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　　奥秘无穷的雪花

　　你仔细认真观察过雪花吗？在放大镜下，我们将观察到一个丰富多彩的雪花世界。它们洁白素雅，旖旎多姿。有的如同六片扇叶，有的就像晶亮的六角形，有的宛如六角花，有的像洁白的棉絮，有的似一根根银针，或一条条玉柱．....．尤其是雪花的六角形图案，美丽对称，早为古人所关注。汉代《韩诗外传》就说："草木之花多五出，独雪花六出。"

　　雪花在气象学中叫做"雪晶"，它属晶体。所有固态物质分属两大家族，一是晶体，如食盐、水晶、金刚石和石墨等，它们一般有规则的外形；一是非晶体，如松香、沥青、玻璃等，它们没有规则的外形。构成晶体的分子、原子或离子是按照一定的规则排列的，就如运动员表演"叠罗汉"时，每个"罗汉"在空间都有一定的位置。晶体可由某一基本结构重复叠建构成，宛如长方体或正方体可由作为基本结构的长方体砖块构成一样，这个基本结构叫做晶格。晶体的特性(如形状及其他物理特性)就决定于晶格。雪花形态琳琅满目，这表明同一晶体可以有不同的晶格。例如，金刚石和石墨都是由碳原子构成的晶体，前者坚硬，可用来切割玻璃；后者绵软，可用作铅笔芯。原因就是两者的晶体截然不同。金刚石中的原子排列成一个坚强的整体，而石墨却排成一片片六角形。

　　上述晶格可叠成雪花，并非意指雪就是这样形成的，那只是物理学家研究晶体特性的一种方法。按照J.S．拉格于1980年提出的"雪花树枝增长模型"，它是从一个被过冷水汽包围的冻结核上生长出来的。假设一个冻结核被过冷水汽包围，于是形成固体(冰结核)和液体(过冷水)的交界面。水汽被冻结时，要释放出热量(叫做潜热)。冬天结冰时，常见冰块上方有水雾，这就是结冰时释出的潜热引起的。潜热得通过交界面扩散或输送出去，交界面是向四周凸起，不断扩大，最终形成各种外形(如六角形)的树枝状。树枝状的交界面还使周围的过冷水汽易于在其顶端冰结。于是冰晶的生长过程就由交界面的形状和扩散能力决定。拉格据此建立了一组冰晶生长的方程，但方程很复杂(非线性，且边界条件复杂多变)，求解几乎不可能。

　　按照曼德尔布劳的理论，雪花在数学上可用分形理论描述，它具有复杂的自相似结构。雪花于是可通过计算机模拟出来。L.M．桑德和S．沃尔夫拉姆已分别于1981年和1983年采用不同的方法进行了模拟，分别提出了"随机游动模似法"和"细胞自动机方法"。

　　雪晶的外形与它形成时的温度有关。温度在-30C～-80C 时成针状；-80C～-250C时成片状或扇形星状(-100C～-200C时也可能成六角形的"星枝状")。再冷，便成玉柱状。温度低于-300C时，雪花则是棱柱簇，几个晶亮的棱柱聚成一枝美丽的花。

　　雪花长自大自然。迄今有关它们的所有模型(包括上述树枝增长模型)都难以圆满解释它们是怎样形成的。科学家认为，若能将它们的形成机理搞清楚，将对凝聚态形成的探索及对医学、生物学、流体力学等领域中各种生长现象的研究产生重大影响。雪花貌似简洁，它原来还深藏"禅理"呢。 探秘蓝色星球【富媒体版】