雪花登上高考試卷！一起來重溫：《由雪引發(fā)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)》

科普作家尹傳紅的一篇關(guān)于“冬之精靈”雪花的文章登上高考試卷。在他回顧創(chuàng)作感受的同時(shí)，我們一起來學(xué)習(xí)先人的科學(xué)探索精神>>

撰文/尹傳紅（中國科普作家協(xié)會(huì)副理事長(zhǎng)）

新媒體編輯/李云鳳

《由雪引發(fā)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)》原文如下：

在科學(xué)還沒有發(fā)展到人類能認(rèn)識(shí)雪、了解雪以前，這個(gè)“冬之精靈”一直顯得十分神奇。為揭開它的神秘面紗，先人們?cè)诜棚w想象力的同時(shí)，也以實(shí)際行動(dòng)進(jìn)行了探索。

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冷凍實(shí)驗(yàn)

1626年3月底的一天，剛過完65歲生日的英國哲學(xué)家、散文家弗朗西斯 ·培根，搭乘一輛四輪馬車從倫敦城出來，向北郊的海蓋特駛?cè)?。一路上空氣潮濕而涼爽，不時(shí)能夠看到尚未融化的積雪。

▲弗朗西斯 ·培根（圖片來源：《知識(shí)就是力量》）

雖然身體不適，但一直在沉思的培根忽然萌生了一個(gè)想法：雪會(huì)不會(huì)像鹽一樣對(duì)肉類起到防腐的作用呢？當(dāng)車行至海蓋特山腳下時(shí)，培根打定主意立即做個(gè)冷凍防腐實(shí)驗(yàn)。他興奮地下了車，從一戶人家那里買了只雞，讓女主人幫忙去除內(nèi)臟，然后一把一把地往雞腔內(nèi)塞雪。

一番張羅之后，培根頓時(shí)感到渾身發(fā)冷。當(dāng)晚他發(fā)起了高燒。起初他沒有在意，還給朋友寫信說，他用雪做了母雞的冷凍實(shí)驗(yàn)，并將自己的這一行動(dòng)跟古羅馬作家老普林尼的壯舉比照：“我有著類似老普林尼的命運(yùn)，由于企圖要做關(guān)于維蘇威火山的實(shí)驗(yàn)而喪失了自己的生命?！?/p>

不幸，一語成讖！幾天后，也就是1626年4月9日，培根因支氣管炎復(fù)發(fā)窒息而死。

今天，人們記住培根的名字，主要是因?yàn)樗岢隽宋ㄎ镏髁x經(jīng)驗(yàn)論的一系列哲學(xué)理論，制定了系統(tǒng)的歸納邏輯，特別是首次總結(jié)出科學(xué)實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)方法 — 歸納法，對(duì)近代科學(xué)的發(fā)展起到了指導(dǎo)作用。而他的名言“知識(shí)就是力量”，更為人們所熟知。

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引人關(guān)注的雪花結(jié)構(gòu)

千百年來，人們不只是欣賞雪的飄逸、純潔與美麗，也有人注意到它的奇特形狀。早在公元前一百多年的西漢文帝時(shí)代，有位名叫韓嬰的詩人就在《韓詩外傳》一書中指出：“凡草木花多五出，雪花獨(dú)六出。”許多年過后，歐洲才有作品提及，雪花的基本形狀是六角形。瑞典大主教奧拉夫·馬格努斯（1490-1557）被認(rèn)為是第一位做此記載的歐洲人士，他在1555年發(fā)表的一部自然史書中描述了雪晶，并繪制了圖片。

17世紀(jì)初，雪花也吸引了德國天文學(xué)家、行星運(yùn)動(dòng)定律的創(chuàng)立者約翰內(nèi)斯·開普勒（1571-1630）的眼光。在寫于1611年的一本名為《六角雪花》的小冊(cè)子中，開普勒說，當(dāng)他穿過布拉格的一座大橋時(shí)，他注意到落在衣服上的一片雪花，并因此思考它不可思議的幾何形狀。他認(rèn)為這不可能是巧合：“這個(gè)原因不能通過材質(zhì)尋找，因?yàn)樗菬o形且流動(dòng)的，原因只能存在于某些機(jī)制中?！边M(jìn)而，他猜想，這個(gè)機(jī)制可能是冰“球”的有序堆積過程，而冰“球”代表了類似水這樣的液體的最小自然單位。

大約20年后，法國數(shù)學(xué)家、哲學(xué)家勒內(nèi)·笛卡爾（1596-1650）也迷倒在雪花的石榴裙下，他在觀察筆記里發(fā)出了這樣的贊嘆：“完美的六邊形??！邊是如此直，夾角是如此精準(zhǔn)，粗手笨腳的人類簡(jiǎn)直沒戲……我絕對(duì)想象不出來，這些完全對(duì)稱的六角小精靈如何在自由的空氣與狂躁的風(fēng)中悠閑地降生?！?/p>

▲由水分子構(gòu)成的冰晶形狀就是由表面張力決定的，冰晶突起朝六個(gè)方向延伸，使得絕大多數(shù)（不是全部）雪花都是六邊形（圖片來源：《知識(shí)就是力量》）

顯微鏡發(fā)明之后，雪花成了大受歡迎的觀察對(duì)象。荷蘭著名的顯微鏡專家安東尼·列文虎克（1632-1723）對(duì)雪花進(jìn)行了細(xì)致的觀察。接著，英國物理學(xué)家羅伯特·胡克（1635-1703）也在1665年出版的《顯微術(shù)》一書中，展現(xiàn)了他借助顯微鏡畫出的雪花圖片，并對(duì)雪花晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了闡述。這被看作是人類首次具體記錄雪花的形態(tài)。

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雪花癡的貢獻(xiàn)

▲威爾遜·本特利

1885年的一天，在美國佛萊蒙特州北部的杰里科鎮(zhèn)，一個(gè)名叫威爾遜·本特利（1865-1931）的農(nóng)民，借助一臺(tái)舊式顯微鏡，用照相機(jī)拍下了第一套雪花照片。他寫道：“在顯微鏡下，我發(fā)現(xiàn)雪花真美啊，簡(jiǎn)直就是奇跡。每一片雪花結(jié)晶都是一件藝術(shù)杰作，沒有哪兩片雪花是完全一樣的。當(dāng)一片雪花融化時(shí)，那個(gè)圖案也就永遠(yuǎn)消失了。那樣的美就這樣消失了，沒有留下任何痕跡?！?/p>

▲威爾遜·本特利拍攝的雪花照片

本特利許下心愿，用他的相機(jī)把美麗的雪花永久保存下來。幾十年間，他總共拍攝了5381張雪花照片。有一次，他在給雪花照片分類時(shí)，用上了“漂亮女孩的微笑”這樣一個(gè)文雅的名目。而他引發(fā)人們思索的那個(gè)話題——沒有哪兩片雪花是完全一樣的，與他拍攝的數(shù)目驚人的雪花照片，讓他在19世紀(jì)名聲大噪，盡管有人把他看作是“瘋子莊稼漢”。1931年12月23日這一天，本特利的家鄉(xiāng)暴風(fēng)雪肆虐。身患肺炎的他仍堅(jiān)持步行出去拍攝雪花，終因體力不支，倒在了雪花飛舞的荒野中。

如今，科學(xué)家對(duì)水是如何結(jié)冰、小冰晶如何形成雪花等問題，已然有了一定的了解?？茖W(xué)史家認(rèn)為，在這方面研究的一個(gè)個(gè)發(fā)現(xiàn)，其動(dòng)力在很大程度上，要?dú)w功于“雪花癡”本特利那些精彩的雪花圖片。

（原刊載于《知識(shí)就是力量》2016年01期 第26-27版）

出品：科普中央廚房

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