本特利——给雪花照张相


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我们的家园—地球—是宇宙中最特殊的星球 , 并且我倾向于相信它是唯一的 。地球的一个特殊的地方是地表附近有水 , 在自然条件下可以表现出水的气、液、固三相 。气相的水是无色的 , 但是如果密度够大也会被看见 。雾和美丽的云彩可以看成是水的气液混合相 。固相的水更是形态各异 , 包括冰(目前已确定16种不同晶体结构的冰)、霜、雪、冰雹、软雹(软雹下落过程中同上升的水蒸气之间的摩擦会造成带电 , 据信这是云彩带电的机制 。具体细节尚不清楚)、雨夹雪等 。雪片的大小在毫米量级 , 肉眼也能分辨出其星状结构 , 故有“雪花”的说法 。纷纷扬扬的雪花 , 引起过多少人的遐思 。
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本特利(Wilson Alwyn Bentley , 1865~1931)出生于美國佛蒙特州杰里科小镇 , 那里是著名的雪带 , 年降雪量高达300厘米 。在农场里长大的本特利 , 从小就为蝴蝶、树叶、蛛网和雨滴着迷 。15岁时 , 本特利收到了来自妈妈的生日礼物—一个小显微镜 , 这个本属平常的家庭温馨之举却成就了科学史上的一桩大事 。本特利喜欢摄影 , 而家乡每每出现的漫天大雪激发了他强烈的好奇心 。不知何时 , 他有了一个热切的愿望 , 要给雪花照张相 。
1885年 , 19岁的本特利将显微镜加装到照相机上 , 于1月15日拍摄到他的第一张雪花照片 。本特利拍摄雪花照片的意义之一是开启了显微摄影技术 。显微摄影技术发展到今天已经达到了分辨原子像的本领 , 极大地促进了现代科学与技术的发展 。就研究自然的必要性而言 , 实在的观察手段和抽象的思维能力是同样重要的 。
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据信第一张雪花照片是德国人弗吕格于1879年拍摄的
成功获得了雪花照片让本特利对为雪花照相更加着迷 。人们经常看到本特利站在风雪中 , 用羽毛或者绒布去接飘落的雪花 , 小心翼翼地把样品放到也是放在室外的照相机显微镜头下 。本特利共获得过5000多幅雪花照片 , 在此过程中本特利完善了雪花摄影技术 。本特利拍摄雪花照片的意义之二是激发了人们研究雪花的兴趣 。
本特利从他的摄影作品中注意到 , 虽然雪花大体上都是六角的(用科学的语言说 , 是具有D6对称性) , 可是他却没拍到过两张一样的—“Every single snowflake is unique.”“每一片雪花都不同”的说法未必能让所有人信服 , 毕竟被拍摄的雪花数量有限 , 且“不同”的定义也是模糊的 。但是 , 雪花能在保持六角对称的前提下表现出已知的那么多种不同形态 , 这已经够不可思议的了 。本特利约于1902年获得的一组雪花照片
本特利1931年出版的《雪晶》(Snow Crystals)一书展现了2500余幅带有花边设计的雪花照片 , 其中六角对称却又风姿各异的雪花照片着实让人着迷 。本特利写道:“在显微镜下 , 我发现雪花美得惊人 , 如果这种美丽无法看到 , 不能与人分享 , 就太可惜了 。每片晶体都是一件杰出的设计作品 , 而且没有一片是重复的 。一旦雪花融化 , 这个设计也就永远消失了 。”
雪花的六角结构人们凭肉眼也能观察到 , 因此古人对此早就知道 。中国汉代就有“雪花六出”的说法 。德国数学家和天文学家开普勒则在1611年前后写下了《六角雪花》一书 , 阐述了关于雪花六角是因为其中的球形原子密堆积的猜测 , 从而有了关于密堆积的“开普勒猜想” 。