ویاتک | اخبار حوزه دانش، فناوری و تکنولوژی به همراه مطالب علمی جذاب

آیا دانه‌های برف شبیه یکدیگر هستند؟

+

کنت لیبرچت، استاد فیزیک موسسه فناوری کالیفرنیا در پاسادنا بیان می‌کند که:

این یکی از سوالاتی است که همیشه وجود داشته است. من فکر می‌کنم که همه ما در مدرسه ابتدایی این جمله قدیمی را یاد می‌گیریم که هیچ دو دانه برفی شبیه یکدیگر نیستند.

لیبرچت بیشتر وقت خود را صرف تفکر پیرامون مورادی چون سیاه چاله‌ها و امواج گرانشی می‌کند. اما سال‌ها بومیان داکوتای شمالی به دنبال راز پدید آمدن اشکال متنوع دانه‌های برف از یک عنصر واحد یعنی آب بودند. خب با این حال آیا می‌توان دانه برف دقیقاً یکسان پیدا کرد؟ لیبرچت چنین می‌گوید که:

می‌توان آن‌ها را در آزمایشگاه ساخت. در طبیعت نیز ممکن است، ولی به احتمال زیاد شما نمی‌توانید دو دانه برف را که دقیقاً شبیه یکدیگر باشند پیدا کند و این به آن چیزی که در ابرها ساخته شده است بازمی‌گردد.

مولکول‌های آب هر کدام از یک اتم اکسیژن و دو اتم هیدروژن ساخته شده‌اند. کریستال‌های برف وقتی شکل می‌گیرند که هوای مرطوب، سرد می‌شود و مولکول‌های آب شروع به چسبیدن به یکدیگر می‌کنند. مولکول‌های آب به شکل یک حلقه ۶ ضلعی با پیوند بین هیدروژن یک مولکول و اکسیژن مولکول دیگر در کنار یکدگیر قرار می‌گیرند. به همین ترتیب که مولکول‌های بیشتری به کریستال در حال رشد می‌پیوندند، این الگوی ۶ ضلعی تکرار می‌شود.

لیبرچت در اتاق خود در آزمایشگاه دستگاهی را ساخت که شرایط موجود در ابرها تقلید می‌کرد. لیبرچت در پایین اتاق یک ظرف آب گرم را نگه‌داری می‌کند که آب را تبخیر کرده و اتاق را با بخار آب پر می‌کند. هنگامی که هوا مرطوب می‌شود، لیبرچت هوای داخل محفظه را به صورت ناگهانی متراکم می‌کند و به دنبال آن دمای داخل محفظه کاهش پیدا می‌کند. این انفجار هوای سرد سبب می‌شود که مولکول‌های آب به یکدیگر متصل شوند و بلورهای یخ کوچکی را تقریباً به اندازه قطر موی انسان شکل دهند.

در ابرها، کریستال‌ها معمولاً اطراف یک ذره غبار میکروسکوپی تشکیل می‌شوند. اما اگر بخار آب با سرعت کافی سرد شود، کریستال‌ها می‌توانند فقط از مولکول‌های آب تشکیل شوند. لیبرچت می‌گوید:

در این زمان آن‌ها فقط ۶ ضلعی‌های کوچکی هستند که ما آن‌های را بلورهای بذر می‌نامیم.

پس از چند لحظه شناور ماندن درون محفظه، کریستال‌های کوچک رشد می‌کنند و به اندازه کافی سنگین می‌شوند تا سقوط کنند. در این هنگام لیبرچت آن‌ها را گرفته و بر روی یک یخچال کوچک صفحه‌مانند قرار می‌دهد. او سپس رطوبت و دما را تنظیم می‌کند و با استفاده از میکروسکوپ بزرگ شدن بلورها را تماشا می‌کند.

لیبرچت چنین می‌گوید که:

پس مقداری تمرین می‌توانید بلورهایی بسازید که طبق الگویی که شما می‌خواهید رشد می‌کنند. من می‌توانم صفحات خوبی بسازم، یا دستگیره را بچرخانم تعدادی شاخه یا شاخه جانبی بسازم. شما می‌توانید نوع کریستال‌های برف را طراحی کنید.

لیبرچت متوجه شد وقتی که در یک زمان و شرایط واحد چند کریستال را بر روی یک صفحه رشد می‌دهد، نتیجه کریستال‌های مشابه هستند! لیبرچت در این باره می‌گوید:

من دوست دارم آن‌ها را دانه‌های برف دوقلوی یکسان بنمامم، زیرا مانند انسان‌های دوقلو، آن‌ها دقیقاً یکسان نیستند اما بسیار بسیار شبیه یکدیگرند.

در طبیعت دانه‌های برف با یکدیگر سفر نمی‌کنند، در عوض هر کدام مسیر خود را از طرق ابرها طی کرده و شرایط متفاوتی را در زمان‌های مختلف تجربه می‌کند. از آن‌جایی که هر دانه برف مسیر متفاوتی را طی می‌کند، دانه‌های برف نسبت به یکدیگر اندکی متفاوت هستند.

مطالعه چگونگی رشد کردن کرسیتال‌ها یخ تنها به منظور طراحی دانه‌های برف انجام نمی‌شود، بلکه راهی برای درک و کنترل مسیر رشد بلورهاست. و این موضوع مهمی است چرا که ما از کریستال‌ها در دستگاه‌های الکتریکی استفاده می‌کنیم. لبیرچت بیان می‌کند که:

حتی با وجود چیزهای بسیار مهمی چون نیمه‌هادی‌ها در رایانه‌ها، ما واقعاً رشد کریستال‌ها را خیلی خوب درک نمی‌کنیم. دستورالعمل‌هایی برای ساخت آن ویفرهای سیلیکونی وجود دارد که ستون فقرات این میکروچیپ‌ها را تشکیل می‌دهند، اما اغلب آن‌ها فقط با آزمون و خطا انجام می‌شوند.

منبع:

واکنش شما:
like
1
love
0
haha
1
wow
0
sad
0
angry
0

دیدگاه ها

0 دیدگاه

اشتراک دیدگاه
avatar

wpDiscuz

© تمامی حقوق برای وبسایت ویاتک محفوظ است. نقل مطالب سايت تنها با ذکر و لینک به منبع مجاز است.