Почему все снежинки разные?

[Munin]

Почему все снежинки разные?

Физика не может почивать на лаврах, пока не ответит на этот величайший научный вопрос мироздания.

Чем отличаются снежинки друг от друга, что даёт им индивидуальность? При общем сходстве основных черт, разглядывая разные снежинки, можно заметить, что они отличаются:
1) разной степенью "ветвистости";
2) разным соотношением толщины "главной ветви" и ответвлений, в каждой точке ветвления;
3) разным характером изменения (1) и (2) от "центра" к "периферии".

Поскольку снежинка растёт из центра, то (3) намекает на то, что условия роста - величина переменная, и этой переменностью и обусловлено разнообразие форм снежинок.

Какие условия управляют ростом снежинки? Из общих соображений, при всём желании из пальца высосать можно только примерно такие:
а) температура;
б) влажность;
в) (с натяжкой) градиент скорости ветра.

И всё ещё непонятно, по какой причине отличаются между собой снежинки, возникшие физически рядом, в почти одинаковых условиях?

И тут мне в голову приходит вот что. Влажность - ведь "по-школьному" она вообще не должна быть переменной. Она должна быть ровно 100 % от начала до конца роста, иначе не будет происходить конденсации. Если же углубиться в нюансы, то влажность может несколько отклоняться от этой величины в плюс-минус, но - ничтожно мало. А это намёк на то, что эта величина испытывает малые случайные флуктуации, которые потом каким-то образом усиливаются, и они-то и воплощаются в индивидуальной форме снежинки. Неясен только конкретный механизм усиления, но кажется, он должен быть.

Что вы по этому поводу думаете?

(Оффтоп)

А потом я подумал скучную мысль, что может быть, и не так. А есть ещё один пункт условий:
г) взаимная ориентация кристаллических осей зародыша и направления градиента скорости ветра.
И он может объяснить всю случайность и разнообразие без интересных и красивых тонких механизмов.

Да и вообще, колебания температуры однозначно определяют влажность и скорость конденсации, а величина градиента скорости ветра - определяет скорость вращения снежинки.

[upgrade]

Еще условия на границе "жидкость-лед" вряд ли одинаковые даже в пределах одного луча одной снежинки.

-- 10.05.2016, 15:25 --

Возможно, даже, одинаковость и симметричность снежинок более загадочна.

(Оффтоп)

Например, чем объяснить, что на разных лучах одной и той же снежинки (например, противоположных) одни и те же узоры.

[Munin]

upgrade в сообщении #1122505 писал(а):

Еще условия на границе "жидкость-лед" вряд ли одинаковые даже в пределах одного луча одной снежинки.

За счёт чего?

upgrade в сообщении #1122505 писал(а):

Возможно, даже, одинаковость и симметричность снежинок более загадочна.

Тут как раз никакой загадки нет: свойства воды, её молекул и кристаллов. Оставим это химикам.

upgrade в сообщении #1122505 писал(а):

Например, чем объяснить, что на разных лучах одной и той же снежинки (например, противоположных) одни и те же узоры.

Это как раз легко объясняется тем, что в пределах одной снежинки условия роста одинаковые. Тогда из симметричных затравочных элементов (рёбер, граней, вершин зародышевого кристалла) будут расти одни и те же лучи и узоры.

[Aritaborian]

Munin в сообщении #1122501 писал(а):

И всё ещё непонятно, по какой причине отличаются между собой снежинки, возникшие физически рядом, в почти одинаковых условиях?

А не может ли это быть проявлением динамического хаоса? В самом деле, очень подходит: неустойчивость системы к сколь угодно малым различиям начальных параметров.

[Munin]

Aritaborian в сообщении #1122510 писал(а):

А не может ли это быть проявлением динамического хаоса?

Ну так его найти надо.

[upgrade]

Munin в сообщении #1122507 писал(а):

upgrade в сообщении #1122505 писал(а):

Еще условия на границе "жидкость-лед" вряд ли одинаковые даже в пределах одного луча одной снежинки.

За счёт чего?

За счет броуновского движения молекул и из-за этого хаотичного, а не упорядоченного расположения точек кристаллизации на поверхности - как вариант.

Цитата:

upgrade в сообщении #1122505 писал(а):

Возможно, даже, одинаковость и симметричность снежинок более загадочна.

Тут как раз никакой загадки нет: свойства воды, её молекул и кристаллов. Оставим это химикам.

Ну вот есть две снежинки, они явно отличаются друг от друга лучами. Почему в пределах одной снежинки нет различий в узорах лучей. Что, у всех лучей условия кристаллизации настолько одинаковые, что они вырастают одинаковыми вплоть до количества и формы отростков на основных лучах вплоть до симметрии?

[grizzly]

Munin в сообщении #1122501 писал(а):

Какие условия управляют ростом снежинки? Из общих соображений, при всём желании из пальца высосать можно только примерно такие:
а) температура;
б) влажность;
в) (с натяжкой) градиент скорости ветра.

Я бы предположил, что присутствие в воздухе каких-нибудь катализаторов образования кристаллов будет важнее третьего пункта. А эти катализаторы не могут быть распространены равномерно по объёму.

[Munin]

upgrade в сообщении #1122512 писал(а):

За счет броуновского движения молекул

У молекул нет броуновского движения. Броуновское движение есть у крупных частиц.

Послушайте, если вам хочется просто поболтать - идите в "Свободный полёт". У меня был вопрос по физике.

upgrade в сообщении #1122512 писал(а):

и из-за этого хаотичного, а не упорядоченного расположения точек кристаллизации на поверхности - как вариант.

В таком случае, лучи снежинок точно не были бы между собой одинаковы.

upgrade в сообщении #1122512 писал(а):

Что, у всех лучей условия кристаллизации настолько одинаковые, что они вырастают одинаковыми вплоть до количества и формы отростков на основных лучах вплоть до симметрии?

Видимо, да.

[AnatolyBa]

Вот нашел http://www.snowcrystals.com/videos/videos.html
Утверждается, что это не компьютерная симуляция а реальные лабораторные наблюдения с регулируемой влажностью и температурой

[Munin]

grizzly в сообщении #1122514 писал(а):

Я бы предположил, что присутствие в воздухе каких-нибудь катализаторов образования кристаллов будет важнее третьего пункта.

О! Ярко! Плюсую!

grizzly в сообщении #1122514 писал(а):

А эти катализаторы не могут быть распространены равномерно по объёму.

Ну всё-таки как-то не верится. Градиенты этих параметров, как кажется, довольно невелики в исходном облаке, по сравнению с расстояниями между соседними снежинками.

Хммм... Ещё мысль пришла в голову. С дождём как происходит? В исходном облаке - плотный туман из мелких капелек, а потом эти капельки агрегируются, становятся крупными (миллиметры), и соответственно сравнительно редкими - и только тогда выпадают. Со снегом может происходить нечто аналогичное (агрегация за счёт "съедания" бо́льшими снежинками меньших - как две капли под куполом?), и таким образом, мы видим выпавшими не все возникшие снежинки, а их малую долю, причём случайно отобранную, и - выросшие уже довольно далеко друг от друга.

-- 10.05.2016 15:48:03 --

AnatolyBa в сообщении #1122517 писал(а):

Вот нашел http://www.snowcrystals.com/videos/videos.html
Утверждается, что это не компьютерная симуляция а реальные лабораторные наблюдения с регулируемой влажностью и температурой

Забавно.

Но вот какой-то у этого уровень "любительский". Неужели серьёзные физики этим не занимаются? Не рассчитывают форму?

Зато, пожалуй, из числа факторов можно вычеркнуть ветер (и вращение), и катализаторы.

[AnatolyBa]

Вот, что пишут на сайте, что я послал:

Цитата:

If I want to grow plate-like features, for example, I tune the temperature to around -11 C with a low humidity. If I want branches, I tune to -15 C and a higher humidity. I have a set of "recipes" for designing snow crystals -- different growth behaviors that occur in different conditions. I usually design the crystals in real time as I watch them develop, which is part of the fun.

[Aritaborian]

Это всё очень интересно, но ничего не объясняет. Это просто описание эксперимента. Провели вот такие манипуляции, получили вот такие результаты.

[upgrade]

(Оффтоп)

Munin в сообщении #1122515 писал(а):

upgrade в сообщении #1122512 писал(а):

За счет броуновского движения молекул

У молекул нет броуновского движения. Броуновское движение есть у крупных частиц.

Ну нет, так нет.

[Munin]

http://www.snowcrystals.com/science/science.html

Цитата:

As it tumbles through the clouds, the crystal experiences ever changing temperatures and humidities, and each change makes the arms grow a bit differently. The exact shape of the final snow crystal is determined by the precise path it took through the clouds.

Ну-у-у, какой банальный ответ, оказывается. Всё дело в индивидуальности пути каждой снежинки через облако...

-- 10.05.2016 15:54:02 --

[Sender]

AnatolyBa в сообщении #1122517 писал(а):

Вот нашел http://www.snowcrystals.com/videos/videos.html

На мой взгляд, ссылка http://www.snowcrystals.com/identicaltwins/identicaltwins.html ведёт нас ближе к предмету обсуждения.