¿Por qué no hay dos copos de nieve iguales?

Answer 1

Aunque hay millones de copos de nieve naciendo todos los días, es posible que hayas observado que dos de ellos nunca se parecen. La verdad sea dicha, la posibilidad de que dos de ellos se parezcan no es necesariamente cero. También pueden tener doppelgangers. Lo único es que esta probabilidad es muy pequeña, tanto que es insignificante.

Todos los copos de nieve nacen en las nubes, en las altas, que son muy frías en la parte superior. Todo lo que se necesita es algo así como una partícula de polvo para iniciar su nacimiento. Estas partículas se llaman Nucleators .

El vapor de agua presente en la nube se condensa alrededor de la partícula de polvo y se forma una placa hexagonal (proceso de Bergeron, 1). Sí, todos ellos nacen iguales .

Sus bordes crecen más rápido que sus caras, por lo tanto, todos ellos comienzan a tener esos seis picos que le resultan familiares (debido a la inestabilidad de la punta).

Ahora viene la parte más divertida: caer del cielo. Es en esta fase que todos ellos obtienen su estilo único . A medida que caen, todos se encuentran con una ruta y condiciones ambientales diferentes que les dan una forma diferente. Los dos factores principales involucrados son la temperatura y la humedad. Como estos varían a lo largo de su viaje de regreso a la tierra, desarrollan sub-segmentos en sus picos.

Se puede argumentar que para el entorno inmediato de un copo de nieve, la temperatura y la humedad serían las mismas y, por lo tanto, se podría crear un copo de nieve idéntico. Esto puede suceder, pero muy raramente .

Si acaso, caen en ambientes más húmedos con vapor de agua fría, pueden terminar como pellets. Quedarse como un copo de nieve es difícil.

Así que para responder a tu pregunta, los copos de nieve pueden tener imitaciones. Es increíblemente raro, dadas las condiciones de cómo se forman y atraviesan el medio ambiente.

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1. Para obtener más detalles, lea una respuesta relacionada, que también explica por qué el agua forma placas hexagonales: ¿Cuál es la razón detrás de la forma específica y compleja de un copo de nieve?

Answer 2

Depende (tipo de).
Encontré un artículo bastante bueno que aborda esta pregunta en su.caltech.edu sobre esto.
Aquí está el enlace a él -http: //www.its.caltech.edu/~atom…

Solo voy a copiar y pegar el artículo aquí …

Ahora hay una pregunta que escucho mucho. Es una pregunta divertida, casi como un koan Zen: si cayeran dos copos de nieve idénticos, mi amigo inquisitivo, ¿quién lo sabría? ¿Y puede estar seguro de que no hay dos iguales, ya que no puede verificarlos todos para averiguarlo?

Aunque de hecho hay un cierto nivel de incógnita en la cuestión de la semejanza de los copos de nieve, como físico, encuentro que puedo abordar este problema con cierta confianza. Como demostraré, la respuesta depende en gran medida de lo que quiere decir con la pregunta. (Sí, la física ocasionalmente tiene sus cualidades similares a las del Zen).

La respuesta corta a la pregunta es sí, es extremadamente improbable que dos copos de nieve complejos se vean exactamente iguales. De hecho, es tan poco probable que, incluso si miras cada uno de los que has hecho, no encuentres duplicados exactos.

La respuesta larga es un poco más complicada: depende de lo que quieras decir con “igual” y de lo que quieres decir con “copo de nieve”. Echemos un vistazo a las posibilidades …

Los nano-copos de nieve pueden ser exactamente iguales . Algunas cosas en la naturaleza son exactamente iguales. Por ejemplo, nuestra comprensión de las partículas elementales indica que todos los electrones son exactamente, exactamente iguales. Esta es una de las piedras angulares de la física cuántica, y si piensas un poco, verás que esta es una afirmación profunda. Los electrones son verdaderas partículas elementales, en el sentido de que no tienen partes componentes; por lo tanto, todos son exactamente iguales.

Una molécula de agua es considerablemente más compleja que un electrón, y no todas las moléculas de agua son exactamente iguales. Si nos limitamos a las moléculas de agua que contienen dos átomos de hidrógeno ordinarios y un átomo O (16) ordinario, entonces nuevamente la física nos dice que todas esas moléculas de agua son exactamente iguales. Sin embargo, aproximadamente una molécula de cada 5000 moléculas de agua naturales contendrán un átomo de deuterio en lugar de uno de los hidrógenos, y aproximadamente una de cada 500 contendrá un átomo de O (18) en lugar del O (16) más común. Estos pícaros no son exactamente los mismos que sus primos más comunes.

Dado que un pequeño cristal de nieve típico puede contener 1018 moléculas de agua, vemos que aproximadamente 1015 de estas moléculas serán diferentes del resto. Estas moléculas inusuales se dispersarán aleatoriamente por todo el cristal de nieve, lo que le otorgará un diseño único. La probabilidad de que dos cristales de nieve tengan exactamente el mismo diseño de estas moléculas es muy, muy, muy pequeña. Incluso con 1024 cristales por año, las probabilidades de que esto ocurra durante la vida del Universo son indistinguibles de cero.

Así, en un nivel muy puro, no hay dos cristales de nieve exactamente iguales. Una excepción (¿por qué siempre tiene que haber una excepción?) Sería un cristal de nieve con solo un puñado de moléculas. Si ensamblamos un cristal de solo 10 moléculas, por ejemplo, entonces no es tan improbable que cada uno de los 10 contenga dos átomos de hidrógeno ordinarios y un átomo de O (16) ordinario. Además, un grupo de solo 10 moléculas solo tendrá unas pocas configuraciones probables. Así que hay una probabilidad razonable de que dos cristales de nieve de 10 moléculas sean exactamente iguales.

Podría agregar que incluso si nos limitamos a moléculas de agua puras isotópicas, es muy poco probable que dos cristales de nieve macroscópicos sean exactamente iguales. Cuando un cristal crece, las moléculas no se apilan juntas con una regularidad perfecta, por lo que un cristal de nieve típico contiene una gran cantidad de dislocaciones de cristal, que de nuevo se dispersan por el cristal de forma aleatoria. Entonces se puede argumentar, al igual que con los isótopos, que la probabilidad de que dos cristales crezcan con exactamente el mismo patrón de dislocaciones es muy pequeña. Una vez más, uno tiene la excepción de los cristales de pocas moléculas, que pueden estar fácilmente libres de dislocaciones.

Al aire libre

Pequeños cristales de nieve pueden parecerse. Ahora relajemos nuestra definición de alikeness, y digamos que dos cristales de nieve son iguales si se parecen en un microscopio óptico (las características más pequeñas que se pueden ver en un microscopio óptico son aproximadamente de un micrómetro de tamaño, que es aproximadamente 10000 veces más grande que un átomo). En este caso las cosas son muy diferentes. Uno puede encontrar prismas hexagonales simples que caen del cielo, y ciertamente se pueden hacer cristales tan simples en el laboratorio. La imagen aquí muestra dos de estos cristales crecidos utilizando el método de caída libre (ver Nieve que cae libremente).

Los cristales con formas simples a menudo son similares entre sí, y no es difícil imaginar que si se filtra a través de un número razonable de cristales de nieve antárticos, se encontrarían dos que eran esencialmente indistinguibles en un microscopio. Ya que los cristales simples son muy comunes (uno no los nota porque son pequeños), es justo decir que hay muchos cristales de nieve natural que se parecen mucho.

Pero eso es solo para simples prismas hexagonales . ¿Qué pasa con los cristales estelares más complejos?

Los copos de nieve más grandes y complejos son todos diferentes . La cantidad de formas posibles de hacer un copo de nieve complejo es asombrosamente grande. Para ver hasta qué punto, considere una pregunta más simple: ¿de cuántas maneras puede organizar 15 libros en su estantería? Bueno, hay 15 opciones para el primer libro, 14 para el segundo, 13 para el tercero, etc. Multiplícalo y hay más de un billón de formas de organizar solo 15 libros. Con cien libros, el número de arreglos posibles sube a poco menos de 10158 (eso es un 1 seguido de 158 ceros). ¡Ese número es aproximadamente 1070 veces más grande que el número total de átomos en todo el universo!

Ahora, cuando observa un complejo cristal de nieve, a menudo puede elegir un centenar de funciones separadas si observa de cerca. Dado que todas esas características podrían haber crecido de manera diferente, o haber terminado en lugares ligeramente diferentes, las matemáticas son similares a las de los libros. Por lo tanto, la cantidad de formas de hacer un complejo cristal de nieve es absolutamente enorme.

Y, por lo tanto , es poco probable que dos cristales de nieve complejos, de todos los que se han hecho a lo largo de toda la historia del planeta, se hayan visto completamente iguales.

Answer 3

Debido a que el estado del mundo que es necesario para generar un copo de nieve dado es aparentemente tan específico que es esencialmente imposible que surja dos veces. Es decir, porque el crecimiento del copo de nieve es aparentemente muy sensible a la condición inicial de dicho crecimiento.