雪花的形狀之謎

雪花是冬日里的精靈，它將世界點綴得富有詩意，猶如童話一般。從古至今，人們都對它不吝贊美。面對著空中飄舞的雪花，有的人卻想得更深更遠：這些似花非花的“精靈”，到底是什么樣子呢？它又有什么秘密呢？

如果雪花也算作花的話，這朵花就很奇特了。它因寒冷而生，原來的模樣只是一個個微小的水滴。在自然界，花的種類非常多，從花瓣的數量來說，有四瓣的，如十字花科的油菜花；有五瓣的，如石竹花；像月季花、玫瑰花、菊花的瓣數就更多了。那雪花有幾瓣呢？如果你用肉眼來觀察雪花，會發現它有六瓣。雪花有六瓣古人早已知道，漢代的《韓詩外傳》中就有記載：“草木花多五出，雪花獨六出。”

數出雪花有六個角很容易，但會有人問，為什么它是六個角，而不是五個或者七個角呢？這個問題困擾著許多人，包括一些偉大的科學家，譬如德國天文學家開普勒。這位偉大的科學家發現了行星三大運行定律，是天文學界的劃時代人物。他對雪花做了一番研究，并寫了一篇題為《論六角形雪花》的論文。在論文里，他推測說，六角形、三角形和正方形是僅有的能緊密排布成一個平面而不留白的形狀。至于雪花為什么不是三角形和正方形，他說蜜蜂的蜂巢就是六邊形的，所以雪花也是六角形。

現在我們知道，開普勒關于雪花為什么是六角形的說法是缺乏科學邏輯的。在他寫這篇論文300年后，人類才有了X射線衍射技術。通過這種技術，科學家們找到了答案。

水汽凝華結晶成的雪花和天然水凍結成的冰都屬于六方晶系。在參觀博物館的時候，我們很容易被那純潔透明的石英水晶所吸引。石英水晶和冰晶一樣，都是六方晶系，不過石英水晶是二氧化硅（SiO）的結晶，冰晶是水（HO）的結晶罷了。另外，我們吃的食鹽也是晶體，不過它是立方晶體，和冰晶不同。

我們弄清了雪花為什么是六角形之后，問題又來了。是不是所有的雪花都是一個模樣的呢？有一個叫萊布尼茨的著名哲學家說過：“世界上沒有兩片完全相同的樹葉，沒有性格完全相同的兩個人。”從哲學層面上說，所有的雪花都是不一樣的。但是，還是有人不相信，他決心去一個一個地觀察。

這個人就是威爾遜·本特利。這位出生在美國佛蒙特州的農民，從小就特別喜歡雪花。15歲時，他開始用一臺顯微鏡在農舍里觀察雪花。1885年，本特利用一架連接了顯微鏡的相機拍到了第一張雪花的顯微鏡照片。此后的數十年中，這位“雪花攝影師”拍下了5000多幅雪花照片，其中每一片雪花都不盡相同。這位癡愛雪花的農民辭世前曾說：“雪花是美的奇跡，人們無法看到并仰慕這種美，是無比遺憾的事。每一朵雪花都是絕作，并無備份；一朵晶瑩的雪花消融，一份獨特的設計就將再不為人們所見。美這樣逝去，不留下半點痕跡。”后來根據他的故事，杰奎琳·馬丁創作了繪本《雪花人》。《雪花人》充滿了溫情與美麗，它于1999年獲得了美國凱迪克金獎，后來被翻譯成多國文字。

在本特利的時代，給雪花拍照是個細致活兒，但并不十分困難。最主要的難點在于，這項工作必須在零下的溫度中完成，并且需要身體暴露在嚴寒中。不過隨著科學技術的進步，給雪花拍照已經不是很難的事情了。在最近的一百多年中，全世界出現了許多研究雪花的愛好者，如今最著名的“雪花人”當數美國加州理工學院的物理學教授肯尼思·利布雷希特。他拍攝的雪花照片還被做成郵票，傳播到世界各地，包括世界上那些永遠不下雪的地方。

雪花的形狀千姿百態，人們對這些形狀進行了分類，有簡單的，也有復雜的。最簡單也是大家基本上認同的有六種形狀，分別是針形、柱形、盤，形、輪形、樹突形和星形。在這六種形狀中，柱形和盤形是雪花的最基本形態，其他四種是這兩種基本形態的發展、變態或組合。柱形雪花呈六棱柱狀，長而細，也叫柱晶；有時它的兩端是尖的，樣子像一根針，叫針晶。盤形雪花呈六角形，比較薄，像是從六棱鉛筆上切下來的片晶。在雪花形成過程中，如果縱向發展比較快，就會形成一根六棱的柱子；如果橫向發展較快，就成了薄的六邊形；如果先縱向發展，再橫向發展，就形成了輪形的雪花。

實際上，雪花的形狀與溫度、濕度關系密切，科學家已經能在實驗室中通過控制條件來生成不同形狀的雪花。你看看這張圖，小小的雪花不僅僅美麗，而且還有很多值得研究的物理問題呢！