世界纪录的最大雪花有38厘米，这科学吗？！

世界纪录的最大雪花有38厘米，这科学吗？！

肯尼斯·利布雷希特(Kenneth Libbrecht)教授在实验室中制造的雪花，周围的黑色小点都是微小的水滴，雪花在生长过程中会吸收周围的水分子，迫使这些小水滴蒸发。一片雪花的形成过程大约会使100000个这样的小水滴蒸发。

吉尼斯世界纪录官方网站上，对世界上最大雪花的描述是：“1887年1月27日晚，一场猛烈的冬季暴风雪在美国克拉克河谷将降下了’比奶锅还大’的雪花，地点就在蒙大拿州米苏拉附近属于马特·科尔曼的一个牧场附近。报告显示，雪花宽达1英尺3英寸（38厘米），厚达8英寸（20厘米）。”

该雪花由较小的雪晶聚集而成。根据美国的肯尼斯·利布雷希特（Kenneth Libbrecht）教授2003年12月30日在加拿大安大略省科克伦市的测量纪录，最大单个雪花晶体从一个顶点到另一个顶点的距离为10毫米。

狭义的“雪花”指单个雪晶(snow crystal)，即由水分子凝结成的六角形单晶冰，常显示出我们较为熟悉的六重对称的雪花特征；而当很多这样的雪晶从高空落下时，它们可能会彼此碰撞、结合，共同生长成为一个包含多个雪晶的聚集体，这样的聚集体便可以被称作广义上的“雪花”。

利布雷希特表示，这种尺寸的广义雪花尽管稀有，但不是不可能存在。而对于由单个雪晶形成的狭义“雪花”，通常都十分之微小。不过在实验室中，可以制造出尺寸相对较大的雪晶，那片宽10毫米的雪花便出自利布雷希特的实验室。

利布雷希特或许是当今世界上最了解雪花的人了。大约在三十年前，利布雷希特还是一名研究太阳和引力波的天体物理学家。某一天，他阅读了一篇关于雪花的文章，里面列出了各种常见的雪花结构。一种长得像线轴的雪花引起了他的兴趣。

作为一个生活在每年冬天都被大雪覆盖的城市的人，利布雷希特竟然不知道雪花还能是这种形状。于是，他下一次回家时，特地拿了一个放大镜到雪地里去，仔细观察飘落的雪花，果然，他真的发现了线轴形状的雪花，此外他还观察到了许多其它奇形怪状的雪花。

这之后，利布雷希特对雪花的热爱开始一发不可收拾。他在实验室中建立了一套装置，以此制造雪晶并让它们在可操控的环境中生长。他只需要不断调整装置的温度和湿度，就可以让雪晶按预想的方式生长，由此得到特定形状的雪花。

雪花最终的形状，反映了它的整个生长历史。这是因为，雪花形成和飘落过程中经历的任何细微环境变化，都会引导雪花生长成不一样的形状。我们常说的“世界上没有两片相同的雪花”，便是因为没有哪两片雪花在落下的过程中会经历完全相同的环境变化。

雪花的前身，是悬浮在云层里的直径为10～20微米的小水滴。在温度较低时，一些小水滴通过结合大气中的微小尘埃，形成小冰晶，并开始吸收周围的气态水分子，这些水分子在氢键的作用下形成六边形的晶格，最终形成一个六棱柱的结构。

在大约-15℃的环境中形成的六棱柱很薄，如果忽略厚度，可以把它看作一个六边形。由于此时六边形的六个角更容易形成新的氢键，因此新的水分子倾向于在六个角聚集，并开始生长出新的分支。而这种新的分支也更容易形成新的氢键，于是发出的分支上又更加容易形成侧支，侧支上又形成新的侧支……最终变成了我们熟悉的辐射状六重对称雪花的样子。

这样生长出来的雪花，很多时候六个分支的形状完全相同，这是因为它们都经历了相同的环境变化过程，所以才会最终呈现出相同的结构，展现出令人称奇的对称性。

但事实上，并不是所有雪花都是完全对称的，有很多因素都可能导致雪花的分支不完全相同，比如下面这片雪花，据利布雷希特的网站介绍，由于它分支生长速度过快，导致侧支的生长很不规律，造成了不对称。

当然，除了我们熟悉的辐射状雪花，在不同温度和湿度下，雪花还可能生长成为其它的形状。上个世纪三十年代，日本物理学家中谷宇吉郎研究了雪花在不同条件下的生长，并绘制了一个雪晶形态表，后来的人也称之为“中谷雪晶形态表”。

了解了这些规律，利布雷希特得以在实验室中创造出各种美丽的雪花。在对温度和湿度的精确操控下，雪花会随着条件的变化，形状从蕨类植物般的鳞片状到扁平的片状结构不等，生长方向也是时而横向，时而纵。如此一来，各种生长方式的相互组合最终形成了一片片美丽的雪花。

并且，由于可以在实验室中控制环境的变化，利布雷希特还可以做出几乎相同的两片雪花——只需要让它们在近乎一样的环境条件下生长即可。

最后，以利布雷希特在网站中对雪花的评价结尾：最初的雪晶生长成为六棱柱，是水分子制造秩序的过程；随后雪晶向外伸出分支，开始以各种不同的形状生长，是水分子制造混乱的过程。秩序和混乱的结合，便造就了美丽的雪花。