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【中配】雪花是怎么形成的,为什么是六边形,揭开雪花神秘面纱 雪花真的每一片都不同吗?为什么它们通常是六角形的,而且如此对称?这期视频中,世界顶尖的雪花专家 Ken Libbrecht 博士,他不仅是《冰雪奇缘》的雪花顾问,更在实验室里通过物理学手段“设计”出了超越自然的雪花。 1. 核心定义:什么是“设计师雪花”? Ken 博士:作为雪花物理学的泰斗,他在实验室里利用高压电和精准的温控系统,亲手培育雪花 [01:06]。 设计师雪花:不同于自然界中因下落而受损的雪花,实验室雪花有着极其锋利、清晰的边缘 [02:52]。通过调整温度和湿度,Ken 可以在同一片雪花上按需“生长”出分支或平滑的表面 [01:40]。 2. 问题的本质:雪花的成因与六角对称之谜 六角形基石:雪花的形状源于水分子的极性。氢键的作用使水分子在结冰时自然排列成六角形的分子晶格 [06:49]。 对称性之谜:雪花的六个分支之所以如此相似,并不是因为它们之间有某种信号交流,而是因为整片雪花在下落过程中,其六个角经历的温度和湿度变化是完全一致的 [10:51]。 3. 关键转折点:Nakaya 图表与雪花形态学 中谷宇吉郎 (Ukahiro Nakaya):20 世纪 30 年代,这位日本物理学家首次系统研究了雪花,并发现形状完全取决于两个因素:温度和过饱和度(湿度) [09:17]。 形状变化规律: -2°C 左右:形成板状。 -5°C 左右:形成柱状或针状。 -15°C 左右:形成最精美的星状板。 更低温度:再次回到柱状和板状的交替 [09:40]。 4. 探索深处:成核壁垒与物理学新模型 为什么温度的微小变化会导致雪花从扁平的“板状”突变为细长的“柱状”? 成核壁垒 (Nucleation Barriers):在冰晶表面增加新的一层分子非常困难。如果顶面的成核壁垒更低,雪花就向上长(柱状);如果侧面的壁垒更低,雪花就向外长(板状) [13:51]。 Ken 的新假说:他提出在特定的温度(如 -4°C 和 -15°C 附近),边缘极窄处的成核壁垒会发生骤降 [15:04]。实验结果目前高度支持这一假说 [16:21]。 原视频标题:The Snowflake Myth 原作者:Veritasium #青年创作者成长计划
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