Симметрия глазами химика - Харгиттаи И.
ISBN 5-03-000276-6
Скачать (прямая ссылка):
Первые дошедшие до нас эскизы снежинок, сделанные в Европе, относятся к XVI в. и не отражают их гексагональной формы. Первым европейцем, отметившим гексагональную симметрию снежинок, стал Иоганн Кеплер. Он посвятил этому вопросу свой трактат на латинском языке под названием «О шестиугольных снежинках», опубликованный в 1611 г. [2]. К тому времени, когда Кеплер обратил внимание на снежинки, он уже открыл первые два закона движения планет и, следовательно, установил истинное строение солнечной системы. Кеплер исследовал идеальную форму снежинок, их симметрию и впервые поставил вопрос, не отражает ли она их внутреннее строение. Современные представления о существовании связи между внешним видом кристалла и его внутренней структурой излагаются в главе о кристаллах (гл. 9).
Декарт также занимался наблюдением кристаллов снега и увековечил их формы. Некоторые из его эскизов, выполненные в 1635 г., воспроизведены на рис. 2-39 [16]. Поскольку это были действительно первые рисунки снежинок, их следует считать настоящим достижением из-за
Простые и комбинированные типы симметрии
44
...... ... ........ о.
Л*Д*Л * # # # оаск> ********* ©о©
****** ####
# # ш т
***
Рис. 2-39.
Рисунки снежинок, выполненные Декартом и взятые из книги [16]. Воспроизводится с разрешения.
того, что в них включены такие редкие разновидности, как гексагональный столбик, имеющий на обоих концах пластинки. В XVII в. произошли и другие события, которые можно рассматривать как важный вклад в данную область (см. [2, 16, 24]), включая наблюдения Гука, использовавшего в этих целях микроскоп. Несколькими исследователями было замечено существование разветвлений в кристаллах снега. Среди более поздних работ особенно важны наблюдения и зарисовки Скорсби (см. [25]). Некоторые из них воспроизведены на рис. 2-40. Скорсби, ставший впоследствии арктическим исследователем, сделал эти эскизы в своем вахтенном журнале в 1806 г. в возрасте 16 лет, когда он ехал с отцом к гренландским китобоям. Через несколько лет после выхода в свет работы Скорсби (1820 г.) японец Дои опубликовал серию великолепных эскизов; некоторые из них показаны на рис. 2-41.
В настоящее время имеются две основополагающие книги-альбома, в которых собраны микрофотографии снежинок. Бентли [19] посвятил свою жизнь фотографированию снежинок и создал коллекцию по крайней мере из 6 тысяч экземпляров. Около половины из них вошли в книгу, написанную им в соавторстве с Хамфризом [19]. Это наиболее известная книга о снежинках, и она, по-видимому, остается до сих пор непревзойденной. Микрофотографии Бентли бесконечное число раз воспроизводились в различных местах и иногда без указания их автора. Некоторые характерные примеры снежинок из этой коллекции приведены на рис. 2-42.
Накайя [16] сделал второй выдающийся вклад в эту область. Он зарегистрировал встречающиеся в природе кристаллы снега и классифицировал их; он также изучал их массу, скорость падения, электрические свойства, частоту появления и т. п. В дополнение к этому Накайя с сотрудниками разработал методы получения искусственных кристаллов снега. Им удалось найти условия для образования всех разновидностей снежинок. Некоторые результаты, полученные Накайя, даны ниже [16].
4 1553
Рис. 2-41.
.Эскизы снежинок, сделанные Дои (1832 г.) и взятые из книги [16]. Воспроизводится с разрешения.
* * * я д *
АЛА**,*
Глава 2
Общая классификация кристаллов снега по Накайя приведена в табл. 2-1 и на рис. 2-43. Плоские гексагональные кристаллы являются самыми обычными и наиболее известными. Они же и будут описаны подробнее, следуя классификации Накайя.
Простая пластинка (Pia). Такая форма развивается при низкой степени пересыщения и когда температура ниже той, при которой образуются дендриты.
Лучи секторной формы (PIб) и широкие лучи (Ріг). Оба этих вида являются промежуточными формами между простой пластинкой и дендритом.
Простая звезда (Рід). Это простейший дендрит с шестью прямыми лучами, расходящимися от центра.
Дендрит (древовидная форма) (Pie). Эта форма является развитием простой звезды, когда на главных ветвях появляются маленькие веточки. Ее также называют правильным дендритом.
Папоротникообразный (Ріж). В этой форме есть хорошо развитые веточки, расположенные параллельно друг другу.
Пластинка с веточками (Рів) или с дендритными продолжениями (PIи). Это комбинации пластинчатого вида и дендритных ветвей. Пластинчатая форма обычно развивается в высоких слоях атмосферы. Дендриты образуются по мере приближения кристаллов снега к поверхности земли. Появятся ли простые удлинения на углах пластинки или же разовьются большие дендриты, зависит от толщины атмосферного слоя и погодных условий.
Дендриты с пластинками (Р1 з). Это есть противоположность для пластинки с дендритными продолжениями (PIи), поскольку пластинки вырастают на концах шести дендритных ветвей.
Чтобы подчеркнуть симметрию т-6:т для снежинок, на рис. 2-44 приведен кристалл папоротникообразного вида. Его центральная часть является достаточно плотной и широкой, а по направлению к концам кристалл постепенно утончается.
