مصاحبه با کنت لیبرشت: یک نظریه متحد بزرگ در مورد دانه های برف

جاشوا هوگگو: چه چیزی شما را به دانه های برف علاقه مند کرد؟

بارش برف در پاسادنا، کالیفرنیا آنقدر نادر است که تقریباً بی سابقه است. به جز، در مؤسسه فناوری کالیفرنیا، جایی که کنت لیبرشت می تواند آن را با استفاده از پیچیده ترین تجهیزات تولید دانه های برف در جهان تجسم کند.

چگونه این معما را بررسی کردید؟

سوال بزرگ در مورد دانه های برف چه بود؟

آیا کار شما چیزی در مورد اینکه برف در دنیاهای دیگر مانند قمر یخی زحل انسلادوس چگونه خواهد بود به ما می گوید؟

چه نوع سؤالاتی در مورد دانه های برف بی پاسخ مانده است؟

درباره این موضوعات بیشتر بدانید:


منبع: https://www.newscientist.com/article/mg25233653-800-kenneth-libbrecht-interview-a-grand-unified-theory-of-snowflakes/?utm_campaign=RSS%7CNSNS&utm_source=NSNS&utm_medium=RSS&utm_content=home

من می‌توانم دستگیره‌ها را بچرخانم تا دقیقاً شرایط را کنترل کنم، تا این دانه‌های برف طراح را تهیه کنم.

وقتی این روزها زیر برف بیرون می روید، آن را در نور جدیدی می بینید؟

انتشار مولکول‌های آب در هوا بر رشد دانه‌های برف تأثیر می‌گذارد به گونه‌ای که اثرات مولکولی را افزایش می‌دهد تا لبه‌های نازکی که در کریستال‌های ستونی صفحه‌شکل و توخالی دیده می‌شود، ایجاد شود. زمانی که من کریستال ها را در خلاء رشد می دهم، هیچ کدام از این ها اتفاق نمی افتد. بنابراین، بله، تفاوت هایی در برف در سیارات دیگر وجود خواهد داشت. اگر جو وجود نداشته باشد، کریستال های بلوکی دریافت خواهید کرد، اما در فشار بالا، کریستال های فوق العاده ریز دریافت خواهید کرد. البته، شیمی اتمسفر نیز می تواند آن را به گونه ای تغییر دهد که پیش بینی آن دشوار است.

تصویر پیش فرض New Scientist

با حسن نیت از کنت لیبرشت

کن لیبرشت

مدل من خیلی پیچیده است. اما این پیش بینی های زیادی است و من می خواهم آنها را آزمایش کنم، ببینم چه اتفاقی می افتد، و امیدوارم مدل را اصلاح کنم. یکی از پیش بینی ها این است که اتفاقات جالبی برای دانه های برف در نزدیکی نقطه ذوب آنها رخ می دهد. ممکن است چیزی را ببینید که به آن پیش ذوب می گویند، جایی که بیشتر دانه های برف یک کریستال سفت و سخت است، اما در سطح مولکول ها بی نظم می شوند. من سعی کردم آن را کشف کنم. من همچنین در تلاش برای ساختن کریستال های بزرگتر هستم. دوست دارم بزرگترین دانه برف دنیا را بسازم. دلیل خاصی وجود ندارد … همیشه چیز جدیدی برای امتحان کردن وجود دارد.

تاپ شش گوش

کنت لیبرشت: یک روز با یکی از شاگردانم در حال جویدن چربی بودیم و در مورد چگونگی رشد کریستال ها و شکل گرفتن آنها صحبت می کردیم. ما شروع کردیم به فکر کردن در مورد اینکه چه چیزی می توانیم در این زمینه مطالعه کنیم و فکر کردم، خوب، آب ارزان و آسان خواهد بود. بنابراین فکر کردم: در واقع، این فیزیک دانه های برف است، نمی دانم چگونه کار می کند؟ از هیچ چیز – من فقط کنجکاو بودم – شروع به خواندن در مورد تحقیقات دانه های برف کردم و آن را واقعاً جذاب یافتم.

با حسن نیت از کنت لیبرشت

شما همچنین دو دانه برف یکسان پرورش داده اید. فکر می کردم غیرممکن است.

مردم همیشه فکر می کردند که اگر یک سطح صاف در یک کریستال داشته باشید، در شرایط خاص همیشه به همین شکل رشد می کند. چیزی که من متوجه شدم این است که در دانه های برف اندازه سطح اهمیت زیادی دارد. اگر یک دانه برف شش ضلعی به شکل صفحه را تصور کنید، دو سطح پهن دارد و سپس شش سطح بسیار نازک تر در اطراف لبه دارد. معلوم شد که این سطوح نازک‌تر خیلی سریع‌تر از سطوح بزرگ‌تر رشد می‌کنند، که در آن صفحه‌های نازک‌تر و نازک‌تر ایجاد می‌کنند. خنده دار این است که این روند معکوس می شود – در دماهای خاص، این سطوح بزرگتر هستند که سریعتر رشد می کنند و بنابراین کریستال هایی به شکل ستون دریافت می کنید.

شش ضلعی نازک
زمانی شروع شد که در ابتدای کار برف ریزه متوجه شدم که هیچ ویدیوی خوبی از رشد دانه های برف وجود ندارد. من می خواستم یکی بسازم که کریستالی بی نقص را نشان دهد. در نهایت متوجه شدم که چگونه کریستال ها را روی یک تکیه گاه ثابت پرورش دهم و از آنها فیلمبرداری کنم. آنها بسیار بهتر از کریستال هایی بودند که از آسمان می افتادند. تیزتر، تیزتر بودند. دانه‌های برف واقعی زندگی سختی داشته‌اند، در جو می‌افتند و به دانه‌های برف دیگر برخورد می‌کنند. آنها همچنین شروع به تبخیر کرده اند، بنابراین لبه ها هنوز کمی گرد هستند.

افسانه: شش ضلعی بزرگ

کن لیبرشت در آزمایشگاه دانه های برف خود

لیبرشت به‌عنوان یک فیزیکدان، به سؤالات بسیار حماسی مانند ماهیت امواج گرانشی و عملکرد درونی خورشید پرداخت. اما او یک حاشیه جذاب نیز در آن دارد علم دانه های برفکه خیلی بیشتر هستند پیچیده و مرموز از آنچه فکر می کنید. یکی از بزرگترین سوالات بی پاسخ در مورد آنها این است که چرا به نظر می رسد آنها در دو نوع مجزا هستند.

با حسن نیت از کنت لیبرشت

من تصمیم گرفتم که راه برای پاسخ به این سوال رشد سیستماتیک تعداد زیادی دانه های برف در شرایط مختلف و اندازه گیری رشد آنها باشد. این 20 سال پیش بود و برای چندین سال همچنان مشکل داشتم و هیچ پیشرفتی نداشتم. بالاخره فهمیدم که کل تجربه باید در یک جعبه محصور شود. شما بخار آب اضافه می کنید، اما شرایط، مانند دما و فشار، باید دقیقا کنترل شود. من همه این میله‌های کوچک را دارم که داخل جعبه می‌روند و از آن‌ها برای فشار دادن وسایل و روشن و خاموش کردن آنها استفاده می‌کنم. سپس توانستم کریستال هایی را پرورش دهم – بیشتر کریستال هایی کوچکتر از عرض یک موی انسان رشد دادم و سپس آنها را زیر میکروسکوپ مطالعه کردم. اگر بیش از حد بزرگ شوند، از نظر شکل پیچیده تر از آن هستند که به راحتی مطالعه کنند.

لیبرشت برای حل این معما دست به یک اودیسه 20 ساله زد. او اخیراً ثمرات این سفر را در قالب تک نگاری بیش از 500 صفحه. این شامل نوعی نظریه یکپارچه بزرگ از دانه های برف است که برای اولین بار توضیح می دهد که چگونه و چرا آنها به شکل های ظریفی که می سازند رشد می کنند.

دانه برف شش نوک

دانه های برف استانداردی که در دکوراسیون جشن می بینید – شش پر، نازک و صاف – خوب، همیشه اینطور نیست. علاوه بر صفحات نازک شش ضلعی، آنها می توانند به ستون های شش ضلعی بلند مانند شکل یک مداد مینیاتوری تبدیل شوند. در دهه 1930 در ژاپن کشف شد که این دو شکل از دانه های برف در دماهای مختلف تشکیل می شوند. پلاک ها در حدود -2 درجه سانتیگراد، ستونها در حدود -5 درجه سانتیگراد، سپس پلاکها دوباره در حدود -15 درجه سانتیگراد تشکیل می شوند. این یک الگوی دیوانه کننده است که اینطور می آید و می رود. من واقعاً می خواستم بدانم چرا این اتفاق می افتد، اما معلوم شد که هیچ پاسخی وجود ندارد – این یک راز کامل بود.

فایل نوشته شده توسط Adobe Photoshop ??  5.0

شما اخیراً چیزی را منتشر کرده اید که به آن نظریه یکپارچه بزرگ دانه های برف می گویند.

با این حال، در آزمایشگاه، می‌توانم دستگیره‌ها را بچرخانم تا شرایط را دقیقاً کنترل کنم – حتی می‌توانم چیزها را کمی تغییر دهم تا کریستال‌ها رشد کنند و منشعب شوند – و بنابراین می‌توانم آن دانه‌های برف طراح را دریافت کنم. سپس متوجه شدم که اگر دو دانه برف را در کنار هم در جعبه بکارید و همزمان رشد دهید، در شرایط یکسان، بسیار شبیه به هم هستند. به نظر می رسد همه این ضرب المثل قدیمی را شنیده اند که می گوید هیچ دو دانه برفی شبیه هم نیستند، اما این فرد دیوانه در حال ساخت دانه های برفی شبیه به هم است.

با حسن نیت از کنت لیبرشت

من در داکوتای شمالی بزرگ شدم، جایی که هوا بسیار سرد است و برف زیادی می بارد. من قبلاً تکه های ستاره های شش پر را می دیدم، ستاره های بزرگ، اما هیچ کدام را نمی دانستم. حالا من خیلی بهتر می دانم به دنبال چه چیزی باشم. من قصد دارم بیرون بروم و یک ذره بین داشته باشم و به دنبال انواع مختلف پولک ها بگردم – مثلاً ستون های سرپوش دار که مانند ترکیب خاصی از انواع صفحه و ستون هستند. من آن را تماشای دانه های برف می نامم. نکته خنده دار این است که همسر من یک گیاه شناس است و وقتی بیرون می رویم او همیشه به گیاهان مختلف نگاه می کند – اما همه آنها شبیه علف های هرز هستند.

شما می توانید این مقاله بایگانی برتر را به صورت رایگان به عنوان بخشی از مطالعه بخوانید دانشمند جدید Advent Calendar 2022. برای لذت بردن از این و دیگر جواهرات جشن، ثبت نام کنید تا به صورت رایگان یک خواننده ثبت نام شده شوید.

برای درک کامل این موضوع، باید جزئیات ساختار مولکولی سطح کریستال یخ و چگونگی تغییر آن با دما در سطوح مختلف را بررسی کنید. تا اینجا به نظر می رسد مدل من با تمام داده ها مطابقت دارد، بنابراین مایه دلگرمی است که حداقل بخشی از معما حل شده است.

توسط احمد گل کار

احمد گل کار