世界上有没有两片相同的雪花？为什么？

科学家们说找不出两片相同的雪花,纵然是人工的，但用脚想也知道这是理论，因为它们没有措施拿显微镜视察地球甚至是宇宙间所有的雪花。万一，十万年前北京的雪花和今年哈尔滨泛起的一朵雪花是一样的，他们又怎么会知道。

但我们不能就这么抬杠，为了科学地思量这个问题，我们必须知道雪花里有什么，雪花是如何形成的，看看他们是怎么证实的。先说效果，真的找不出！

图：种种形状和巨细的雪晶体，它们是自然形成的。

天然雪花

雪花是由水分子联合在一起形成特定的固体结构。大多数为六边形对称。这是由于水分子以其特定的键角，即由一个氧原子、两个氢原子和电磁力的物理特性形成的。通过显微镜可以看到的最简朴的微观雪晶体直径约为百万分之一米(1米)，它们会出现出很是简朴的形状，就像六边形的板状晶体。这约莫只有10000个原子，而且有许多地方看起来是一样的。

图：雪花出现出一种经典的六边形对称，这是众所周知的。

凭据《吉尼斯世界纪录大全》，美国国家大气研究中心的科学家南希·奈特在1988年研究威斯康星州一场风暴形成的雪花晶体时，偶然发现了两个完全相同的雪名堂本。可是，当吉尼斯世界纪录认证两片雪花完全相同，只能说雪花在他们其时用的显微镜的准确度下完全相同;当物理学认为两件工具完全相同时，指的是直到亚原子粒子都是完全相同的!这需要到达以下条件:

你需要相同的粒子，

相同的分子结构，

它们之间有相同的化学键，

在两个完全差别的宏观系统中。（不能把一片雪花分成两半，然后说这两片相同）

让我们来看看怎样才气满足这些需求。

图：一片雪花

一个水分子是一个氧原子和两个氢原子联合在一起。当冻结的水分子联合在一起时，一个水分子为一个四面体，在四面体的每个极点上再联合水分。这使得水分子聚集成一个晶格状，即一个六边形的晶格。

图：雪花分子联合结构图

而冰块的分子结构是大量水分子精密并排在一起，因为冰块可以泛起“平面”，结构较“硬”，而雪花很懦弱，因为六角键的联合最弱，所以雪花只能按着六边形生长。

图：冰块分子结构

图：雪花的形成和生长，一种特殊的冰晶结构。

雪晶一开始会按着对称模式生长，但一旦到达一定的尺寸，就会生长成差池称的六边形。在显微镜下，大型庞大的雪晶体有数百个显着的差别点。据国家大气研究中心的查尔斯·奈特称，一般的雪花约莫由10^19个水分子组成。雪花这些差别点的点位有会形成数百万生长偏向，形成差别的结构分支。那么，在雪花形成的历程中，有多大的概率每一个点位和生长的分支都完全相同呢?

图：纵然是在一毫米的水平上，雪花的缺陷也可以被看到，形成相同雪花的难易水平就像复制一个完全相同的雪花的难题一样。

当你一旦深入到分子联合的差别点位，意味着您要从水分子形成的第一个六边形后开始分析，而且后续生长都市加进来一个个分子，也就是说我们要深入到分子层面，只有这样你才可能有两个相同的雪花。不外，如果你思量到分子层面分析，你可能会懵圈。

通常情况下，氧有8个质子和8其中子，而氢有1个质子和0其中子。然而，约莫每500个氧原子中就有1个具有10其中子，而每5000个氢原子中就有1其中子而不是0其中子。以氢和氧含中子的这种概率，这辈子是看不到两个完全相同的雪花了。

图：在电子显微镜下，一个六边的雪花晶体显示了其结构中难以置信的庞大性和缺陷，这些是永远无法在分子水平上举行复制的。

人工雪花

如果我们降低点要求，忽略原子和分子的差异，即愿意放弃“纯天然制造”，你就有时机了。美国加州理工学院的雪花科学家肯尼斯·利布雷希特发现了一种技术，可以制造出人造的“同卵双胞胎”雪花。

图：人工雪花

通过在特定的实验室条件下将雪晶并排并“种植”，他已经证明晰制造两种无法区分的雪花是可能的。

图：在加州理工学院实验室条件下生长的两种险些相同的雪晶。

在人类的显微镜下，它们没有什么区别，但它们并不是完全相同的。事实上，就像同卵双胞胎一样，它们也有许多差别之处。它们有差别的分子联合位点，它们有略微差别的分支特性，而且它们越大，这些差异就越显着。这就是为什么人工雪花总是很小。当它们不那么庞大时，它们会更相似。

图：两个险些一模一样的雪花，在加州理工学院的实验室条件下生长。

然而，虽然许多雪花很是相似，但如果你想要在结构、分子或原子层面上完全相同，在大自然中你无法找到。这种“无法找到”并非在地球的时间尺度上，对整个宇宙的时间尺度来说也是一样的。如果你想知道在宇宙138亿年的历史中，你需要几多个地球才有时机泛起两片完全相同的雪花，谜底是约莫10的100兆次方个地球。而整个宇宙中只有10^80个原子，所以你无法找到两朵一模一样的雪花。