Кенет Г. Либбрехт изучава образуването на ледени кристали от 20 години и е проектирал техника, която му позволява да произвежда две почти еднакви люспи едновременно.
Публикувано на 01.02.2016 г. 20:29 ч. Актуализирано
В лабораториите на Калифорнийския технологичен институт, под интензивното слънце на Пасадена, има човек, който прекарва деня си, правейки снежинки и ги гледа под микроскоп. Кенет Г. Либбрехт От 20 години се опитва да разбере как се образуват тези кристали и какви тайни крие тяхната геометрия. Миналото лято, за изненада на тези, които разбират сложността на тези процеси, физикът успя да създаде две практически еднакви снежинки, които растат едновременно и със същата симетрия.. "Изненадващо не беше много трудно", обяснява той пред Next. „Просто трябва да ги отглеждате нито твърде близо, нито твърде далеч един от друг“.
„Процесът е практически същият като този, който протича в облака“
През последните две десетилетия Либбрехт е разработил различни техники за получаване на снежинки, които след това фотографира и показва на уебсайта си Snowcrystals.. Една от системите, казва ни той, е да се напълни камера с много студен въздух и да се въведе водна пара, така че люспите да започнат да се образуват. "Така че имам много кристали, които се въртят във въздуха, докато растат", казва той. След това изберете тези, които ви харесват най-много и работете с тях индивидуално, докато не изберете най-ефектните. „Процесът е практически същият като този, който протича в облака", обяснява той," те са водни пари, кондензиращи се върху чаша ".
Има големи кристали, които могат да отнемат повече от час, за да се образуват, и малки кристали, които се материализират за няколко минути. За да се постигне хомогенно зародиш, той използва компресиран газ и ускорява някои процеси. Едно от най-любопитните явления е, че различни видове люспи се образуват при различни температури. "Това е нещо, което е известно от 75 години, но не знаем защо се случва", казва той. Чрез регулиране на температурата и влажността, Libbrecht може да манипулира модела на люспите и да снима различните форми. При -10 С се създават плоски ледени цветя, при -2 С се появяват триъгълни кристали; ако поставите повече влага, излизат повече ръце.
На 57 години той е видял милиони люспи и е изследвал симетричните им форми от всички гледни точки. Когато започна това, той признава, че искаше да разбере как растат всички кристали, но той се фокусира върху леда по някаква причина: за проучването му не му трябваха много пари. Въпреки че е видял много кристали в дивата природа, истинската му страст е да ги отглежда от въздуха и да създава условия да имат определена форма. „Мога да ги направя по-големи и по-съвършени, отколкото съм виждал в природата"Казва.„ Мисля, че ми е по-добре да ги направя в лабораторията, отколкото да ги намеря навън. ".
Различни видове люспи се образуват при различни температури
Последното му постижение е да получи две „еднакви“ люспи. това е доста пример за важността на условията при лабораторни експерименти. Поставя ги един до друг, на няколко милиметра един от друг, защото има критична точка, от която люспите се сблъскват или са в различни условия на влажност и температура. „Ако ги отдалечите, те не растат при същите условия и ако ги приближите, едното пречи на другото, те трябва да са на оптималното разстояние ", обяснява той. И все пак двата кристала не са абсолютно еднакви и не биха могли да бъдат." Ако погледнете внимателно, ще видите, че е невъзможно две неща да си приличат - два електрона са равни, например, но нищо плюс. В по-големите неща винаги намирате малки разлики. Обичам да ги наричам идентични близнаци тъй като те са като еднояйчни близнаци, те са много сходни, но наистина не са напълно еднакви".
Кенет Г. Либбрехт, в лабораторията си в Калтех
Очарованието от симетрията и красотата на ледените кристали датира много назад. През 135 г. сл. Н. Е китайският Хан Ин беше изненадан от факта, че растенията и цветята имаха симетрия в пет точки, но люспите имаха симетрия от шест. Около 1611 г. германският астроном Йоханес Кеплер Разхождаше се из град Прага, когато беше очарован от малко сняг върху ревера на палтото си. "От Херкулес! Имаше нещо по-малко от капка, но надарено с форма", пише той в своята работа Strena seu de nive sexangula ("Шестоъгълната снежинка"). Кеплер подозира, че определени геометрични фигури, като платоновите твърди тела, лежат в основата на образуването на материя. Снегът трябва да бъде опакован така, помисли си той, заради начина, по който се опаковат частиците, които го съставят, въпреки че той все още беше много далеч от това да знае какво е атомът и че шестоъгълната форма се дължи на начина, по който H молекулите са структурирани
В продължение на векове симетрията на ледените люспи става обект на всякакви трактати и изследвания и са създадени десетки каталози с илюстрации в най-красивите им форми. През 1885 г. фотограф на име Уилсън Бентли Той беше много успешен със своите снимки на люспи, всички перфектни и симетрични, които продаваше в красиви каталози. Противоречието и конфронтацията се случиха, когато германският метеоролог Густав Хелман, с помощта на фотографа Рихард Нойхаус, те започнаха да фотографират снежни кристали и откриха тази симетрия, изобщо нищо. „Човек беше толкова свикнал с математическата закономерност в конструкцията на люспите, че е малко разочароващо да не го намериш“, пишат те. Нойхаус дори обвини Бентли, че фалшифицира реалността, за да я направи по-красива.
Известните люспи, заснети от Уилсън Бентли
„Е, не е нужно да сте учен, за да видите това“, обяснява Либбрехт, „стига да излезете и да видите снега, добре, люспите не са предимно симетрични.. Те се сблъскват с други кристали, вятърът ги счупва ... Понякога получавате такъв, който е почти симетричен, и разбира се, винаги избирате този за снимката, не вземате грозния. Затова винаги снимаме красиви примери, а не другите. "Точно в университета в Юта, физикът Тим Гарет по-скоро търси обратното. Екипът му е разработил техника за снимане на люспите в три измерения в естественото им състояние, докато падат. Техните изображения са още едно доказателство, че симетрията е артефакт, който въвеждаме с нашите наблюдения.. "Люспите почти никога не са съставени от един прост кристал", казва той. "По-скоро преживява вид" замръзване ", когато милиони капки вода се сблъскват с люспичката и замръзват на повърхността й. Или се сблъскват и образуват агрегати".
Изображение: Тим Гарет, Университет в Юта
Нейната система, наречена "Многоъгълна камера за люспи”, Предстои патент и включва три високоскоростни камери и два сензора за движение, които позволяват люспите да замръзнат при падане. Гарет е много ясен, че типичните снимки на люспи, върху стъкло, идеално фокусирани и с идеалната светлина, не отразяват реалността на явлението в природата. Но да, признава той, макар че те не са симетрични "люспите са очарователни и никой не си прилича наистина.”. Ето защо работата на Либбрехт е толкова интересна: тя показва, че колкото и контролирани да са условията в дадено пространство, разстояние от само 1 мм води до промени, които променят нещо толкова деликатно като образуването на кристал. Полезност? Истината е, че за него това няма значение, защото крайната му цел е да разбере процеса, чрез който се образуват кристалите. „Това са основни изследвания", уточнява той," но по някакъв начин правя това просто заради това колко красиво е. "И ни напомня, че той е просто" един от хората, които обичат да отварят нещата и да виждат как работят.".