltså på hur begreppet definieras.
Vad händer på molekylär nivå?
På molekylär nivå är sannolikheten att två flingor bildas på samma sätt matematiskt omöjlig med tanke på det i praktiken oändliga antalet sätt att skapa en snöflinga, berättade Liebrich:
Antalet möjliga sätt att ordna grenar och sidogrenar är långt, långt, långt, långt större än till och med det totala antalet snöflingor som någonsin har fallit på jorden.
Ovanpå omöjligheten av två helt identiska mikromiljöer för två snöflingor att växa utanför laboratoriet, är de kemiska byggstenarna som utgör snöflingan sannolikt inte heller 100 procent identiska. Det beror på att det i naturen finns en liten andel syre- och väteisotoper som är något tyngre än deras vanligare form. Tanken att de anomala vattenmolekylerna som består av dessa tyngre atomer skulle kunna finnas på samma plats i två olika flingor är både omöjlig att påvisa och orimlig att anta.
Vad betyder det ens att vara identisk?
Frågan om huruvida två objekt kan vara bokstavligen identiska är en fråga som har en rik historia inom både filosofi och teoretisk fysik. Många filosofer anser att frågan om identiska snöflingor är meningslös, eftersom inga två objekt – inte ens atomer – verkligen kan vara identiska.
Detta påstående kallas populärt för ”Leibniz’ lag” och har varit en livligt debatterad filosofisk fråga, i olika former, i århundraden. Även om begreppet skulle gälla för allt som betraktas som ett objekt är snöflingor ett attraktivt sätt att illustrera det osannolika i att det finns verkligt omöjliga objekt som inte går att särskilja, eftersom varje snöflinga, trots att de alla är uppbyggda av vattenmolekyler, individuellt ger upphov till extremt invecklade och komplexa mönster.
Visuell likhet mellan snöflingor kan endast uppnås ytligt sett under extremt kontrollerade laboratorieförhållanden. Därför anser vi att påståendet att det inte finns två snöflingor som är exakt likadana är sant.