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雪花秘史:是谁发现了它有六条腿?

作者:刘 旸 来源:《中国青年报》 发布时间:2011年02月25日 点击数: ( 字体: )

 
 
肯尼思·利伯布雷赫特拍摄的雪花照片
 
编者按:2011年2月9日,北京在经历了108天的干旱后终于迎来了今冬的第一场降雪。在缓解了北京60年来最严重的一场冬旱的同时,这股冷空气还光顾了中国的大部分地区,随之而来的降雨和降雪部分缓解了当地的旱情。
 
400年前,在德国也下了一场雪。这场雪催生了世界上第一篇论述雪花的科学论文。科学家开普勒看到漫天飞舞的雪花,写下了雪花为什么有六条腿的文章。正如他在论文的首页上所说“一份给朋友的新年礼物”,以下这篇讲述雪花研究史上逸闻趣事的文章,也是我们送给读者朋友的新春礼物。
 
又是一年圣诞节,穷困潦倒的德国天文学家开普勒徜徉街头。这位皇家科学家很是沮丧,原因是粗心大意的皇帝鲁道夫二世忘记发薪水已经好几个月。开普勒对朋友真够意思,尽管兜里没有一文钱,还是希望送上一份礼物。他仰天长叹道:“啊,上帝!除了Nothing之外,一个拥有Nothing、收获Nothing的人还能送什么呢?”
 
在17 世纪初的这天,上帝真从天堂给他扔下来一个Nothing ……
 
 Nothing,英语的意思是“没什么东西”,在德语里是Nix,相同的拼写在拉丁语中意味着“雪花”。开普勒思量着,雪花捧在手里送去会化,总不好叫朋友从温暖的壁炉边跑到冰天雪地来接受这份礼物。科学家别的不会,会写论文啊!于是开普勒洋洋洒洒来了篇拉丁语论文。
 
1611年,这篇题为《论六角形雪花》的论文问世。其中提到的问题我们小时候大都问过,那就是雪花为什么六条腿。由于急着要送出礼物,开普勒没空花300年时间发明X射线衍射技术。他摇头晃脑地推测说,六边形、三角形和正方形是仅有的能紧密排布成一个平面而不留白的形状(不信你画画)。至于雪花为什么不是三角形和正方形,他说:“你看,人家小蜜蜂的蜂巢都是六边形。”……问题就这样被糊弄过去了。
 
合上论文,他在首页写上“一份给朋友的新年礼物”。这份很轻的礼物是名副其实的“情意重”。400年来,每当我们提到雪花研究,都会首推这篇诞生于贫寒与友情的学术论文。
 
完全对称的六角小精灵,在自由的空气与狂躁的风中,悠闲地降生
 
天文学家的观察毕竟不拘小节。20年后,数学家、哲学家笛卡尔才第一次详细描述了雪花的外形。和开普勒一样,这位科学巨人的观察也仅限于肉眼观察。不过,他的眼光非比寻常。除了不同形态的六边形,他还记录了极其罕见的带帽冰棱柱和十二面体结构的雪花。
 
在观察笔记中,笛卡尔赞叹道:“完美的六边形啊!边是如此直,夹角是如此相等,粗手笨脚的人类简直没戏……我绝对想象不出来,这些完全对称的六角小精灵如何在自由的空气与狂躁的风中悠闲地降生。咦,或许正是风神信手令小精灵在云朵上下翻飞,并在那里托住了它们轻盈的身躯;使它们来得及左顾右盼,遵照自然固有秩序的启蒙,把自己琢磨成六片棱角的模样?”
 
时光机继续运转,生物学家无处不在。笛卡尔在荷兰的床上(笛卡尔一生都身体虚弱,所以有一种起居习惯,长篇作品都是在床上写成的)写下上述言论不久,英国博物学家罗伯特·虎克(Robert Hooke)便端起亲手打磨的显微镜,排除万难,将周遭一切小东西塞到镜头下偷看。
 
在著作《显微图谱》的书页上,读者看到干树皮的细胞,小花小草,苍蝇、跳蚤等生物聚在一起开party时,突然指着一页惊叫:“咦,这些六片棱角的异类是什么?”
 
尽管只是毫不惹眼地点缀在书页的边角,这些手绘的雪花图案意义仍然很大,此乃人类首次具体记录雪花之形态。
 


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