คณิตศาสตร์ที่น่าทึ่งของเกล็ดหิมะ

ไม่ว่าจะพิมพ์บนกระดาษห่อ ทำเป็นเครื่องประดับ หรือเย็บเป็นถุงเท้าเทศกาล เกล็ดหิมะก็เป็นหนึ่งในรูปทรงที่สามารถระบุตัวตนได้มากที่สุดเท่าที่คุณเคยเห็นมา

Alexey Kljatov, ใบอนุญาต CC แต่ทำไมรูปร่างถึงเป็นเอกฉันท์ ในเมื่อมีคนบอกว่าไม่มีสองเหมือนกัน? วันนี้ GNN พิจารณาคณิตศาสตร์ที่สนุกสนานและฟิสิกส์เทศกาลเพื่อรับข้อเท็จจริงเกี่ยวกับเกล็ดหิมะหก

แฉกที่มีชื่อเสียง

หลายคนคิดว่าผลึกหิมะตามที่ควรจะเรียกว่าเป็นเพียงหยดน้ำที่เยือกแข็ง สิ่งเหล่านี้จะเป็นลูกเห็บ และผลึกหิมะก่อตัวขึ้นในลักษณะที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง และเปลี่ยนแปลงไปเมื่อตกลงมาจากฟากฟ้านอกจากนี้ น้ำ ของเหลว ไอระเหย และน้ำแข็งทั้งสามรูปแบบ จะต้องอยู่ในก้อนเมฆเพื่อให้หิมะตกลงมา

ที่หัวใจของเคมีทุกอย่าง 

อันดับแรกมีการพูดถึงประจุ ในกรณีนี้คือประจุบวกและประจุลบ อะตอมไฮโดรเจนสองอะตอมจับกับด้านหนึ่งของอะตอมออกซิเจน ทำให้ส่วนนั้นเป็นประจุบวก ในขณะที่อีกด้านที่เหลือขาดอะตอมไฮโดรเจนจะมีประจุลบ

ด้านลบดึงดูดโมเลกุลน้ำที่แยกจากกันโดยสิ้นเชิง ซึ่งในที่สุดจะเติบโตในสถานะของเหลว เพื่อสร้างปิรามิดสี่ด้านที่มีโมเลกุลน้ำหกโมเลกุล

ในขั้นตอนนี้ของกระบวนการสร้างผลึกหิมะ

 อาจเป็นไปได้ว่าทั้งสองมีลักษณะเหมือนกันอย่างแท้จริง และไม่มีกฎแห่งธรรมชาติที่แท้จริงที่จะป้องกันไม่ให้คริสตัลทั้งสองมีลักษณะเหมือนกัน (ในฤดูหนาวปี 1988 นักวิทยาศาสตร์ที่ ศูนย์วิจัยบรรยากาศแห่งชาติ Nancy Knight นำเครื่องบินขึ้นสู่เมฆเหนือรัฐวิสคอนซินและพบผลึกหิมะที่เหมือนกันสองก้อน) 

จากชิ้นหิมะสู่ชิ้นโชว์หลังจากขั้นตอนนี้ เมื่อมันกลายเป็นน้ำแข็ง อย่างไรก็ตาม ผลึกหิมะจะเปลี่ยนเป็นรูปหกเหลี่ยม (หกด้าน) และรูปร่างที่สมมาตรสวยงามที่สามารถระบุตัวตนได้ทันทีจะปรากฎขึ้น

มาร์ค นิวเบอร์รี่

นักวิจัยและนักคณิตศาสตร์ของ University of Manitoba Ranganathan Padmanabhan อธิบายกับสื่อในมหาวิทยาลัยของเขาว่าทำไมผลึกหิมะจึงถูกวาดเป็นรูปหกด้านและหกกิ่งเสมอ

“ธรรมชาติเป็นมารดาของความสมมาตรทั้งหมด” เขาเริ่ม “อันที่จริง ความสมมาตรเป็นหลักการจัดระเบียบหลักในการออกแบบของธรรมชาติ” สังเกตรังผึ้งผึ้งก่อนจะอธิบายว่าในระดับโมเลกุล รูปหกเหลี่ยมช่วยให้บรรจุสิ่งของในอวกาศได้แน่นที่สุด ซึ่งหมายความว่าธรรมชาติเป็นประเภทที่ประหยัด

กลัวการล็อกดาวน์ในฤดูหนาวที่มืดมิด? คิดเหมือนคนนอร์เวย์

เมื่อผลึกหิมะตกผ่านเมฆและท้องฟ้า มันจะสะสมน้ำ—ของเหลว ไอระเหย และของแข็ง ซึ่งเมื่อสัมผัสกับความชื้นและอุณหภูมิในระดับต่างๆ กัน จะเริ่มก่อตัวขึ้นในขณะที่มันหมุนลงด้านล่างในรูปแบบวิถีและวิถีที่ไม่สิ้นสุดตามหลักวิชาและ สภาพ ในที่สุดก็สร้างกิ่งก้านหรือแขนของผลึกหิมะที่ห้ามไม่ให้มีความเหมือนกันในสะเก็ดที่ตกลงมา

บทสัมภาษณ์นักอุตุนิยมวิทยา David Epstein ที่ตีพิมพ์ใน  หนังสือพิมพ์ Boston Globe อธิบาย ว่าผลึกหิมะสามารถก่อตัวเป็นเสา เข็ม เพชร และสามเหลี่ยมได้อย่างไรภายใต้สภาพอากาศที่ต่างกัน แต่การก่อ

ตัวหกเหลี่ยมที่เรารู้จักนั้นมีกระบวนการที่คล่องตัวมาก

Ranganathan Padmanabhan ตั้งข้อสังเกตอย่างมีรสนิยมว่า “ดังที่กาลิเลโอเคยกล่าวไว้ คณิตศาสตร์เป็นภาษาที่พระเจ้าเลือกให้แสดงข้อเท็จจริงพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์เหล่านี้” และเสริมว่า “ทฤษฎีกลุ่ม” ซึ่งเป็นรูปแบบที่สำคัญของคำอธิบายแฟชั่น ได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่ออธิบายความสมมาตรในฟิสิกส์ คณิตศาสตร์และชีววิทยา

เพิ่มเติม:  คณิตศาสตร์ที่น่าทึ่งของดอกทานตะวัน …จากนิตยสาร Scientific American ในวันเกิดปีที่ 175 ของพวกเขา

ในขณะที่พวกมันตกลงไปตามละติจูดขั้วโลกและระดับความสูงที่สูงกว่า ผลึกหิมะที่สวยงามซึ่งปกคลุมป่าไม้และบ้านเรือนในรัศมีลูกโลกหิมะมีอีกด้านหนึ่งที่สวยงามสำหรับพวกเขา—ความสมมาตรที่สวยงาม เอกลักษณ์เฉพาะ และคณิตศาสตร์ที่สวยงาม

Credit : สล็อตแตกง่าย