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了。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为“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,那就是雪花为什么是六条腿。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。
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,他的眼光却是非比寻常。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。笛卡尔写下上述言论不久,英国博物学家罗伯特·虎克(RobertHooke)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。
此处略去200多年,因为人类并无什么大长进,直至1885年……
近代科学,美国通常都会瓜分一份田,这次却是一位农民,威尔逊·本特利(WilsonBentley)。
这位出生在美国佛蒙特州的农民,从小就特别喜欢雪花。15岁时,他就拿着一台显微镜在农舍里观察雪花。
1885年1月15日的暴风雪中,本特利拍到了第一张雪花的显微镜照片。这张照片产生于冰天雪地中一架连了显微镜的相机匣子。
后来,他发表文章说:“虽然给雪花拍照是细致活儿,但并不困难。困难之处就在于,这项工作必须在零下温度中完成,并且需要身体暴露在严寒中。”
此后的数十年中,这位“雪花晶体摄影师”拍下了5000多幅雪花照片,其中每一片都不尽相同。
死神选择在圣诞前夜,让这位“雪花人”在自家农场踏雪而去,寻找雪花的源头。
临行前不久,他说:“雪花是美的奇迹,人们无法看到并仰慕这种美,是无比遗憾的事。每一片都是绝作,并无备份;一朵晶莹的雪花消融,一份独特的设计就将再不为人们所见。美这样逝去,不留下半点足迹。”
悲伤的故事讲到这里为止。
让我们转动地球仪——上世纪30年代,亚洲人终于在这个故事中登场。日本北海道的中谷宇吉郎(NakayaUkichiro)本是位核物理学家。由于没有核物理研究资源,他只好用“金箍棒打苍蝇”,结果打得很有成效,因为当地雪花资源丰富。
此人虽然不如上文的本特利能照美人相,但毕竟是科班出身。他没有选最光鲜最对称的雪花作为模特,而是全面记录了各种“雪形”,并进行了系统分类。他发现尽管雪花的形状千姿百态,却万变不离其宗,其中六角形雪片和六棱柱状雪晶是最基本形态,其他大多是这两种基本形态的发展、变态或组合。1936年,中谷宇吉郎成功地研制出人造雪。
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